știri

Giovanni D'Amore a discutat despre utilizarea analizoarelor de impedanță și a dispozitivelor profesionale pentru a caracteriza materialele dielectrice și magnetice.
Suntem obișnuiți să ne gândim la progresul tehnologic din generațiile de modele de telefoane mobile sau nodurile proceselor de fabricație a semiconductoarelor. Acestea oferă progrese stenografice utile, dar obscure în tehnologiile posibile (cum ar fi domeniul științei materialelor).
Oricine a demontat un televizor CRT sau a pornit o sursă de alimentare veche va ști un lucru: nu puteți folosi componente din secolul 20 pentru a face electronice din secolul 21.
De exemplu, progresele rapide în știința materialelor și nanotehnologie au creat noi materiale cu caracteristicile necesare pentru a construi inductori și condensatori de înaltă densitate, de înaltă performanță.
Dezvoltarea echipamentelor care utilizează aceste materiale necesită măsurarea precisă a proprietăților electrice și magnetice, cum ar fi permisivitatea și permeabilitatea, pe o gamă de frecvențe de funcționare și intervale de temperatură.
Materialele dielectrice joacă un rol cheie în componentele electronice, cum ar fi condensatorii și izolatorii. Constanta dielectrică a unui material poate fi ajustată prin controlul compoziției și/sau microstructurii acestuia, în special ceramica.
Este foarte important să se măsoare proprietățile dielectrice ale noilor materiale la începutul ciclului de dezvoltare a componentelor pentru a prezice performanța acestora.
Proprietățile electrice ale materialelor dielectrice sunt caracterizate de permisivitatea lor complexă, care constă din părți reale și imaginare.
Partea reală a constantei dielectrice, numită și constantă dielectrică, reprezintă capacitatea unui material de a stoca energie atunci când este supus unui câmp electric. În comparație cu materialele cu constante dielectrice mai mici, materialele cu constante dielectrice mai mari pot stoca mai multă energie pe unitate de volum. , ceea ce le face utile pentru condensatoare de înaltă densitate.
Materialele cu constante dielectrice mai mici pot fi folosite ca izolatori utili în sistemele de transmisie a semnalului, tocmai pentru că nu pot stoca cantități mari de energie, minimizând astfel întârzierea de propagare a semnalului prin orice fire izolate de acestea.
Partea imaginară a permitivității complexe reprezintă energia disipată de materialul dielectric în câmpul electric. Acest lucru necesită o gestionare atentă pentru a evita disiparea prea multă energie în dispozitive precum condensatoarele realizate cu aceste noi materiale dielectrice.
Există diferite metode de măsurare a constantei dielectrice. Metoda plăcii paralele plasează materialul supus testului (MUT) între doi electrozi. Ecuația prezentată în figura 1 este utilizată pentru a măsura impedanța materialului și a o converti într-o permitivitate complexă, care se referă la grosimea materialului și la aria și diametrul electrodului.
Această metodă este utilizată în principal pentru măsurarea cu frecvență joasă. Deși principiul este simplu, măsurarea precisă este dificilă din cauza erorilor de măsurare, în special pentru materialele cu pierderi reduse.
Permitivitatea complexă variază în funcție de frecvență, așa că ar trebui evaluată la frecvența de operare. La frecvențe înalte, erorile cauzate de sistemul de măsurare vor crește, rezultând măsurători inexacte.
Dispozitivul de testare a materialului dielectric (cum ar fi Keysight 16451B) are trei electrozi. Doi dintre ei formează un condensator, iar al treilea furnizează un electrod de protecție. Electrodul de protecție este necesar deoarece atunci când se stabilește un câmp electric între cei doi electrozi, o parte din câmpul electric va curge prin MUT-ul instalat între ele (vezi Figura 2).
Existența acestui câmp marginal poate duce la măsurarea eronată a constantei dielectrice a MUT. Electrodul de protecție absoarbe curentul care curge prin câmpul marginal, îmbunătățind astfel acuratețea măsurării.
Dacă doriți să măsurați proprietățile dielectrice ale unui material, este important să măsurați doar materialul și nimic altceva. Din acest motiv, este important să vă asigurați că proba de material este foarte plată pentru a elimina orice goluri de aer dintre acesta și electrod.
Există două modalități de a realiza acest lucru. Prima este aplicarea electrozilor cu peliculă subțire pe suprafața materialului care urmează să fie testat. Al doilea este de a determina permisivitatea complexă prin compararea capacității dintre electrozi, care este măsurată în prezență și absență. a materialelor.
Electrodul de protecție ajută la îmbunătățirea acurateței măsurătorii la frecvențe joase, dar poate afecta negativ câmpul electromagnetic la frecvențe înalte. Unii testere oferă dispozitive opționale de material dielectric cu electrozi compacti care pot extinde intervalul de frecvență util al acestei tehnici de măsurare. De asemenea, software-ul poate ajuta la eliminarea efectelor capacității franjuri.
Erorile reziduale cauzate de dispozitive și analizoare pot fi reduse prin circuit deschis, scurtcircuit și compensarea sarcinii. Unele analizoare de impedanță au încorporată această funcție de compensare, care ajută la efectuarea de măsurători precise pe o gamă largă de frecvențe.
Evaluarea modului în care proprietățile materialelor dielectrice se modifică în funcție de temperatură necesită utilizarea camerelor cu temperatură controlată și a cablurilor rezistente la căldură. Unele analizoare oferă software pentru controlul celulei fierbinți și kit-ului de cabluri rezistente la căldură.
La fel ca materialele dielectrice, materialele de ferită se îmbunătățesc în mod constant și sunt utilizate pe scară largă în echipamentele electronice ca componente de inductanță și magneți, precum și componente ale transformatoarelor, absorbitorilor de câmp magnetic și supresoarelor.
