noticias

Giovanni D'Amore discutiu o uso de analizadores de impedancia e accesorios profesionais para caracterizar materiais dieléctricos e magnéticos.
Estamos afeitos a pensar no progreso tecnolóxico das xeracións de modelos de teléfonos móbiles ou dos nodos do proceso de fabricación de semicondutores. Estes proporcionan unha taquigrafía útil pero escuro avances nas tecnoloxías habilitantes (como o campo da ciencia dos materiais).
Calquera persoa que desmontase un televisor CRT ou acendeu unha antiga fonte de alimentación saberá unha cousa: non pode usar compoñentes do século XX para fabricar produtos electrónicos do século XXI.
Por exemplo, os rápidos avances na ciencia dos materiais e na nanotecnoloxía crearon novos materiais coas características necesarias para construír indutores e capacitores de alta densidade e alto rendemento.
O desenvolvemento de equipos que utilicen estes materiais require unha medición precisa das propiedades eléctricas e magnéticas, como a permitividade e a permeabilidade, nun rango de frecuencias operativas e rangos de temperatura.
Os materiais dieléctricos xogan un papel fundamental en compoñentes electrónicos como capacitores e illantes. A constante dieléctrica dun material pódese axustar controlando a súa composición e/ou microestrutura, especialmente a cerámica.
É moi importante medir as propiedades dieléctricas dos novos materiais no inicio do ciclo de desenvolvemento de compoñentes para predicir o seu rendemento.
As propiedades eléctricas dos materiais dieléctricos caracterízanse pola súa complexa permitividade, que consta de partes reais e imaxinarias.
A parte real da constante dieléctrica, tamén chamada constante dieléctrica, representa a capacidade dun material para almacenar enerxía cando está sometido a un campo eléctrico. En comparación cos materiais con menores constantes dieléctricas, os materiais con maiores constantes dieléctricas poden almacenar máis enerxía por unidade de volume. , o que os fai útiles para capacitores de alta densidade.
Os materiais con menores constantes dieléctricas poden utilizarse como illantes útiles nos sistemas de transmisión de sinal, precisamente porque non poden almacenar grandes cantidades de enerxía, minimizando así o atraso de propagación do sinal a través dos cables illados por eles.
A parte imaxinaria da permitividade complexa representa a enerxía disipada polo material dieléctrico no campo eléctrico. Isto require unha xestión coidadosa para evitar disipar demasiada enerxía en dispositivos como os capacitores feitos con estes novos materiais dieléctricos.
Existen varios métodos para medir a constante dieléctrica. O método de placas paralelas sitúa o material en proba (MUT) entre dous electrodos. A ecuación que se mostra na Figura 1 úsase para medir a impedancia do material e convertela nunha permitividade complexa, que refírese ao espesor do material e á área e diámetro do electrodo.
Este método úsase principalmente para a medición de baixa frecuencia. Aínda que o principio é sinxelo, a medición precisa é difícil debido aos erros de medición, especialmente para materiais de baixa perda.
A permitividade complexa varía coa frecuencia, polo que debe ser avaliada na frecuencia de funcionamento. En frecuencias altas, os erros causados ​​polo sistema de medición aumentarán, dando lugar a medicións inexactas.
O dispositivo de proba de material dieléctrico (como Keysight 16451B) ten tres electrodos. Dous deles forman un capacitor e o terceiro proporciona un electrodo protector. O electrodo protector é necesario porque cando se establece un campo eléctrico entre os dous electrodos, parte do campo eléctrico fluirá a través do MUT instalado entre eles (ver Figura 2).
A existencia deste campo marginal pode levar a unha medición errónea da constante dieléctrica do MUT.O electrodo de protección absorbe a corrente que circula polo campo marginal, mellorando así a precisión da medición.
Se queres medir as propiedades dieléctricas dun material, é importante que mida só o material e nada máis. Por este motivo, é importante asegurarse de que a mostra do material sexa moi plana para eliminar calquera espazo de aire entre el e o electrodo.
Hai dúas formas de logralo. A primeira é aplicar electrodos de película fina á superficie do material que se vai probar. A segunda é derivar a permitividade complexa comparando a capacidade entre os electrodos, que se mide en presenza e ausencia. de materiais.
O electrodo de protección axuda a mellorar a precisión da medición a baixas frecuencias, pero pode afectar negativamente ao campo electromagnético a altas frecuencias.Algúns probadores proporcionan accesorios de material dieléctrico opcionais con electrodos compactos que poden ampliar o rango de frecuencia útil desta técnica de medición. O software tamén pode axuda a eliminar os efectos da capacitancia de franxas.
Os erros residuais causados ​​por aparellos e analizadores pódense reducir mediante a compensación de circuíto aberto, curtocircuíto e carga. Algúns analizadores de impedancia teñen incorporada esta función de compensación, que axuda a facer medicións precisas nun amplo rango de frecuencias.
Avaliar como cambian as propiedades dos materiais dieléctricos coa temperatura require o uso de salas con control de temperatura e cables resistentes á calor. Algúns analizadores proporcionan software para controlar a pila quente e o kit de cables resistentes á calor.
Do mesmo xeito que os materiais dieléctricos, os materiais de ferrita están a mellorar constantemente e son amplamente utilizados en equipos electrónicos como compoñentes de inductancia e imáns, así como compoñentes de transformadores, absorbedores de campos magnéticos e supresores.
