новости

Джованни Д'Аморе рассказал об использовании анализаторов импеданса и профессиональных приспособлений для определения характеристик диэлектрических и магнитных материалов.
Мы привыкли думать о технологическом прогрессе, исходя из поколений моделей мобильных телефонов или узлов процесса производства полупроводников. Они дают полезные, но малопонятные достижения в технологиях (например, в области материаловедения).
Любой, кто разбирал ЭЛТ-телевизор или включал старый блок питания, знает одно: нельзя использовать компоненты 20-го века для создания электроники 21-го века.
Например, быстрый прогресс в области материаловедения и нанотехнологий привел к созданию новых материалов с характеристиками, необходимыми для создания высокоплотных и высокопроизводительных индукторов и конденсаторов.
Разработка оборудования с использованием этих материалов требует точного измерения электрических и магнитных свойств, таких как диэлектрическая проницаемость и проницаемость, в широком диапазоне рабочих частот и температурных диапазонов.
Диэлектрические материалы играют ключевую роль в электронных компонентах, таких как конденсаторы и изоляторы. Диэлектрическую проницаемость материала можно регулировать, контролируя его состав и/или микроструктуру, особенно керамики.
Очень важно измерять диэлектрические свойства новых материалов на ранних стадиях разработки компонентов, чтобы прогнозировать их характеристики.
Электрические свойства диэлектрических материалов характеризуются их комплексной диэлектрической проницаемостью, состоящей из действительной и мнимой частей.
Действительная часть диэлектрической проницаемости, также называемая диэлектрической проницаемостью, представляет собой способность материала сохранять энергию под воздействием электрического поля. По сравнению с материалами с более низкой диэлектрической проницаемостью, материалы с более высокой диэлектрической проницаемостью могут хранить больше энергии на единицу объема. , что делает их полезными для конденсаторов высокой плотности.
Материалы с более низкой диэлектрической проницаемостью можно использовать в качестве полезных изоляторов в системах передачи сигналов именно потому, что они не могут хранить большое количество энергии, тем самым сводя к минимуму задержку распространения сигнала по любым изолируемым ими проводам.
Мнимая часть комплексной диэлектрической проницаемости представляет собой энергию, рассеиваемую диэлектрическим материалом в электрическом поле. Это требует тщательного управления, чтобы избежать рассеивания слишком большого количества энергии в таких устройствах, как конденсаторы, изготовленные из этих новых диэлектрических материалов.
Существуют различные методы измерения диэлектрической проницаемости. Метод параллельных пластин помещает испытуемый материал (MUT) между двумя электродами. Уравнение, показанное на рисунке 1, используется для измерения импеданса материала и преобразования его в комплексную диэлектрическую проницаемость, которая относится к толщине материала, площади и диаметру электрода.
Этот метод в основном используется для измерения низких частот. Хотя принцип прост, точное измерение затруднено из-за ошибок измерения, особенно для материалов с низкими потерями.
Комплексная диэлектрическая проницаемость меняется в зависимости от частоты, поэтому ее следует оценивать на рабочей частоте. На высоких частотах ошибки, вызванные измерительной системой, будут увеличиваться, что приведет к неточным измерениям.
Приспособление для испытания диэлектрического материала (например, Keysight 16451B) имеет три электрода. Два из них образуют конденсатор, а третий обеспечивает защитный электрод. Защитный электрод необходим, поскольку, когда между двумя электродами создается электрическое поле, часть электрическое поле будет течь через установленный между ними МУТ (см. рисунок 2).
Существование этого краевого поля может привести к ошибочному измерению диэлектрической проницаемости испытуемого устройства. Защитный электрод поглощает ток, протекающий через краевое поле, тем самым повышая точность измерения.
Если вы хотите измерить диэлектрические свойства материала, важно измерять только сам материал и ничего больше. По этой причине важно убедиться, что образец материала очень плоский, чтобы исключить любые воздушные зазоры между ним и образцом. электрод.
Есть два способа добиться этого. Первый — нанести тонкопленочные электроды на поверхность испытуемого материала. Второй — получить комплексную диэлектрическую проницаемость путем сравнения емкости между электродами, которая измеряется при наличии и отсутствии материалов.
Защитный электрод помогает повысить точность измерений на низких частотах, но может отрицательно повлиять на электромагнитное поле на высоких частотах. Некоторые тестеры предоставляют дополнительные приспособления из диэлектрического материала с компактными электродами, которые могут расширить полезный диапазон частот этого метода измерения. Программное обеспечение также может помогают устранить эффекты краевой емкости.
Остаточные погрешности, вызванные устройствами и анализаторами, можно уменьшить за счет разомкнутой цепи, короткого замыкания и компенсации нагрузки. Некоторые анализаторы импеданса имеют встроенную функцию компенсации, которая помогает выполнять точные измерения в широком диапазоне частот.
Оценка того, как свойства диэлектрических материалов изменяются с температурой, требует использования помещений с контролируемой температурой и термостойких кабелей. Некоторые анализаторы оснащены программным обеспечением для управления горячей камерой и комплектом термостойких кабелей.
Подобно диэлектрикам, ферритовые материалы постоянно совершенствуются и широко используются в электронной технике в качестве компонентов индуктивности и магнитов, а также компонентов трансформаторов, поглотителей и подавителей магнитного поля.
