správy

Giovanni D'Amore diskutoval o použití impedančných analyzátorov a profesionálnych prípravkov na charakterizáciu dielektrických a magnetických materiálov.
Sme zvyknutí premýšľať o technologickom pokroku od generácií modelov mobilných telefónov alebo uzlov procesu výroby polovodičov. Tieto poskytujú užitočnú skratku, ale nejasné pokroky v podporných technológiách (napríklad v oblasti vedy o materiáloch).
Každý, kto rozobral CRT televízor alebo zapol starý zdroj napájania, bude vedieť jednu vec: Na výrobu elektroniky 21. storočia nemôžete použiť komponenty 20. storočia.
Napríklad rýchly pokrok vo vede o materiáloch a nanotechnológii vytvoril nové materiály s vlastnosťami potrebnými na výrobu vysokohustotných, vysokovýkonných induktorov a kondenzátorov.
Vývoj zariadení využívajúcich tieto materiály si vyžaduje presné meranie elektrických a magnetických vlastností, ako je permitivita a permeabilita, v rozsahu prevádzkových frekvencií a teplotných rozsahov.
Dielektrické materiály hrajú kľúčovú úlohu v elektronických súčiastkach, ako sú kondenzátory a izolátory. Dielektrickú konštantu materiálu je možné upraviť riadením jeho zloženia a/alebo mikroštruktúry, najmä keramiky.
Je veľmi dôležité merať dielektrické vlastnosti nových materiálov na začiatku cyklu vývoja komponentov, aby sa predpovedalo ich výkon.
Elektrické vlastnosti dielektrických materiálov sú charakterizované ich komplexnou permitivitou, ktorá pozostáva z reálnych a imaginárnych častí.
Skutočná časť dielektrickej konštanty, nazývaná aj dielektrická konštanta, predstavuje schopnosť materiálu akumulovať energiu, keď je vystavený elektrickému poľu. V porovnaní s materiálmi s nižšími dielektrickými konštantami môžu materiály s vyššími dielektrickými konštantami uložiť viac energie na jednotku objemu. , vďaka čomu sú užitočné pre kondenzátory s vysokou hustotou.
Materiály s nižšími dielektrickými konštantami môžu byť použité ako užitočné izolátory v systémoch prenosu signálu, práve preto, že nemôžu uchovávať veľké množstvo energie, čím sa minimalizuje oneskorenie šírenia signálu cez akékoľvek vodiče, ktoré sú nimi izolované.
Imaginárna časť komplexnej permitivity predstavuje energiu rozptýlenú dielektrickým materiálom v elektrickom poli. Vyžaduje si to starostlivé riadenie, aby sa zabránilo rozptýleniu príliš veľkého množstva energie v zariadeniach, ako sú kondenzátory vyrobené z týchto nových dielektrických materiálov.
Existujú rôzne metódy merania dielektrickej konštanty. Metóda paralelnej dosky umiestni testovaný materiál (MUT) medzi dve elektródy. Rovnica znázornená na obrázku 1 sa používa na meranie impedancie materiálu a jej premenu na komplexnú permitivitu, ktorá sa týka hrúbky materiálu a plochy a priemeru elektródy.
Táto metóda sa používa hlavne na nízkofrekvenčné meranie. Aj keď je princíp jednoduchý, presné meranie je náročné kvôli chybám merania, najmä pri nízkostratových materiáloch.
Komplexná permitivita sa mení s frekvenciou, preto by sa mala vyhodnocovať pri prevádzkovej frekvencii. Pri vysokých frekvenciách sa budú chyby spôsobené meracím systémom zvyšovať, čo vedie k nepresným meraniam.
Zariadenie na testovanie dielektrického materiálu (ako Keysight 16451B) má tri elektródy. Dve z nich tvoria kondenzátor a tretia poskytuje ochrannú elektródu. Ochranná elektróda je potrebná, pretože keď sa medzi dvoma elektródami vytvorí elektrické pole, časť elektrické pole bude prúdiť cez MUT inštalovaný medzi nimi (pozri obrázok 2).
