uutiset

Giovanni D'Amore keskusteli impedanssianalysaattoreiden ja ammattikäyttöön tarkoitettujen valaisimien käytöstä dielektristen ja magneettisten materiaalien karakterisoinnissa.
Olemme tottuneet ajattelemaan teknologista kehitystä matkapuhelinmallien sukupolvien tai puolijohteiden valmistusprosessin solmuista. Nämä tarjoavat hyödyllisiä lyhenteitä, mutta hämäriä edistysaskeleita mahdollistavassa teknologiassa (kuten materiaalitieteen alalla).
Jokainen, joka on purkanut CRT-television tai kytkenyt päälle vanhan virtalähteen, tietää yhden asian: 2000-luvun komponenteista ei voi valmistaa 2000-luvun elektroniikkaa.
Esimerkiksi materiaalitieteen ja nanoteknologian nopea kehitys on luonut uusia materiaaleja, joilla on ominaisuudet, joita tarvitaan suuritiheyksisten, tehokkaiden kelojen ja kondensaattoreiden rakentamiseen.
Näitä materiaaleja käyttävien laitteiden kehittäminen edellyttää sähköisten ja magneettisten ominaisuuksien, kuten permittiivisyyden ja permeabiliteetin, tarkkaa mittausta useilla toimintataajuuksilla ja lämpötila-alueilla.
Dielektriset materiaalit ovat avainasemassa elektronisissa komponenteissa, kuten kondensaattoreissa ja eristimissä. Materiaalin dielektrisyysvakiota voidaan säätää säätämällä sen koostumusta ja/tai mikrorakennetta, erityisesti keramiikkaa.
On erittäin tärkeää mitata uusien materiaalien dielektriset ominaisuudet varhaisessa komponenttien kehitysvaiheessa niiden suorituskyvyn ennustamiseksi.
Dielektristen materiaalien sähköisille ominaisuuksille on tunnusomaista niiden kompleksinen permittiivisyys, joka koostuu todellisista ja kuvitteellisista osista.
Dielektrisyysvakion reaaliosa, jota kutsutaan myös dielektriseksi vakioksi, edustaa materiaalin kykyä varastoida energiaa, kun se altistuu sähkökenttään. Verrattuna materiaaleihin, joiden dielektrisyysvakio on korkeampi, materiaalit, joilla on korkeammat dielektrisyysvakiot, voivat varastoida enemmän energiaa tilavuusyksikköä kohti. , mikä tekee niistä hyödyllisiä suuritiheyksisille kondensaattoreille.
Materiaaleja, joilla on pienempi dielektrisyysvakio, voidaan käyttää hyödyllisinä eristeinä signaalinsiirtojärjestelmissä, koska ne eivät pysty varastoimaan suuria määriä energiaa, mikä minimoi signaalin etenemisviiveen niiden eristämien johtimien läpi.
Kompleksisen permittiivisyyden kuvitteellinen osa edustaa dielektrisen materiaalin sähkökentässä hajoamaa energiaa. Tämä vaatii huolellista hallintaa, jotta vältytään liiallisen energian hajauttamisesta näillä uusilla dielektrisillä materiaaleilla valmistetuissa laitteissa, kuten kondensaattoreissa.
Dielektrisyysvakion mittaamiseen on olemassa erilaisia ​​menetelmiä.Rinnakkaislevymenetelmä asettaa testattavan materiaalin (MUT) kahden elektrodin väliin. Kuvassa 1 esitetyllä yhtälöllä mitataan materiaalin impedanssi ja muunnetaan se kompleksiseksi permittiivisyydeksi. viittaa materiaalin paksuuteen ja elektrodin pinta-alaan ja halkaisijaan.
Tätä menetelmää käytetään pääasiassa matalataajuiseen mittaukseen. Vaikka periaate on yksinkertainen, tarkka mittaus on vaikeaa mittausvirheiden vuoksi, erityisesti pienihäviöisille materiaaleille.
Kompleksinen permittiivisyys vaihtelee taajuuden mukaan, joten se tulee arvioida käyttötaajuudella. Korkeilla taajuuksilla mittausjärjestelmän aiheuttamat virheet kasvavat, mikä johtaa epätarkkoihin mittauksiin.
Dielektrisen materiaalin testilaitteessa (kuten Keysight 16451B) on kolme elektrodia. Kaksi niistä muodostaa kondensaattorin ja kolmas muodostaa suojaelektrodin. Suojaelektrodi on välttämätön, koska kun sähkökenttä muodostuu kahden elektrodin väliin, osa sähkökenttä virtaa niiden väliin asennetun MUT:n läpi (katso kuva 2).
