νέα

Ο Giovanni D'Amore συζήτησε τη χρήση αναλυτών σύνθετης αντίστασης και επαγγελματικών εξαρτημάτων για τον χαρακτηρισμό διηλεκτρικών και μαγνητικών υλικών.
Έχουμε συνηθίσει να σκεφτόμαστε την τεχνολογική πρόοδο από γενιές μοντέλων κινητών τηλεφώνων ή κόμβους διεργασιών κατασκευής ημιαγωγών. Αυτοί παρέχουν χρήσιμη συντομογραφία αλλά ασαφή πρόοδο στις τεχνολογίες ενεργοποίησης (όπως ο τομέας της επιστήμης των υλικών).
Όποιος έχει αποσυναρμολογήσει μια τηλεόραση CRT ή έχει ανοίξει ένα παλιό τροφοδοτικό θα ξέρει ένα πράγμα: Δεν μπορείτε να χρησιμοποιήσετε εξαρτήματα του 20ού αιώνα για να φτιάξετε ηλεκτρονικά είδη του 21ου αιώνα.
Για παράδειγμα, οι ραγδαίες πρόοδοι στην επιστήμη των υλικών και τη νανοτεχνολογία έχουν δημιουργήσει νέα υλικά με τα χαρακτηριστικά που απαιτούνται για την κατασκευή επαγωγέων και πυκνωτών υψηλής πυκνότητας και υψηλής απόδοσης.
Η ανάπτυξη εξοπλισμού που χρησιμοποιεί αυτά τα υλικά απαιτεί ακριβή μέτρηση των ηλεκτρικών και μαγνητικών ιδιοτήτων, όπως η διαπερατότητα και η διαπερατότητα, σε ένα εύρος συχνοτήτων λειτουργίας και θερμοκρασιών.
Τα διηλεκτρικά υλικά παίζουν βασικό ρόλο σε ηλεκτρονικά εξαρτήματα όπως πυκνωτές και μονωτές. Η διηλεκτρική σταθερά ενός υλικού μπορεί να ρυθμιστεί ελέγχοντας τη σύνθεση ή/και τη μικροδομή του, ειδικά τα κεραμικά.
Είναι πολύ σημαντικό να μετρηθούν οι διηλεκτρικές ιδιότητες των νέων υλικών νωρίς στον κύκλο ανάπτυξης εξαρτημάτων για να προβλέψουμε την απόδοσή τους.
Οι ηλεκτρικές ιδιότητες των διηλεκτρικών υλικών χαρακτηρίζονται από τη σύνθετη διαπερατότητά τους, η οποία αποτελείται από πραγματικά και φανταστικά μέρη.
Το πραγματικό μέρος της διηλεκτρικής σταθεράς, που ονομάζεται επίσης διηλεκτρική σταθερά, αντιπροσωπεύει την ικανότητα ενός υλικού να αποθηκεύει ενέργεια όταν υποβάλλεται σε ηλεκτρικό πεδίο. Σε σύγκριση με υλικά με χαμηλότερες διηλεκτρικές σταθερές, τα υλικά με υψηλότερες διηλεκτρικές σταθερές μπορούν να αποθηκεύσουν περισσότερη ενέργεια ανά μονάδα όγκου , γεγονός που τα καθιστά χρήσιμα για πυκνωτές υψηλής πυκνότητας.
Υλικά με χαμηλότερες διηλεκτρικές σταθερές μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως χρήσιμοι μονωτές σε συστήματα μετάδοσης σήματος, ακριβώς επειδή δεν μπορούν να αποθηκεύσουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας, ελαχιστοποιώντας έτσι την καθυστέρηση διάδοσης του σήματος μέσω οποιωνδήποτε καλωδίων που μονώνονται από αυτά.
Το φανταστικό μέρος της σύνθετης διαπερατότητας αντιπροσωπεύει την ενέργεια που διαχέεται από το διηλεκτρικό υλικό στο ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό απαιτεί προσεκτική διαχείριση για να αποφευχθεί η διάχυση υπερβολικής ενέργειας σε συσκευές όπως οι πυκνωτές που κατασκευάζονται με αυτά τα νέα διηλεκτρικά υλικά.
Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι μέτρησης της διηλεκτρικής σταθεράς. Η μέθοδος παράλληλης πλάκας τοποθετεί το υπό δοκιμή υλικό (MUT) ανάμεσα σε δύο ηλεκτρόδια. Η εξίσωση που φαίνεται στο σχήμα 1 χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της σύνθετης αντίστασης του υλικού και τη μετατροπή της σε σύνθετη διαπερατότητα, η οποία αναφέρεται στο πάχος του υλικού και στην περιοχή και τη διάμετρο του ηλεκτροδίου.
Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται κυρίως για μετρήσεις χαμηλής συχνότητας. Αν και η αρχή είναι απλή, η ακριβής μέτρηση είναι δύσκολη λόγω σφαλμάτων μέτρησης, ειδικά για υλικά χαμηλής απώλειας.