Existencia tohto okrajového poľa môže viesť k chybnému meraniu dielektrickej konštanty MUT. Ochranná elektróda absorbuje prúd pretekajúci okrajovým poľom, čím sa zvyšuje presnosť merania.
Ak chcete merať dielektrické vlastnosti materiálu, je dôležité, aby ste merali iba materiál a nič iné. Z tohto dôvodu je dôležité zabezpečiť, aby vzorka materiálu bola veľmi plochá, aby sa odstránili akékoľvek vzduchové medzery medzi ňou a elektróda.
Existujú dva spôsoby, ako to dosiahnuť. Prvým je aplikácia tenkovrstvových elektród na povrch testovaného materiálu. Druhým je odvodenie komplexnej permitivity porovnaním kapacity medzi elektródami, ktorá sa meria v prítomnosti a neprítomnosti materiálov.
Ochranná elektróda pomáha zlepšiť presnosť merania pri nízkych frekvenciách, ale môže nepriaznivo ovplyvniť elektromagnetické pole pri vysokých frekvenciách. Niektoré testery poskytujú voliteľné príslušenstvo z dielektrického materiálu s kompaktnými elektródami, ktoré môžu rozšíriť užitočný frekvenčný rozsah tejto meracej techniky. pomáhajú eliminovať účinky okrajovej kapacity.
Zvyškové chyby spôsobené svietidlami a analyzátormi je možné znížiť pomocou otvoreného obvodu, skratu a kompenzácie záťaže. Niektoré analyzátory impedancie majú zabudovanú túto kompenzačnú funkciu, ktorá pomáha vykonávať presné merania v širokom frekvenčnom rozsahu.
Hodnotenie, ako sa vlastnosti dielektrických materiálov menia s teplotou, si vyžaduje použitie miestností s regulovanou teplotou a tepelne odolných káblov. Niektoré analyzátory poskytujú softvér na ovládanie horúcej komory a súpravy žiaruvzdorných káblov.
Rovnako ako dielektrické materiály, feritové materiály sa neustále zlepšujú a sú široko používané v elektronických zariadeniach ako indukčné komponenty a magnety, ako aj komponenty transformátorov, absorbérov a supresorov magnetického poľa.
Medzi kľúčové charakteristiky týchto materiálov patrí ich priepustnosť a straty pri kritických prevádzkových frekvenciách. Impedančný analyzátor s magnetickým materiálom môže poskytnúť presné a opakovateľné merania v širokom frekvenčnom rozsahu.
Rovnako ako dielektrické materiály, aj permeabilita magnetických materiálov je komplexná charakteristika vyjadrená v reálnych a imaginárnych častiach. Skutočný pojem predstavuje schopnosť materiálu viesť magnetický tok a imaginárny pojem predstavuje stratu v materiáli. Materiály s vysokou magnetickou permeabilitou môžu byť Používa sa na zmenšenie veľkosti a hmotnosti magnetického systému. Stratová zložka magnetickej permeability môže byť minimalizovaná pre maximálnu účinnosť v aplikáciách, ako sú transformátory, alebo maximalizovaná v aplikáciách, ako je tienenie.
Komplexná permeabilita je určená impedanciou tlmivky tvorenej materiálom. Vo väčšine prípadov sa mení s frekvenciou, preto by mala byť charakterizovaná pri prevádzkovej frekvencii. Pri vyšších frekvenciách je presné meranie ťažké kvôli parazitnej impedancii Pre materiály s nízkou stratou je fázový uhol impedancie kritický, hoci presnosť merania fázy je zvyčajne nedostatočná.
Magnetická permeabilita sa tiež mení s teplotou, takže merací systém by mal byť schopný presne vyhodnotiť teplotné charakteristiky v širokom frekvenčnom rozsahu.
Komplexnú permeabilitu možno odvodiť meraním impedancie magnetických materiálov. To sa vykonáva omotaním niekoľkých drôtov okolo materiálu a meraním impedancie vo vzťahu ku koncu drôtu. Výsledky sa môžu líšiť v závislosti od spôsobu navinutia drôtu a interakcie magnetického poľa s okolitým prostredím.