Tämän reunakentän olemassaolo voi johtaa virheelliseen MUT:n dielektrisyysvakion mittaukseen. Suojaelektrodi absorboi reunakentän läpi kulkevan virran, mikä parantaa mittaustarkkuutta.
Jos haluat mitata materiaalin dielektrisiä ominaisuuksia, on tärkeää, että mittaat vain materiaalia etkä mitään muuta. Tästä syystä on tärkeää varmistaa, että materiaalinäyte on hyvin litteä, jotta sen ja materiaalin väliset ilmaraot poistetaan. elektrodi.
Tämä voidaan saavuttaa kahdella tavalla. Ensimmäinen on levittää ohutkalvoelektrodeja testattavan materiaalin pinnalle. Toinen on johtaa kompleksinen permittiivisyys vertaamalla elektrodien välistä kapasitanssia, joka mitataan läsnä ja poissa ollessa. materiaaleista.
Suojaelektrodi auttaa parantamaan mittaustarkkuutta matalilla taajuuksilla, mutta se voi vaikuttaa haitallisesti sähkömagneettiseen kenttään korkeilla taajuuksilla.Jotkin testaajat tarjoavat valinnaisia ​​dielektrisistä materiaaleista koostuvia kiinnikkeitä kompakteilla elektrodeilla, jotka voivat laajentaa tämän mittaustekniikan hyödyllistä taajuusaluetta. Ohjelmisto voi myös auttaa poistamaan reunuskapasitanssin vaikutukset.
Valaisimien ja analysaattoreiden aiheuttamia jäännösvirheitä voidaan vähentää avoimella piirillä, oikosulkulla ja kuormituskompensoinnilla. Joissakin impedanssianalysaattoreissa on sisäänrakennettu kompensointitoiminto, joka auttaa tekemään tarkkoja mittauksia laajalla taajuusalueella.
Dielektristen materiaalien ominaisuuksien muutoksen arvioiminen lämpötilan mukaan edellyttää lämpötilasäädeltyjen huoneiden ja lämmönkestäviä kaapeleita. Joissakin analysaattoreissa on ohjelmisto kuumakammio- ja lämmönkestäväkaapelisarjan ohjaamiseen.
Kuten dielektriset materiaalit, ferriittimateriaalit paranevat jatkuvasti, ja niitä käytetään laajalti elektroniikkalaitteissa induktanssikomponentteina ja magneetteina sekä muuntajien, magneettikentän vaimentimien ja vaimentimien komponentteina.
Näiden materiaalien tärkeimpiä ominaisuuksia ovat niiden läpäisevyys ja häviö kriittisillä toimintataajuuksilla. Magneettisella materiaalikiinnikkeellä varustettu impedanssianalysaattori voi tuottaa tarkkoja ja toistettavia mittauksia laajalla taajuusalueella.
Kuten dielektriset materiaalit, myös magneettisten materiaalien läpäisevyys on monimutkainen ominaisuus, joka ilmaistaan ​​todellisissa ja kuvitteellisissa osissa. Todellinen termi edustaa materiaalin kykyä johtaa magneettivuon, ja kuvitteellinen termi edustaa materiaalissa olevaa häviötä. Materiaalit, joilla on korkea magneettinen permeabiliteetti, voidaan käytetään pienentämään magneettijärjestelmän kokoa ja painoa. Magneettisen läpäisevyyden häviökomponentti voidaan minimoida maksimaalisen tehokkuuden saavuttamiseksi sovelluksissa, kuten muuntajissa, tai maksimoida sovelluksissa, kuten suojauksessa.
Kompleksiläpäisevyys määräytyy materiaalin muodostaman induktorin impedanssin mukaan. Useimmissa tapauksissa se vaihtelee taajuuden mukaan, joten se on karakterisoitava toimintataajuudella. Korkeammilla taajuuksilla tarkka mittaus on vaikeaa johtuen loisimpedanssista. Pienihäviöisissä materiaaleissa impedanssin vaihekulma on kriittinen, vaikka vaihemittauksen tarkkuus on yleensä riittämätön.
Myös magneettinen läpäisevyys muuttuu lämpötilan mukaan, joten mittausjärjestelmän tulisi pystyä arvioimaan tarkasti lämpötilaominaisuudet laajalla taajuusalueella.
Monimutkainen permeabiliteetti voidaan johtaa mittaamalla magneettisten materiaalien impedanssi. Tämä tehdään kiedomalla joitain johtoja materiaalin ympärille ja mittaamalla impedanssi suhteessa langan päähän.Tulokset voivat vaihdella riippuen siitä, kuinka lanka on kierretty ja vuorovaikutuksessa. magneettikentästä ympäröivään ympäristöön.