Caracteristicile cheie ale acestor materiale includ permeabilitatea și pierderea lor la frecvențele critice de operare. Un analizor de impedanță cu un dispozitiv de fixare a materialului magnetic poate oferi măsurători precise și repetabile pe o gamă largă de frecvențe.
La fel ca materialele dielectrice, permeabilitatea materialelor magnetice este o caracteristică complexă exprimată în părți reale și imaginare. Termenul real reprezintă capacitatea materialului de a conduce fluxul magnetic, iar termenul imaginar reprezintă pierderea din material. Materialele cu permeabilitate magnetică ridicată pot fi utilizat pentru a reduce dimensiunea și greutatea sistemului magnetic. Componenta de pierdere a permeabilității magnetice poate fi minimizată pentru o eficiență maximă în aplicații precum transformatoarele sau maximizată în aplicații precum ecranarea.
Permeabilitatea complexă este determinată de impedanța inductorului format din material. În cele mai multe cazuri, aceasta variază în funcție de frecvență, deci ar trebui să fie caracterizată la frecvența de funcționare. La frecvențe mai mari, măsurarea precisă este dificilă din cauza impedanței parazitare a Fixture.Pentru materialele cu pierderi mici, unghiul de fază al impedanței este critic, deși acuratețea măsurării fazei este de obicei insuficientă.
Permeabilitatea magnetică se modifică, de asemenea, odată cu temperatura, astfel încât sistemul de măsurare ar trebui să poată evalua cu precizie caracteristicile temperaturii într-un interval larg de frecvență.
Permeabilitatea complexă poate fi obținută prin măsurarea impedanței materialelor magnetice. Acest lucru se face prin înfășurarea unor fire în jurul materialului și măsurarea impedanței față de capătul firului. Rezultatele pot varia în funcție de modul în care este înfășurat firul și de interacțiune. a câmpului magnetic cu mediul înconjurător.
Dispozitivul de testare a materialului magnetic (vezi Figura 3) oferă un inductor cu o singură tură care înconjoară bobina toroidală a MUT. Nu există flux de scurgere în inductanța cu o singură tură, astfel încât câmpul magnetic din dispozitiv poate fi calculat prin teoria electromagnetică. .
Când este utilizat împreună cu un analizor de impedanță/material, forma simplă a dispozitivului coaxial și a MUT-ului toroidal pot fi evaluate cu precizie și pot obține o acoperire largă de frecvență de la 1 kHz la 1 GHz.
Eroarea cauzată de sistemul de măsurare poate fi eliminată înainte de măsurare. Eroarea cauzată de analizorul de impedanță poate fi calibrată prin corectarea erorilor în trei termeni. La frecvențe mai mari, calibrarea condensatorului cu pierderi reduse poate îmbunătăți precizia unghiului de fază.
Dispozitivul poate oferi o altă sursă de eroare, dar orice inductanță reziduală poate fi compensată prin măsurarea dispozitivului fără MUT.
Ca și în cazul măsurării dielectrice, sunt necesare o cameră de temperatură și cabluri rezistente la căldură pentru a evalua caracteristicile de temperatură ale materialelor magnetice.
Telefoane mobile mai bune, sisteme mai avansate de asistență pentru șofer și laptopuri mai rapide se bazează pe progrese continue într-o gamă largă de tehnologii. Putem măsura progresul nodurilor de proces semiconductoare, dar o serie de tehnologii de sprijin se dezvoltă rapid pentru a permite acestor noi procese să fie puse in folosinta.
Cele mai recente progrese în știința materialelor și nanotehnologie au făcut posibilă producerea de materiale cu proprietăți dielectrice și magnetice mai bune decât înainte. Cu toate acestea, măsurarea acestor progrese este un proces complicat, mai ales că nu este nevoie de interacțiune între materiale și dispozitivele de fixare pe care sunt instalate.
Instrumentele și dispozitivele bine gândite pot depăși multe dintre aceste probleme și pot aduce măsurători fiabile, repetabile și eficiente ale proprietăților materialelor dielectrice și magnetice utilizatorilor care nu au o experiență specifică în aceste domenii. Rezultatul ar trebui să fie o implementare mai rapidă a materialelor avansate pe tot parcursul ecosistemul electronic.
„Electronic Weekly” a colaborat cu RS Grass Roots pentru a se concentra pe prezentarea celor mai străluciți tineri ingineri electronici din Marea Britanie astăzi.
Trimiteți știrile, blogurile și comentariile noastre direct în căsuța dvs. de e-mail! Înscrieți-vă la buletinul informativ e-săptămânal: stil, guru gadget și rezumate zilnice și săptămânale.
Citiți suplimentul nostru special care sărbătorește cea de-a 60-a aniversare a Electronic Weekly și așteptați cu nerăbdare viitorul industriei.
Citiți online primul număr al Electronic Weekly: 7 septembrie 1960. Am scanat prima ediție pentru a vă bucura de ea.
Citiți suplimentul nostru special care sărbătorește cea de-a 60-a aniversare a Electronic Weekly și așteptați cu nerăbdare viitorul industriei.
Citiți online primul număr al Electronic Weekly: 7 septembrie 1960. Am scanat prima ediție pentru a vă bucura de ea.
Ascultați acest podcast și ascultați-l pe Chetan Khona (Director de industrie, viziune, asistență medicală și știință, Xilinx) vorbind despre modul în care Xilinx și industria semiconductoarelor răspund nevoilor clienților.
Prin utilizarea acestui site web, sunteți de acord cu utilizarea cookie-urilor. Electronics Weekly este deținut de Metropolis International Group Limited, un membru al Metropolis Group;puteți vizualiza politica noastră de confidențialitate și cookie-uri aici.