nyheder

Giovanni D'Amore diskuterede brugen af ​​impedansanalysatorer og professionelle armaturer til at karakterisere dielektriske og magnetiske materialer.
Vi er vant til at tænke på teknologiske fremskridt fra generationer af mobiltelefonmodeller eller noder til fremstilling af halvledere. Disse giver nyttige stenografier, men uklare fremskridt inden for muliggørende teknologier (såsom inden for materialevidenskab).
Enhver, der har adskilt et CRT-tv eller tændt for en gammel strømforsyning, ved én ting: Du kan ikke bruge komponenter fra det 20. århundrede til at lave elektronik fra det 21. århundrede.
For eksempel har hurtige fremskridt inden for materialevidenskab og nanoteknologi skabt nye materialer med de egenskaber, der er nødvendige for at bygge høj-densitet, højtydende induktorer og kondensatorer.
Udviklingen af ​​udstyr, der anvender disse materialer, kræver nøjagtig måling af elektriske og magnetiske egenskaber, såsom permittivitet og permeabilitet, over en række driftsfrekvenser og temperaturområder.
Dielektriske materialer spiller en nøglerolle i elektroniske komponenter såsom kondensatorer og isolatorer. Et materiales dielektriske konstant kan justeres ved at kontrollere dets sammensætning og/eller mikrostruktur, især keramik.
Det er meget vigtigt at måle de dielektriske egenskaber af nye materialer tidligt i komponentudviklingscyklussen for at forudsige deres ydeevne.
De elektriske egenskaber af dielektriske materialer er karakteriseret ved deres komplekse permittivitet, som består af reelle og imaginære dele.
Den reelle del af dielektricitetskonstanten, også kaldet dielektricitetskonstanten, repræsenterer et materiales evne til at lagre energi, når det udsættes for et elektrisk felt. Sammenlignet med materialer med lavere dielektriske konstanter kan materialer med højere dielektriske konstanter lagre mere energi pr. volumenenhed , hvilket gør dem nyttige til kondensatorer med høj tæthed.
Materialer med lavere dielektriske konstanter kan bruges som nyttige isolatorer i signaltransmissionssystemer, netop fordi de ikke kan lagre store mængder energi, og derved minimere signaludbredelsesforsinkelsen gennem eventuelle ledninger, der er isoleret af dem.
Den imaginære del af den komplekse permittivitet repræsenterer den energi, der spredes af det dielektriske materiale i det elektriske felt. Dette kræver omhyggelig styring for at undgå at sprede for meget energi i enheder såsom kondensatorer lavet med disse nye dielektriske materialer.
Der findes forskellige metoder til måling af dielektricitetskonstanten. Parallelplademetoden placerer materialet under test (MUT) mellem to elektroder. Ligningen vist i figur 1 bruges til at måle materialets impedans og konvertere det til en kompleks permittivitet, som refererer til tykkelsen af ​​materialet og området og diameteren af ​​elektroden.
Denne metode bruges hovedsageligt til lavfrekvent måling. Selvom princippet er enkelt, er nøjagtig måling vanskelig på grund af målefejl, især for materialer med lavt tab.
Den komplekse permittivitet varierer med frekvensen, så den bør evalueres ved driftsfrekvensen. Ved høje frekvenser vil fejlene forårsaget af målesystemet stige, hvilket resulterer i unøjagtige målinger.
Testarmaturen for dielektrisk materiale (såsom Keysight 16451B) har tre elektroder. To af dem danner en kondensator, og den tredje giver en beskyttende elektrode. Den beskyttende elektrode er nødvendig, fordi når der etableres et elektrisk felt mellem de to elektroder, er en del af elektrisk felt vil strømme gennem MUT installeret mellem dem (se figur 2).
Eksistensen af ​​dette randfelt kan føre til fejlagtig måling af MUT'ens dielektriske konstant. Beskyttelseselektroden absorberer strømmen, der strømmer gennem randfeltet, og forbedrer derved målenøjagtigheden.
Hvis du vil måle de dielektriske egenskaber af et materiale, er det vigtigt, at du kun måler materialet og intet andet. Af denne grund er det vigtigt at sikre, at materialeprøven er meget flad for at eliminere eventuelle luftspalter mellem den og elektrode.
Der er to måder at opnå dette på. Den første er at påføre tyndfilmselektroder på overfladen af ​​det materiale, der skal testes. Den anden er at udlede den komplekse permittivitet ved at sammenligne kapacitansen mellem elektroderne, som måles i nærvær og fravær af materialer.
Beskyttelseselektroden hjælper med at forbedre målenøjagtigheden ved lave frekvenser, men den kan påvirke det elektromagnetiske felt negativt ved høje frekvenser. Nogle testere leverer valgfrie dielektriske materialearmaturer med kompakte elektroder, der kan udvide det nyttige frekvensområde for denne måleteknik.Software kan også hjælpe med at eliminere virkningerne af frynsende kapacitans.
Restfejl forårsaget af armaturer og analysatorer kan reduceres ved åbent kredsløb, kortslutning og belastningskompensation. Nogle impedansanalysatorer har indbygget denne kompensationsfunktion, som hjælper med at foretage nøjagtige målinger over et bredt frekvensområde.
Evaluering af, hvordan egenskaberne af dielektriske materialer ændrer sig med temperaturen, kræver brug af temperaturkontrollerede rum og varmebestandige kabler. Nogle analysatorer leverer software til at styre varmecellen og det varmebestandige kabelsæt.
