nieuws

Giovanni D'Amore besprak het gebruik van impedantieanalysatoren en professionele armaturen om diëlektrische en magnetische materialen te karakteriseren.
We zijn gewend om na te denken over de technologische vooruitgang van generaties mobiele telefoons of knooppunten van halfgeleiderproductieprocessen. Deze bieden nuttige korte maar obscure vooruitgang op het gebied van ontsluitende technologieën (zoals op het gebied van de materiaalkunde).
Iedereen die een CRT-tv uit elkaar heeft gehaald of een oude voeding heeft aangezet, weet één ding: je kunt geen componenten uit de 20e eeuw gebruiken om elektronica uit de 21e eeuw te maken.
Door de snelle vooruitgang in de materiaalwetenschap en de nanotechnologie zijn bijvoorbeeld nieuwe materialen ontstaan ​​met de eigenschappen die nodig zijn om hoogwaardige inductoren en condensatoren met hoge dichtheid te bouwen.
De ontwikkeling van apparatuur die deze materialen gebruikt, vereist nauwkeurige meting van elektrische en magnetische eigenschappen, zoals permittiviteit en permeabiliteit, over een reeks werkfrequenties en temperatuurbereiken.
Diëlektrische materialen spelen een sleutelrol in elektronische componenten zoals condensatoren en isolatoren. De diëlektrische constante van een materiaal kan worden aangepast door de samenstelling en/of microstructuur ervan te regelen, vooral keramiek.
Het is erg belangrijk om de diëlektrische eigenschappen van nieuwe materialen vroeg in de ontwikkelingscyclus van componenten te meten om hun prestaties te voorspellen.
De elektrische eigenschappen van diëlektrische materialen worden gekenmerkt door hun complexe permittiviteit, die bestaat uit reële en denkbeeldige delen.
Het reële deel van de diëlektrische constante, ook wel de diëlektrische constante genoemd, vertegenwoordigt het vermogen van een materiaal om energie op te slaan wanneer het wordt blootgesteld aan een elektrisch veld. Vergeleken met materialen met lagere diëlektrische constanten kunnen materialen met hogere diëlektrische constanten meer energie opslaan per volume-eenheid , waardoor ze bruikbaar zijn voor condensatoren met hoge dichtheid.
Materialen met lagere diëlektrische constanten kunnen worden gebruikt als nuttige isolatoren in signaaloverdrachtsystemen, juist omdat ze geen grote hoeveelheden energie kunnen opslaan, waardoor de signaalvoortplantingsvertraging door eventuele daardoor geïsoleerde draden wordt geminimaliseerd.
Het denkbeeldige deel van de complexe permittiviteit vertegenwoordigt de energie die door het diëlektrische materiaal in het elektrische veld wordt gedissipeerd. Dit vereist zorgvuldig beheer om te voorkomen dat er te veel energie wordt gedissipeerd in apparaten zoals condensatoren die zijn gemaakt met deze nieuwe diëlektrische materialen.
Er zijn verschillende methoden om de diëlektrische constante te meten. Bij de parallelle plaatmethode wordt het te testen materiaal (MUT) tussen twee elektroden geplaatst. De vergelijking in figuur 1 wordt gebruikt om de impedantie van het materiaal te meten en deze om te zetten in een complexe permittiviteit, die verwijst naar de dikte van het materiaal en het gebied en de diameter van de elektrode.
Deze methode wordt voornamelijk gebruikt voor laagfrequente metingen. Hoewel het principe eenvoudig is, is nauwkeurige meting moeilijk vanwege meetfouten, vooral bij materialen met weinig verlies.
De complexe permittiviteit varieert met de frequentie, dus deze moet worden geëvalueerd op de werkfrequentie. Bij hoge frequenties zullen de fouten veroorzaakt door het meetsysteem toenemen, wat resulteert in onnauwkeurige metingen.
De testopstelling voor diëlektrisch materiaal (zoals Keysight 16451B) heeft drie elektroden. Twee daarvan vormen een condensator en de derde biedt een beschermende elektrode. De beschermende elektrode is nodig omdat wanneer er een elektrisch veld tussen de twee elektroden ontstaat, een deel van de er zal een elektrisch veld door de daartussen geïnstalleerde MUT stromen (zie figuur 2).