Magneettisen materiaalin testiteline (katso kuva 3) tarjoaa yksikierrosisen induktorin, joka ympäröi MUT:n toroidikäämiä. Yksikierros-induktanssissa ei ole vuotovirtaa, joten valaisimen magneettikenttä voidaan laskea sähkömagneettisen teorian avulla. .
Käytettäessä yhdessä impedanssi-/materiaalianalysaattorin kanssa koaksiaalisen kiinnittimen ja toroidisen MUT:n yksinkertainen muoto voidaan arvioida tarkasti ja niillä voidaan saavuttaa laaja taajuuspeitto 1 kHz - 1 GHz.
Mittausjärjestelmän aiheuttama virhe voidaan poistaa ennen mittausta. Impedanssianalysaattorin aiheuttama virhe voidaan kalibroida kolmen aikavälin virheenkorjauksella. Korkeammilla taajuuksilla pienihäviöinen kondensaattorin kalibrointi voi parantaa vaihekulman tarkkuutta.
Valaisin voi tarjota toisen virhelähteen, mutta mahdollinen jäännösinduktanssi voidaan kompensoida mittaamalla valaisin ilman MUT:ta.
Kuten dielektrisessä mittauksessa, magneettisten materiaalien lämpötilaominaisuuksien arvioimiseksi tarvitaan lämpötilakammio ja lämmönkestävät kaapelit.
Paremmat matkapuhelimet, edistyneemmät kuljettajaa avustavat järjestelmät ja nopeammat kannettavat tietokoneet ovat kaikki riippuvaisia ​​useiden teknologioiden jatkuvasta kehityksestä. Voimme mitata puolijohdeprosessisolmujen edistymistä, mutta joukko tukitekniikoita kehittyy nopeasti, jotta nämä uudet prosessit voidaan toteuttaa. ottaa käyttöön.
Materiaalitieteen ja nanoteknologian viimeisimmät edistysaskeleet ovat mahdollistaneet materiaalien valmistamisen, jolla on aiempaa paremmat dielektriset ja magneettiset ominaisuudet. Näiden edistysaskelten mittaaminen on kuitenkin monimutkainen prosessi, varsinkin koska materiaalien ja kiinnittimien välillä ei ole tarvetta vuorovaikutukseen. ne on asennettu.
Hyvin harkituilla instrumenteilla ja kalusteilla voidaan voittaa monet näistä ongelmista ja tarjota luotettavia, toistettavia ja tehokkaita dielektristen ja magneettisten materiaalien ominaisuuksien mittauksia käyttäjille, joilla ei ole erityistä asiantuntemusta näiltä aloilta. Tuloksena pitäisi olla edistyneiden materiaalien nopeampi käyttöönotto kaikkialla elektroninen ekosysteemi.
"Electronic Weekly" teki yhteistyötä RS Grass Rootsin kanssa keskittyäkseen esittelemään Ison-Britannian nykypäivän taitavimmat nuoret elektroniikkainsinöörit.
Lähetä uutisemme, blogimme ja kommenttimme suoraan postilaatikkoosi! Tilaa sähköinen viikoittainen uutiskirje: tyyli, gadget-guru sekä päivittäiset ja viikoittaiset yhteenvedot.
Lue Electronic Weekly -lehden 60-vuotisjuhlan kunniaksi erikoisliitteemme ja katso innolla alan tulevaisuutta.
Lue Electronic Weeklyn ensimmäinen numero verkossa: 7. syyskuuta 1960. Olemme skannatneet ensimmäisen painoksen, jotta voit nauttia siitä.
Lue Electronic Weekly -lehden 60-vuotisjuhlan kunniaksi erikoisliitteemme ja katso innolla alan tulevaisuutta.
Lue Electronic Weeklyn ensimmäinen numero verkossa: 7. syyskuuta 1960. Olemme skannatneet ensimmäisen painoksen, jotta voit nauttia siitä.
Kuuntele tämä podcast ja kuuntele Chetan Khonan (teollisuuden, vision, terveydenhuollon ja tieteen johtaja, Xilinx) puhuvan siitä, kuinka Xilinx ja puolijohdeteollisuus vastaavat asiakkaiden tarpeisiin.
Käyttämällä tätä verkkosivustoa hyväksyt evästeiden käytön. Electronics Weeklyn omistaa Metropolis International Group Limited, joka on Metropolis Groupin jäsen; voit tarkastella tietosuoja- ja evästekäytäntöämme täällä.