Zariadenie na testovanie magnetického materiálu (pozri obrázok 3) poskytuje jednozávitovú tlmivku, ktorá obklopuje toroidnú cievku MUT. V jednozávitovej indukčnosti nie je žiadny únikový tok, takže magnetické pole v prípravku možno vypočítať pomocou elektromagnetickej teórie .
Pri použití v spojení s analyzátorom impedancie/materiálu je možné presne vyhodnotiť jednoduchý tvar koaxiálneho zariadenia a toroidného MUT a dosiahnuť široké frekvenčné pokrytie od 1 kHz do 1 GHz.
Chybu spôsobenú meracím systémom možno pred meraním odstrániť. Chybu spôsobenú analyzátorom impedancie je možné kalibrovať pomocou trojnásobnej korekcie chýb. Pri vyšších frekvenciách môže kalibrácia kondenzátora s nízkou stratou zlepšiť presnosť fázového uhla.
Zariadenie môže poskytnúť ďalší zdroj chýb, ale akákoľvek zvyšková indukčnosť môže byť kompenzovaná meraním zariadenia bez MUT.
Rovnako ako pri dielektrickom meraní je na vyhodnotenie teplotných charakteristík magnetických materiálov potrebná teplotná komora a žiaruvzdorné káble.
Lepšie mobilné telefóny, pokročilejšie asistenčné systémy pre vodiča a rýchlejšie notebooky sa spoliehajú na neustály pokrok v širokej škále technológií. Dokážeme merať pokrok uzlov polovodičových procesov, ale rýchlo sa vyvíja séria podporných technológií, ktoré umožňujú, aby tieto nové procesy boli uviesť do užívania.
Najnovšie pokroky v materiálovej vede a nanotechnológii umožnili vyrábať materiály s lepšími dielektrickými a magnetickými vlastnosťami ako predtým. Meranie týchto pokrokov je však komplikovaný proces, najmä preto, že nie je potrebná interakcia medzi materiálmi a prípravkami, na ktorých sú nainštalované.
Dobre premyslené prístroje a prípravky dokážu prekonať mnohé z týchto problémov a priniesť spoľahlivé, opakovateľné a efektívne merania vlastností dielektrických a magnetických materiálov používateľom, ktorí v týchto oblastiach nemajú špecifické odborné znalosti. Výsledkom by malo byť rýchlejšie nasadenie pokročilých materiálov v celej oblasti elektronický ekosystém.
„Electronic Weekly“ spolupracoval s RS Grass Roots, aby sa zameral na predstavenie najbystrejších mladých elektronických inžinierov v súčasnosti vo Veľkej Británii.
Posielajte naše novinky, blogy a komentáre priamo do vašej doručenej pošty! Prihláste sa na odber elektronického týždenného bulletinu: štýl, guru gadgetov a denné a týždenné súhrny.
Prečítajte si našu špeciálnu prílohu k 60. výročiu Electronic Weekly a tešte sa na budúcnosť tohto odvetvia.
Prečítajte si prvé vydanie elektronického týždenníka online: 7. septembra 1960. Naskenovali sme prvé vydanie, aby ste si ho mohli vychutnať.
Prečítajte si našu špeciálnu prílohu k 60. výročiu Electronic Weekly a tešte sa na budúcnosť tohto odvetvia.
Prečítajte si prvé vydanie elektronického týždenníka online: 7. septembra 1960. Naskenovali sme prvé vydanie, aby ste si ho mohli vychutnať.
Vypočujte si tento podcast a vypočujte si Chetana Khonu (riaditeľa priemyslu, vízie, zdravotníctva a vedy, Xilinx), ktorý hovorí o tom, ako Xilinx a polovodičový priemysel reagujú na potreby zákazníkov.
Používaním tejto webovej stránky súhlasíte s používaním cookies. Elektronický týždenník vlastní Metropolis International Group Limited, člen Metropolis Group; tu si môžete pozrieť naše zásady ochrany osobných údajov a súborov cookie.