Het bestaan ​​van dit randveld kan leiden tot een foutieve meting van de diëlektrische constante van de MUT. De beschermingselektrode absorbeert de stroom die door het randveld vloeit, waardoor de meetnauwkeurigheid wordt verbeterd.
Als u de diëlektrische eigenschappen van een materiaal wilt meten, is het belangrijk dat u alleen het materiaal meet en niets anders. Om deze reden is het belangrijk ervoor te zorgen dat het materiaalmonster zeer vlak is om eventuele luchtspleten tussen het materiaal en het monster te elimineren. elektrode.
Er zijn twee manieren om dit te bereiken. De eerste is om dunne-filmelektroden aan te brengen op het oppervlak van het te testen materiaal. De tweede is om de complexe permittiviteit af te leiden door de capaciteit tussen de elektroden te vergelijken, die wordt gemeten in aan- en afwezigheid. van materialen.
De beveiligingselektrode helpt de meetnauwkeurigheid bij lage frequenties te verbeteren, maar kan het elektromagnetische veld bij hoge frequenties nadelig beïnvloeden. Sommige testers bieden optionele armaturen van diëlektrisch materiaal met compacte elektroden die het bruikbare frequentiebereik van deze meettechniek kunnen vergroten. Software kan ook helpen de effecten van randcapaciteit te elimineren.
Restfouten veroorzaakt door armaturen en analysatoren kunnen worden verminderd door open circuit, kortsluiting en belastingcompensatie. Sommige impedantieanalysatoren hebben deze compensatiefunctie ingebouwd, wat helpt om nauwkeurige metingen uit te voeren over een breed frequentiebereik.
Het evalueren van hoe de eigenschappen van diëlektrische materialen veranderen met de temperatuur vereist het gebruik van temperatuurgecontroleerde kamers en hittebestendige kabels. Sommige analysatoren bieden software om de hete cel en hittebestendige kabelset te besturen.
Net als diëlektrische materialen worden ferrietmaterialen gestaag verbeterd en worden ze veel gebruikt in elektronische apparatuur als inductiecomponenten en magneten, maar ook als componenten van transformatoren, magnetische veldabsorbers en onderdrukkers.
De belangrijkste kenmerken van deze materialen zijn onder meer hun permeabiliteit en verlies bij kritische bedrijfsfrequenties. Een impedantieanalysator met een magnetische materiaalbevestiging kan nauwkeurige en herhaalbare metingen leveren over een breed frequentiebereik.
Net als diëlektrische materialen is de permeabiliteit van magnetische materialen een complex kenmerk dat wordt uitgedrukt in reële en denkbeeldige delen. De echte term vertegenwoordigt het vermogen van het materiaal om magnetische flux te geleiden, en de denkbeeldige term vertegenwoordigt het verlies in het materiaal. Materialen met een hoge magnetische permeabiliteit kunnen gebruikt om de omvang en het gewicht van het magnetische systeem te verminderen. De verliescomponent van magnetische permeabiliteit kan worden geminimaliseerd voor maximale efficiëntie in toepassingen zoals transformatoren, of gemaximaliseerd in toepassingen zoals afscherming.
De complexe permeabiliteit wordt bepaald door de impedantie van de inductor die door het materiaal wordt gevormd. In de meeste gevallen varieert deze met de frequentie, dus moet deze worden gekarakteriseerd op de werkfrequentie. Bij hogere frequenties is nauwkeurige meting moeilijk vanwege de parasitaire impedantie van de armatuur. Voor materialen met weinig verlies is de fasehoek van de impedantie van cruciaal belang, hoewel de nauwkeurigheid van de fasemeting meestal onvoldoende is.
De magnetische permeabiliteit verandert ook met de temperatuur, dus het meetsysteem moet de temperatuurkarakteristieken over een breed frequentiebereik nauwkeurig kunnen evalueren.
