Notícies

Giovanni D'Amore va parlar de l'ús d'analitzadors d'impedància i accessoris professionals per caracteritzar materials dielèctrics i magnètics.
Estem acostumats a pensar en el progrés tecnològic de generacions de models de telèfons mòbils o nodes de processos de fabricació de semiconductors. Aquests proporcionen avenços taquigràfics útils però obscurs en tecnologies habilitadores (com el camp de la ciència dels materials).
Qualsevol que hagi desmuntat un televisor CRT o hagi engegat una font d'alimentació antiga sabrà una cosa: no podeu utilitzar components del segle XX per fer electrònica del segle XXI.
Per exemple, els ràpids avenços en la ciència dels materials i la nanotecnologia han creat nous materials amb les característiques necessàries per construir inductors i condensadors d'alta densitat i d'alt rendiment.
El desenvolupament d'equips que utilitzen aquests materials requereix una mesura precisa de les propietats elèctriques i magnètiques, com ara la permitivitat i la permeabilitat, en un rang de freqüències de funcionament i rangs de temperatura.
Els materials dielèctrics tenen un paper clau en components electrònics com condensadors i aïllants. La constant dielèctrica d'un material es pot ajustar controlant-ne la composició i/o la microestructura, especialment la ceràmica.
És molt important mesurar les propietats dielèctriques dels nous materials al principi del cicle de desenvolupament dels components per predir el seu rendiment.
Les propietats elèctriques dels materials dielèctrics es caracteritzen per la seva complexa permitivitat, que consta de parts reals i imaginàries.
La part real de la constant dielèctrica, també anomenada constant dielèctrica, representa la capacitat d'un material per emmagatzemar energia quan està sotmès a un camp elèctric. En comparació amb materials amb constants dielèctriques més baixes, els materials amb constants dielèctriques més altes poden emmagatzemar més energia per unitat de volum. , cosa que els fa útils per a condensadors d'alta densitat.
Els materials amb constants dielèctriques més baixes es poden utilitzar com a aïllants útils en els sistemes de transmissió de senyal, precisament perquè no poden emmagatzemar grans quantitats d'energia, minimitzant així el retard de propagació del senyal a través dels cables aïllats per ells.
La part imaginària de la permitivitat complexa representa l'energia dissipada pel material dielèctric en el camp elèctric. Això requereix una gestió acurada per evitar dissipar massa energia en dispositius com els condensadors fets amb aquests nous materials dielèctrics.
Hi ha diversos mètodes per mesurar la constant dielèctrica. El mètode de plaques paral·leles situa el material a prova (MUT) entre dos elèctrodes. L'equació que es mostra a la figura 1 s'utilitza per mesurar la impedància del material i convertir-la en una permitivitat complexa, que es refereix al gruix del material i l'àrea i el diàmetre de l'elèctrode.
Aquest mètode s'utilitza principalment per a la mesura de baixa freqüència. Encara que el principi és senzill, la mesura precisa és difícil a causa dels errors de mesura, especialment per als materials de baixes pèrdues.
La permitivitat complexa varia amb la freqüència, per la qual cosa s'ha d'avaluar a la freqüència de funcionament. A freqüències altes, els errors causats pel sistema de mesura augmentaran, donant lloc a mesures inexactes.
El dispositiu de prova de material dielèctric (com Keysight 16451B) té tres elèctrodes. Dos d'ells formen un condensador, i el tercer proporciona un elèctrode protector. L'elèctrode protector és necessari perquè quan s'estableix un camp elèctric entre els dos elèctrodes, part del el camp elèctric fluirà a través del MUT instal·lat entre ells (vegeu la figura 2).
L'existència d'aquest camp marginal pot provocar una mesura errònia de la constant dielèctrica del MUT. L'elèctrode de protecció absorbeix el corrent que flueix pel camp marginal, millorant així la precisió de la mesura.
Si voleu mesurar les propietats dielèctriques d'un material, és important que només mesureu el material i res més. Per aquest motiu, és important assegurar-vos que la mostra del material sigui molt plana per eliminar qualsevol espai d'aire entre aquest i el elèctrode.
Hi ha dues maneres d'aconseguir-ho. La primera és aplicar elèctrodes de pel·lícula fina a la superfície del material a provar. La segona és derivar la permitivitat complexa comparant la capacitat entre els elèctrodes, que es mesura en presència i absència. de materials.
L'elèctrode de protecció ajuda a millorar la precisió de mesura a baixes freqüències, però pot afectar negativament el camp electromagnètic a altes freqüències. Alguns provadors ofereixen accessoris opcionals de material dielèctric amb elèctrodes compactes que poden ampliar el rang de freqüències útils d'aquesta tècnica de mesura. El programari també pot ajudar a eliminar els efectes de la capacitat de serrell.
Els errors residuals causats per accessoris i analitzadors es poden reduir mitjançant circuits oberts, curtcircuits i compensació de càrrega. Alguns analitzadors d'impedància tenen incorporada aquesta funció de compensació, que ajuda a fer mesures precises en un ampli rang de freqüències.
L'avaluació de com canvien les propietats dels materials dielèctrics amb la temperatura requereix l'ús d'habitacions amb temperatura controlada i cables resistents a la calor. Alguns analitzadors proporcionen programari per controlar la cèl·lula calenta i el kit de cables resistents a la calor.
