zprávy

Giovanni D'Amore diskutoval o použití impedančních analyzátorů a profesionálních přípravků k charakterizaci dielektrických a magnetických materiálů.
Jsme zvyklí uvažovat o technologickém pokroku od generací modelů mobilních telefonů nebo uzlů procesu výroby polovodičů. Ty poskytují užitečnou zkratku, ale nejasné pokroky v technologiích (jako je oblast vědy o materiálech).
Každý, kdo rozebral CRT televizi nebo zapnul starý napájecí zdroj, bude vědět jednu věc: K výrobě elektroniky 21. století nelze použít komponenty 20. století.
Například rychlý pokrok ve vědě o materiálech a nanotechnologii vytvořil nové materiály s vlastnostmi potřebnými pro výrobu vysoce výkonných induktorů a kondenzátorů s vysokou hustotou.
Vývoj zařízení využívajících tyto materiály vyžaduje přesné měření elektrických a magnetických vlastností, jako je permitivita a permeabilita, v rozsahu pracovních frekvencí a teplotních rozsahů.
Dielektrické materiály hrají klíčovou roli v elektronických součástkách, jako jsou kondenzátory a izolátory. Dielektrickou konstantu materiálu lze upravit řízením jeho složení a/nebo mikrostruktury, zejména keramiky.
Je velmi důležité měřit dielektrické vlastnosti nových materiálů v rané fázi vývojového cyklu komponent, aby bylo možné předpovědět jejich výkon.
Elektrické vlastnosti dielektrických materiálů jsou charakterizovány jejich komplexní permitivitou, která se skládá z reálné a imaginární části.
Skutečná část dielektrické konstanty, nazývaná také dielektrická konstanta, představuje schopnost materiálu akumulovat energii, když je vystavena elektrickému poli. Ve srovnání s materiály s nižšími dielektrickými konstantami mohou materiály s vyššími dielektrickými konstantami uložit více energie na jednotku objemu. , což je činí užitečnými pro kondenzátory s vysokou hustotou.
Materiály s nižšími dielektrickými konstantami mohou být použity jako užitečné izolátory v systémech přenosu signálu právě proto, že nemohou ukládat velké množství energie, čímž se minimalizuje zpoždění šíření signálu jakýmkoli jimi izolovanými vodiči.
Imaginární část komplexní permitivity představuje energii rozptýlenou dielektrickým materiálem v elektrickém poli. To vyžaduje pečlivé řízení, aby se zabránilo ztrátě příliš velkého množství energie v zařízeních, jako jsou kondenzátory vyrobené z těchto nových dielektrických materiálů.
Existují různé metody měření dielektrické konstanty. Metoda paralelních desek umístí testovaný materiál (MUT) mezi dvě elektrody. Rovnice znázorněná na obrázku 1 se používá k měření impedance materiálu a k jejímu převodu na komplexní permitivitu, která se týká tloušťky materiálu a plochy a průměru elektrody.
Tato metoda se používá především pro nízkofrekvenční měření. I když je princip jednoduchý, přesné měření je obtížné kvůli chybám měření, zejména u nízkoztrátových materiálů.
Komplexní permitivita se mění s frekvencí, takže by měla být vyhodnocena při provozní frekvenci. Při vysokých frekvencích se chyby způsobené systémem měření zvýší, což má za následek nepřesná měření.
Zařízení pro testování dielektrického materiálu (jako je Keysight 16451B) má tři elektrody. Dvě z nich tvoří kondenzátor a třetí poskytuje ochrannou elektrodu. Ochranná elektroda je nezbytná, protože když se mezi dvěma elektrodami vytvoří elektrické pole, část elektrody elektrické pole bude procházet MUT instalovaným mezi nimi (viz obrázek 2).
Existence tohoto okrajového pole může vést k chybnému měření dielektrické konstanty MUT. Ochranná elektroda absorbuje proud protékající okrajovým polem, čímž zlepšuje přesnost měření.
Pokud chcete měřit dielektrické vlastnosti materiálu, je důležité, abyste měřili pouze materiál a nic jiného. Z tohoto důvodu je důležité zajistit, aby byl vzorek materiálu velmi plochý, aby se odstranily jakékoli vzduchové mezery mezi ním a elektroda.
Existují dva způsoby, jak toho dosáhnout. Prvním je aplikace tenkovrstvých elektrod na povrch materiálu, který má být testován. Druhým je odvození komplexní permitivity porovnáním kapacity mezi elektrodami, která se měří v přítomnosti a nepřítomnosti materiálů.
Ochranná elektroda pomáhá zlepšit přesnost měření při nízkých frekvencích, ale může nepříznivě ovlivnit elektromagnetické pole při vysokých frekvencích. Některé testery poskytují volitelné příslušenství z dielektrického materiálu s kompaktními elektrodami, které mohou rozšířit užitečný frekvenční rozsah této techniky měření. Software může také pomáhají eliminovat účinky lemovací kapacity.
Zbytkové chyby způsobené svítidly a analyzátory lze snížit kompenzací přerušení obvodu, zkratu a zátěže. Některé impedanční analyzátory mají vestavěnou funkci kompenzace, která pomáhá provádět přesná měření v širokém frekvenčním rozsahu.
Hodnocení, jak se vlastnosti dielektrických materiálů mění s teplotou, vyžaduje použití místností s řízenou teplotou a tepelně odolných kabelů. Některé analyzátory poskytují software pro ovládání horké komory a tepelně odolné kabelové sady.