As características fundamentais destes materiais inclúen a súa permeabilidade e perda en frecuencias operativas críticas. Un analizador de impedancia cun dispositivo de material magnético pode proporcionar medicións precisas e repetibles nun amplo rango de frecuencias.
Do mesmo xeito que os materiais dieléctricos, a permeabilidade dos materiais magnéticos é unha característica complexa expresada en partes reais e imaxinarias. O termo real representa a capacidade do material para conducir o fluxo magnético e o termo imaxinario representa a perda do material. Os materiais con alta permeabilidade magnética poden ser úsase para reducir o tamaño e o peso do sistema magnético. O compoñente de perda da permeabilidade magnética pódese minimizar para obter a máxima eficiencia en aplicacións como os transformadores ou maximizarse en aplicacións como a blindaxe.
A permeabilidade complexa está determinada pola impedancia do indutor formado polo material. Na maioría dos casos, varía coa frecuencia, polo que debe caracterizarse na frecuencia de funcionamento. En frecuencias máis altas, a medición precisa é difícil debido á impedancia parasitaria do Para materiais de baixa perda, o ángulo de fase da impedancia é crítico, aínda que a precisión da medición de fase adoita ser insuficiente.
A permeabilidade magnética tamén cambia coa temperatura, polo que o sistema de medición debería poder avaliar con precisión as características da temperatura nun amplo rango de frecuencias.
A permeabilidade complexa pódese derivar medindo a impedancia dos materiais magnéticos. Isto faise envolvendo algúns fíos arredor do material e medindo a impedancia en relación ao extremo do fío. Os resultados poden variar dependendo de como estea enrolado o fío e da interacción. do campo magnético co seu contorno circundante.
O dispositivo de proba de material magnético (consulte a Figura 3) proporciona un indutor dunha soa volta que rodea a bobina toroidal do MUT. Non hai fluxo de fuga na inductancia dunha soa volta, polo que o campo magnético do dispositivo pódese calcular mediante a teoría electromagnética. .
Cando se usa xunto cun analizador de impedancia/material, a forma sinxela do dispositivo coaxial e do MUT toroidal pódense avaliar con precisión e poden acadar unha ampla cobertura de frecuencia de 1 kHz a 1 GHz.
O erro causado polo sistema de medición pódese eliminar antes da medición. O erro causado polo analizador de impedancia pódese calibrar mediante a corrección de erros en tres termos. A frecuencias máis altas, a calibración do capacitor de baixa perda pode mellorar a precisión do ángulo de fase.
O dispositivo pode proporcionar outra fonte de erro, pero calquera inductancia residual pódese compensar medindo o dispositivo sen o MUT.
Do mesmo xeito que coa medición dieléctrica, requírense unha cámara de temperatura e cables resistentes á calor para avaliar as características de temperatura dos materiais magnéticos.
Mellores teléfonos móbiles, sistemas de asistencia ao condutor máis avanzados e ordenadores portátiles máis rápidos dependen dos avances continuos nunha ampla gama de tecnoloxías. Podemos medir o progreso dos nodos do proceso de semicondutores, pero unha serie de tecnoloxías de apoio están a desenvolverse rapidamente para permitir que estes novos procesos sexan poñer en uso.
Os últimos avances na ciencia dos materiais e na nanotecnoloxía permitiron producir materiais con mellores propiedades dieléctricas e magnéticas que antes. Non obstante, medir estes avances é un proceso complicado, especialmente porque non hai necesidade de interacción entre os materiais e os aparellos nos que se atopan. están instalados.
Os instrumentos e accesorios ben pensados ​​poden superar moitos destes problemas e proporcionar medicións de propiedades dieléctricas e magnéticas fiables, repetibles e eficientes aos usuarios que non teñen coñecementos específicos nestes campos. O resultado debería ser un despregamento máis rápido de materiais avanzados en todo o mundo. o ecosistema electrónico.
"Electronic Weekly" colaborou con RS Grass Roots para centrarse na presentación dos novos enxeñeiros electrónicos máis brillantes do Reino Unido.
Envía as nosas noticias, blogs e comentarios directamente á túa caixa de entrada! Rexístrate no boletín semanal electrónico: estilo, gurú dos gadgets e resumos diarios e semanais.
Le o noso suplemento especial que celebra o 60 aniversario de Electronic Weekly e mira o futuro da industria.
Le o primeiro número de Electronic Weekly en liña: 7 de setembro de 1960. Escaneamos a primeira edición para que poidades gozar dela.
Le o noso suplemento especial que celebra o 60 aniversario de Electronic Weekly e mira o futuro da industria.
Le o primeiro número de Electronic Weekly en liña: 7 de setembro de 1960. Escaneamos a primeira edición para que poidades gozar dela.
Escoita este podcast e escoita a Chetan Khona (Director de Industria, Visión, Saúde e Ciencia, Xilinx) falar sobre como Xilinx e a industria de semicondutores responden ás necesidades dos clientes.
Ao usar este sitio web, acepta o uso de cookies. Electronics Weekly é propiedade de Metropolis International Group Limited, membro do Grupo Metropolis; podes ver a nosa política de privacidade e cookies aquí.