К ключевым характеристикам этих материалов относятся их проницаемость и потери на критических рабочих частотах. Анализатор импеданса с фиксатором магнитного материала может обеспечить точные и воспроизводимые измерения в широком диапазоне частот.
Как и диэлектрические материалы, проницаемость магнитных материалов представляет собой сложную характеристику, выраженную в действительных и мнимых частях. Действительный член представляет собой способность материала проводить магнитный поток, а мнимый член представляет потери в материале. Материалы с высокой магнитной проницаемостью могут быть используется для уменьшения размера и веса магнитной системы. Компонент потерь магнитной проницаемости можно свести к минимуму для максимальной эффективности в таких приложениях, как трансформаторы, или максимизировать в таких приложениях, как экранирование.
Комплексная проницаемость определяется импедансом индуктора, образованного материалом. В большинстве случаев она меняется в зависимости от частоты, поэтому ее следует характеризовать на рабочей частоте. На более высоких частотах точное измерение затруднено из-за паразитного сопротивления приспособление. Для материалов с низкими потерями фазовый угол импеданса имеет решающее значение, хотя точность измерения фазы обычно недостаточна.
Магнитная проницаемость также меняется в зависимости от температуры, поэтому измерительная система должна иметь возможность точно оценивать температурные характеристики в широком диапазоне частот.
Комплексную проницаемость можно определить путем измерения импеданса магнитных материалов. Это делается путем обертывания нескольких проводов вокруг материала и измерения импеданса относительно конца провода. Результаты могут различаться в зависимости от того, как намотана проволока, и от взаимодействия. магнитного поля с окружающей средой.
Приспособление для испытания магнитного материала (см. рисунок 3) представляет собой одновитковый индуктор, который окружает тороидальную катушку испытуемого устройства. В одновитковой индуктивности нет потока рассеяния, поэтому магнитное поле в приспособлении можно рассчитать с помощью теории электромагнетизма. .
При использовании в сочетании с анализатором импеданса/материала можно точно оценить простую форму коаксиального приспособления и тороидальный испытуемый прибор и обеспечить широкий диапазон частот от 1 кГц до 1 ГГц.
Ошибку, вызванную измерительной системой, можно устранить перед измерением. Ошибку, вызванную анализатором импеданса, можно откалибровать с помощью трехчленной коррекции ошибок. На более высоких частотах калибровка конденсатора с малыми потерями может улучшить точность фазового угла.
Прибор может стать еще одним источником ошибок, но любую остаточную индуктивность можно компенсировать путем измерения прибора без испытуемого прибора.
Как и при диэлектрических измерениях, для оценки температурных характеристик магнитных материалов необходимы температурная камера и термостойкие кабели.
Лучшие мобильные телефоны, более совершенные системы помощи водителю и более быстрые ноутбуки — все это зависит от постоянного развития широкого спектра технологий. Мы можем измерить прогресс узлов полупроводниковых процессов, но ряд вспомогательных технологий быстро развивается, чтобы позволить этим новым процессам быть реализованными. ввести в эксплуатацию.
Последние достижения в области материаловедения и нанотехнологий позволили производить материалы с лучшими диэлектрическими и магнитными свойствами, чем раньше. Однако измерение этих достижений представляет собой сложный процесс, особенно потому, что нет необходимости во взаимодействии между материалами и приспособлениями, на которых они установлены.
Хорошо продуманные инструменты и приспособления могут решить многие из этих проблем и обеспечить надежные, повторяемые и эффективные измерения свойств диэлектрических и магнитных материалов пользователям, не имеющим специального опыта в этих областях. Результатом должно стать более быстрое внедрение современных материалов во всем мире. Электронная экосистема.
«Electronic Weekly» в сотрудничестве с RS Grass Roots сосредоточился на представлении самых ярких молодых инженеров-электронщиков в Великобритании сегодня.
Присылайте наши новости, блоги и комментарии прямо на свой почтовый ящик! Подпишитесь на еженедельную электронную рассылку: гуру стиля, гаджетов, а также ежедневные и еженедельные обзоры.
Прочтите наше специальное приложение, посвященное 60-летию Electronic Weekly, и с нетерпением ждите будущего отрасли.
Прочтите первый выпуск Electronic Weekly онлайн: 7 сентября 1960 года. Мы отсканировали первый выпуск, чтобы вы могли им насладиться.
Прочтите наше специальное приложение, посвященное 60-летию Electronic Weekly, и с нетерпением ждите будущего отрасли.
Прочтите первый выпуск Electronic Weekly онлайн: 7 сентября 1960 года. Мы отсканировали первый выпуск, чтобы вы могли им насладиться.
Послушайте этот подкаст и послушайте, как Четан Хона (директор по промышленности, видению, здравоохранению и науке, Xilinx) рассказывает о том, как Xilinx и полупроводниковая промышленность реагируют на потребности клиентов.
Используя этот веб-сайт, вы соглашаетесь на использование файлов cookie. Electronics Weekly принадлежит Metropolis International Group Limited, члену Metropolis Group; Вы можете ознакомиться с нашей политикой конфиденциальности и использования файлов cookie здесь.