Stejně jako dielektrické materiály se feritové materiály neustále zlepšují a jsou široce používány v elektronických zařízeních jako indukční součásti a magnety, stejně jako součásti transformátorů, absorbérů magnetického pole a supresorů.
Mezi klíčové vlastnosti těchto materiálů patří jejich propustnost a ztráty při kritických pracovních frekvencích. Impedanční analyzátor s magnetickým materiálovým uchycením může poskytovat přesná a opakovatelná měření v širokém frekvenčním rozsahu.
Stejně jako dielektrické materiály je permeabilita magnetických materiálů komplexní charakteristikou vyjádřenou v reálných a imaginárních částech. Skutečný pojem představuje schopnost materiálu vést magnetický tok a imaginární pojem představuje ztrátu v materiálu. Materiály s vysokou magnetickou permeabilitou mohou být používá se ke snížení velikosti a hmotnosti magnetického systému. Ztrátovou složku magnetické permeability lze minimalizovat pro maximální účinnost v aplikacích, jako jsou transformátory, nebo maximalizovat v aplikacích, jako je stínění.
Komplexní propustnost je určena impedancí induktoru tvořeného materiálem. Ve většině případů se mění s frekvencí, takže by měla být charakterizována při pracovní frekvenci. Při vyšších frekvencích je přesné měření obtížné kvůli parazitní impedanci U nízkoztrátových materiálů je fázový úhel impedance rozhodující, ačkoli přesnost měření fáze je obvykle nedostatečná.
Magnetická permeabilita se také mění s teplotou, takže měřicí systém by měl být schopen přesně vyhodnotit teplotní charakteristiky v širokém frekvenčním rozsahu.
Komplexní permeabilitu lze odvodit měřením impedance magnetických materiálů. To se provádí omotáním některých drátů kolem materiálu a měřením impedance vzhledem ke konci drátu. Výsledky se mohou lišit v závislosti na tom, jak je drát navinut a na vzájemné interakci. magnetického pole s okolním prostředím.
Upínací přípravek pro testování magnetického materiálu (viz obrázek 3) poskytuje jednootáčkový induktor, který obklopuje toroidní cívku MUT. V jednootáčkové indukčnosti není žádný únikový tok, takže magnetické pole v přípravku lze vypočítat pomocí elektromagnetické teorie .
Při použití ve spojení s analyzátorem impedance/materiálu lze jednoduchý tvar koaxiálního přípravku a toroidního MUT přesně vyhodnotit a dosáhnout širokého frekvenčního pokrytí od 1 kHz do 1 GHz.
Chybu způsobenou měřicím systémem lze před měřením odstranit. Chybu způsobenou analyzátorem impedance lze kalibrovat pomocí třísložkové korekce chyby. Při vyšších frekvencích může kalibrace kondenzátoru s nízkou ztrátou zlepšit přesnost fázového úhlu.
Svítidlo může poskytnout další zdroj chyb, ale případnou zbytkovou indukčnost lze kompenzovat měřením svítidla bez MUT.
Stejně jako u dielektrického měření je pro vyhodnocení teplotních charakteristik magnetických materiálů zapotřebí teplotní komora a tepelně odolné kabely.
Lepší mobilní telefony, pokročilejší asistenční systémy pro řidiče a rychlejší notebooky – to vše se spoléhá na neustálý pokrok v široké řadě technologií. Můžeme měřit pokrok uzlů polovodičových procesů, ale rychle se vyvíjí řada podpůrných technologií, které umožňují, aby tyto nové procesy byly uvést do užívání.
Nejnovější pokroky v materiálové vědě a nanotechnologii umožnily vyrábět materiály s lepšími dielektrickými a magnetickými vlastnostmi než dříve. Měření těchto pokroků je však komplikovaný proces, zejména proto, že není potřeba interakce mezi materiály a přípravky, na kterých jsou nainstalovány.
Dobře promyšlené přístroje a přípravky dokážou překonat mnohé z těchto problémů a přinášejí spolehlivá, opakovatelná a účinná měření vlastností dielektrických a magnetických materiálů uživatelům, kteří nemají v těchto oblastech specifické odborné znalosti. Výsledkem by mělo být rychlejší nasazení pokročilých materiálů v celém elektronický ekosystém.
„Electronic Weekly“ spolupracoval s RS Grass Roots, aby se zaměřil na představení nejchytřejších mladých elektronických inženýrů současnosti ve Velké Británii.
Posílejte naše novinky, blogy a komentáře přímo do vaší schránky! Zaregistrujte se k odběru e-týdenního zpravodaje: Styl, gadget guru a denní a týdenní shrnutí.
Přečtěte si naši speciální přílohu k 60. výročí Electronic Weekly a těšte se na budoucnost tohoto odvětví.
Přečtěte si první vydání Electronic Weekly online: 7. září 1960. Naskenovali jsme první vydání, abyste si ho mohli užít.
Přečtěte si naši speciální přílohu k 60. výročí Electronic Weekly a těšte se na budoucnost tohoto odvětví.
Přečtěte si první vydání Electronic Weekly online: 7. září 1960. Naskenovali jsme první vydání, abyste si ho mohli užít.
Poslechněte si tento podcast a poslouchejte Chetana Khonu (ředitel průmyslu, vize, zdravotnictví a vědy, Xilinx) mluvit o tom, jak Xilinx a polovodičový průmysl reagují na potřeby zákazníků.
Používáním této webové stránky souhlasíte s používáním souborů cookie. Electronics Weekly vlastní Metropolis International Group Limited, člen Metropolis Group;zde si můžete prohlédnout naše zásady ochrany osobních údajů a souborů cookie.