Ligesom dielektriske materialer forbedres ferritmaterialer støt og anvendes i vid udstrækning i elektronisk udstyr som induktanskomponenter og magneter, såvel som komponenter i transformere, magnetfeltabsorbere og undertrykkere.
Nøgleegenskaberne ved disse materialer omfatter deres permeabilitet og tab ved kritiske driftsfrekvenser. En impedansanalysator med et magnetisk materialefikstur kan give nøjagtige og repeterbare målinger over et bredt frekvensområde.
Ligesom dielektriske materialer er permeabiliteten af ​​magnetiske materialer en kompleks egenskab udtrykt i reelle og imaginære dele. Det reelle led repræsenterer materialets evne til at lede magnetisk flux, og det imaginære led repræsenterer tabet i materialet. Materialer med høj magnetisk permeabilitet kan være bruges til at reducere størrelsen og vægten af ​​det magnetiske system. Tabskomponenten af ​​magnetisk permeabilitet kan minimeres for maksimal effektivitet i applikationer såsom transformere, eller maksimeres i applikationer såsom afskærmning.
Den komplekse permeabilitet bestemmes af impedansen af ​​induktoren dannet af materialet. I de fleste tilfælde varierer den med frekvensen, så den bør karakteriseres ved driftsfrekvensen. Ved højere frekvenser er nøjagtig måling vanskelig på grund af den parasitære impedans af armatur. For materialer med lavt tab er fasevinklen for impedansen kritisk, selvom nøjagtigheden af ​​fasemålingen normalt er utilstrækkelig.
Magnetisk permeabilitet ændrer sig også med temperaturen, så målesystemet bør være i stand til nøjagtigt at evaluere temperaturkarakteristika over et bredt frekvensområde.
Den komplekse permeabilitet kan udledes ved at måle impedansen af ​​magnetiske materialer. Dette gøres ved at vikle nogle ledninger rundt om materialet og måle impedansen i forhold til enden af ​​ledningen. Resultaterne kan variere afhængigt af hvordan ledningen er viklet og interaktionen af magnetfeltet med dets omgivende miljø.
Den magnetiske materialetestfikstur (se figur 3) giver en enkeltdrejningsinduktor, der omgiver MUT'ens toroidale spole. Der er ingen lækageflux i enkeltdrejningsinduktansen, så det magnetiske felt i armaturet kan beregnes ved elektromagnetisk teori .
Når den bruges sammen med en impedans-/materialeanalysator, kan den enkle form af den koaksiale fikstur og den toroidale MUT evalueres nøjagtigt og kan opnå en bred frekvensdækning fra 1kHz til 1GHz.
Fejlen forårsaget af målesystemet kan elimineres før målingen. Fejlen forårsaget af impedansanalysatoren kan kalibreres gennem tre-term fejlkorrektion. Ved højere frekvenser kan lav-tab kondensatorkalibrering forbedre fasevinklenøjagtigheden.
Armaturet kan give en anden fejlkilde, men enhver resterende induktans kan kompenseres for ved at måle armaturet uden MUT.
Som med dielektrisk måling kræves der et temperaturkammer og varmebestandige kabler for at evaluere magnetiske materialers temperaturkarakteristika.
Bedre mobiltelefoner, mere avancerede førerassistentsystemer og hurtigere bærbare computere er alle afhængige af kontinuerlige fremskridt inden for en lang række teknologier. Vi kan måle fremskridtene for halvlederprocesknuder, men en række understøttende teknologier udvikler sig hurtigt for at gøre det muligt for disse nye processer at blive taget i brug.
De seneste fremskridt inden for materialevidenskab og nanoteknologi har gjort det muligt at fremstille materialer med bedre dielektriske og magnetiske egenskaber end tidligere. At måle disse fremskridt er imidlertid en kompliceret proces, især fordi der ikke er behov for interaktion mellem materialerne og de armaturer, som de er installeret.
Gennemtænkte instrumenter og armaturer kan overvinde mange af disse problemer og bringe pålidelige, repeterbare og effektive målinger af dielektriske og magnetiske materialeegenskaber til brugere, der ikke har specifik ekspertise på disse områder. Resultatet bør være en hurtigere implementering af avancerede materialer overalt. det elektroniske økosystem.
"Electronic Weekly" samarbejdede med RS Grass Roots for at fokusere på at introducere de dygtigste unge elektroniske ingeniører i Storbritannien i dag.
Send vores nyheder, blogs og kommentarer direkte til din indbakke!Tilmeld dig det ugentlige e-nyhedsbrev: stil, gadget-guru og daglige og ugentlige roundups.
Læs vores særlige tillæg, der fejrer 60-års jubilæet for Electronic Weekly, og glæd dig til fremtiden for industrien.
Læs første udgave af Electronic Weekly online: 7. september 1960. Vi har scannet den første udgave, så du kan nyde den.
Læs vores særlige tillæg, der fejrer 60-års jubilæet for Electronic Weekly, og glæd dig til fremtiden for industrien.
Læs første udgave af Electronic Weekly online: 7. september 1960. Vi har scannet den første udgave, så du kan nyde den.
Lyt til denne podcast og lyt til Chetan Khona (direktør for industri, vision, sundhedspleje og videnskab, Xilinx) fortælle om, hvordan Xilinx og halvlederindustrien reagerer på kundernes behov.
Ved at bruge denne hjemmeside accepterer du brugen af ​​cookies.Electronics Weekly ejes af Metropolis International Group Limited, et medlem af Metropolis Group; du kan se vores privatlivs- og cookiepolitik her.