De complexe permeabiliteit kan worden afgeleid door de impedantie van magnetische materialen te meten. Dit wordt gedaan door enkele draden om het materiaal te wikkelen en de impedantie te meten ten opzichte van het uiteinde van de draad. De resultaten kunnen variëren afhankelijk van hoe de draad is opgewonden en de interactie van het magnetische veld met zijn omgeving.
De testopstelling van magnetisch materiaal (zie figuur 3) is voorzien van een inductor met één winding die de ringkernspoel van de MUT omringt. Er is geen lekflux in de inductie met één winding, dus het magnetische veld in de armatuur kan worden berekend met behulp van de elektromagnetische theorie .
Bij gebruik in combinatie met een impedantie-/materiaalanalysator kan de eenvoudige vorm van de coaxiale armatuur en de toroïdale MUT nauwkeurig worden geëvalueerd en kan een brede frequentiedekking van 1 kHz tot 1 GHz worden bereikt.
De fout veroorzaakt door het meetsysteem kan vóór de meting worden geëlimineerd. De fout veroorzaakt door de impedantie-analysator kan worden gekalibreerd door middel van drietermijnfoutcorrectie. Bij hogere frequenties kan condensatorkalibratie met laag verlies de nauwkeurigheid van de fasehoek verbeteren.
Het armatuur kan een andere bron van fouten opleveren, maar eventuele resterende inductie kan worden gecompenseerd door het armatuur te meten zonder de MUT.
Net als bij diëlektrische metingen zijn een temperatuurkamer en hittebestendige kabels vereist om de temperatuureigenschappen van magnetische materialen te evalueren.
Betere mobiele telefoons, geavanceerdere rijhulpsystemen en snellere laptops zijn allemaal afhankelijk van voortdurende vooruitgang in een breed scala aan technologieën. We kunnen de voortgang van halfgeleiderprocesknooppunten meten, maar een reeks ondersteunende technologieën ontwikkelt zich snel om deze nieuwe processen mogelijk te maken. in gebruik genomen.
De nieuwste ontwikkelingen op het gebied van materiaalkunde en nanotechnologie hebben het mogelijk gemaakt materialen te produceren met betere diëlektrische en magnetische eigenschappen dan voorheen. Het meten van deze ontwikkelingen is echter een ingewikkeld proces, vooral omdat er geen behoefte is aan interactie tussen de materialen en de armaturen waarop ze zijn geïnstalleerd.
Goed doordachte instrumenten en armaturen kunnen veel van deze problemen overwinnen en betrouwbare, herhaalbare en efficiënte diëlektrische en magnetische materiaaleigenschapsmetingen mogelijk maken voor gebruikers die geen specifieke expertise op deze gebieden hebben. Het resultaat zou een snellere inzet van geavanceerde materialen in de hele wereld moeten zijn. het elektronische ecosysteem.
“Electronic Weekly” werkte samen met RS Grass Roots om zich te concentreren op het introduceren van de slimste jonge elektronische ingenieurs in het Verenigd Koninkrijk van vandaag.
Stuur ons nieuws, blogs en reacties rechtstreeks naar uw inbox! Meld u aan voor de wekelijkse nieuwsbrief: stijl, gadgetgoeroe en dagelijkse en wekelijkse overzichten.
Lees onze speciale bijlage ter ere van het 60-jarig jubileum van Electronic Weekly en kijk uit naar de toekomst van de branche.
Lees het eerste nummer van Electronic Weekly online: 7 september 1960. We hebben de eerste editie gescand zodat u ervan kunt genieten.
Lees onze speciale bijlage ter ere van het 60-jarig jubileum van Electronic Weekly en kijk uit naar de toekomst van de branche.
Lees het eerste nummer van Electronic Weekly online: 7 september 1960. We hebben de eerste editie gescand zodat u ervan kunt genieten.
Luister naar deze podcast en luister hoe Chetan Khona (directeur Industrie, Visie, Gezondheidszorg en Wetenschap, Xilinx) vertelt hoe Xilinx en de halfgeleiderindustrie reageren op de behoeften van klanten.
Door deze website te gebruiken, gaat u akkoord met het gebruik van cookies.Electronics Weekly is eigendom van Metropolis International Group Limited, een lid van de Metropolis Group; Ons privacy- en cookiebeleid kunt u hier bekijken.