Igual que els materials dielèctrics, els materials de ferrita estan millorant constantment i s'utilitzen àmpliament en equips electrònics com a components d'inductància i imants, així com components de transformadors, absorbidors de camp magnètic i supressors.
Les característiques clau d'aquests materials inclouen la seva permeabilitat i pèrdua a freqüències de funcionament crítiques. Un analitzador d'impedància amb un dispositiu de material magnètic pot proporcionar mesures precises i repetibles en un ampli rang de freqüències.
Igual que els materials dielèctrics, la permeabilitat dels materials magnètics és una característica complexa expressada en parts reals i imaginàries. El terme real representa la capacitat del material per conduir el flux magnètic, i el terme imaginari representa la pèrdua del material. Els materials amb alta permeabilitat magnètica poden ser s'utilitza per reduir la mida i el pes del sistema magnètic. El component de pèrdua de permeabilitat magnètica es pot minimitzar per obtenir la màxima eficiència en aplicacions com els transformadors, o maximitzar en aplicacions com el blindatge.
La permeabilitat complexa està determinada per la impedància de l'inductor formada pel material. En la majoria dels casos, varia amb la freqüència, per la qual cosa s'ha de caracteritzar a la freqüència de funcionament. A freqüències més altes, la mesura precisa és difícil a causa de la impedància parasitària del Per a materials de baixes pèrdues, l'angle de fase de la impedància és crític, tot i que la precisió de la mesura de fase sol ser insuficient.
La permeabilitat magnètica també canvia amb la temperatura, de manera que el sistema de mesura hauria de ser capaç d'avaluar amb precisió les característiques de la temperatura en un ampli rang de freqüències.
La permeabilitat complexa es pot derivar mesurant la impedància dels materials magnètics. Això es fa embolicant alguns cables al voltant del material i mesurant la impedància relativa a l'extrem del cable. Els resultats poden variar segons com s'enrotlla el cable i la interacció. del camp magnètic amb el seu entorn.
El dispositiu de prova de material magnètic (vegeu la figura 3) proporciona un inductor d'una sola volta que envolta la bobina toroidal del MUT. No hi ha flux de fuites a la inductància d'una sola volta, de manera que el camp magnètic de l'aparell es pot calcular mitjançant la teoria electromagnètica. .
Quan s'utilitza conjuntament amb un analitzador d'impedància/material, la forma simple de l'aparell coaxial i el MUT toroidal es poden avaluar amb precisió i poden aconseguir una àmplia cobertura de freqüència d'1 kHz a 1 GHz.
L'error causat pel sistema de mesura es pot eliminar abans de la mesura. L'error causat per l'analitzador d'impedància es pot calibrar mitjançant la correcció d'errors de tres terminis. A freqüències més altes, la calibració del condensador de baixes pèrdues pot millorar la precisió de l'angle de fase.
L'aparell pot proporcionar una altra font d'error, però qualsevol inductància residual es pot compensar mesurant l'aparell sense el MUT.
Igual que amb la mesura dielèctrica, es requereix una cambra de temperatura i cables resistents a la calor per avaluar les característiques de temperatura dels materials magnètics.
Els millors telèfons mòbils, els sistemes d'assistència al conductor més avançats i els ordinadors portàtils més ràpids depenen dels avenços continus en una àmplia gamma de tecnologies. Podem mesurar el progrés dels nodes de procés de semiconductors, però una sèrie de tecnologies de suport s'estan desenvolupant ràpidament per permetre que aquests nous processos siguin posar en ús.
Els darrers avenços en ciència dels materials i nanotecnologia han permès produir materials amb millors propietats dielèctriques i magnètiques que abans. No obstant això, mesurar aquests avenços és un procés complicat, sobretot perquè no hi ha necessitat d'interacció entre els materials i els accessoris sobre els quals estan instal·lats.
Els instruments i accessoris ben pensats poden superar molts d'aquests problemes i oferir mesures fiables, repetibles i eficients de propietats del material dielèctric i magnètic als usuaris que no tenen experiència específica en aquests camps. El resultat hauria de ser un desplegament més ràpid de materials avançats a tot arreu. l'ecosistema electrònic.
"Electronic Weekly" va col·laborar amb RS Grass Roots per centrar-se a presentar els joves enginyers electrònics més brillants del Regne Unit avui.
Envia les nostres notícies, blocs i comentaris directament a la teva safata d'entrada! Inscriu-te al butlletí setmanal electrònic: estil, guru dels gadgets i resums diaris i setmanals.
Llegiu el nostre suplement especial que celebra el 60è aniversari d'Electronic Weekly i espereu el futur de la indústria.
Llegeix el primer número de Electronic Weekly en línia: 7 de setembre de 1960. Hem escanejat la primera edició perquè en puguis gaudir.
Llegiu el nostre suplement especial que celebra el 60è aniversari d'Electronic Weekly i espereu el futur de la indústria.
Llegeix el primer número de Electronic Weekly en línia: 7 de setembre de 1960. Hem escanejat la primera edició perquè en puguis gaudir.
Escolteu aquest podcast i escolteu a Chetan Khona (Director d'Indústria, Visió, Salut i Ciència, Xilinx) que parla sobre com Xilinx i la indústria dels semiconductors responen a les necessitats dels clients.
En utilitzar aquest lloc web, accepteu l'ús de cookies. Electronics Weekly és propietat de Metropolis International Group Limited, membre del Grup Metropolis;podeu consultar la nostra política de privadesa i galetes aquí.