Η σύνθετη διαπερατότητα ποικίλλει ανάλογα με τη συχνότητα, επομένως θα πρέπει να αξιολογείται στη συχνότητα λειτουργίας. Στις υψηλές συχνότητες, τα σφάλματα που προκαλούνται από το σύστημα μέτρησης θα αυξηθούν, με αποτέλεσμα ανακριβείς μετρήσεις.
Το εξάρτημα δοκιμής διηλεκτρικού υλικού (όπως το Keysight 16451B) έχει τρία ηλεκτρόδια. Δύο από αυτά σχηματίζουν έναν πυκνωτή και το τρίτο παρέχει ένα προστατευτικό ηλεκτρόδιο. Το προστατευτικό ηλεκτρόδιο είναι απαραίτητο επειδή όταν δημιουργείται ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων, μέρος του ηλεκτρικό πεδίο θα ρέει μέσω του MUT που είναι εγκατεστημένο ανάμεσά τους (βλ. Εικόνα 2).
Η ύπαρξη αυτού του πεδίου κροσσών μπορεί να οδηγήσει σε εσφαλμένη μέτρηση της διηλεκτρικής σταθεράς του MUT. Το ηλεκτρόδιο προστασίας απορροφά το ρεύμα που ρέει μέσω του περιθωρίου, βελτιώνοντας έτσι την ακρίβεια μέτρησης.
Εάν θέλετε να μετρήσετε τις διηλεκτρικές ιδιότητες ενός υλικού, είναι σημαντικό να μετράτε μόνο το υλικό και τίποτα άλλο. Για το λόγο αυτό, είναι σημαντικό να διασφαλίσετε ότι το δείγμα υλικού είναι πολύ επίπεδο για να εξαλειφθούν τυχόν κενά αέρα μεταξύ αυτού και του ηλεκτρόδιο.
Υπάρχουν δύο τρόποι για να επιτευχθεί αυτό. Ο πρώτος είναι η εφαρμογή ηλεκτροδίων λεπτής μεμβράνης στην επιφάνεια του υλικού που πρόκειται να δοκιμαστεί. Ο δεύτερος είναι να εξαχθεί η σύνθετη διαπερατότητα συγκρίνοντας την χωρητικότητα μεταξύ των ηλεκτροδίων, η οποία μετράται παρουσία και απουσία των υλικών.
Το προστατευτικό ηλεκτρόδιο βοηθά στη βελτίωση της ακρίβειας μέτρησης σε χαμηλές συχνότητες, αλλά μπορεί να επηρεάσει αρνητικά το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο σε υψηλές συχνότητες. Ορισμένοι δοκιμαστές παρέχουν προαιρετικά εξαρτήματα διηλεκτρικού υλικού με συμπαγή ηλεκτρόδια που μπορούν να επεκτείνουν το χρήσιμο εύρος συχνοτήτων αυτής της τεχνικής μέτρησης. Το λογισμικό μπορεί επίσης βοηθούν στην εξάλειψη των επιπτώσεων της χωρητικότητας κροσσών.
Τα υπολειπόμενα σφάλματα που προκαλούνται από εξαρτήματα και αναλυτές μπορούν να μειωθούν με ανοικτό κύκλωμα, βραχυκύκλωμα και αντιστάθμιση φορτίου. Ορισμένοι αναλυτές σύνθετης αντίστασης έχουν ενσωματωμένη αυτήν τη λειτουργία αντιστάθμισης, η οποία βοηθά στην πραγματοποίηση ακριβών μετρήσεων σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων.
Η αξιολόγηση του τρόπου με τον οποίο οι ιδιότητες των διηλεκτρικών υλικών αλλάζουν με τη θερμοκρασία απαιτεί τη χρήση ελεγχόμενης θερμοκρασίας δωματίων και ανθεκτικών στη θερμότητα καλωδίων. Ορισμένοι αναλυτές παρέχουν λογισμικό για τον έλεγχο της θερμής κυψέλης και του κιτ καλωδίων ανθεκτικών στη θερμότητα.
Όπως τα διηλεκτρικά υλικά, τα υλικά φερρίτη βελτιώνονται σταθερά και χρησιμοποιούνται ευρέως στον ηλεκτρονικό εξοπλισμό ως εξαρτήματα επαγωγής και μαγνήτες, καθώς και εξαρτήματα μετασχηματιστών, απορροφητές μαγνητικού πεδίου και καταστολείς.
Τα βασικά χαρακτηριστικά αυτών των υλικών περιλαμβάνουν τη διαπερατότητα και τις απώλειές τους σε κρίσιμες συχνότητες λειτουργίας. Ένας αναλυτής σύνθετης αντίστασης με προσάρτημα μαγνητικού υλικού μπορεί να παρέχει ακριβείς και επαναλαμβανόμενες μετρήσεις σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων.
Όπως τα διηλεκτρικά υλικά, η διαπερατότητα των μαγνητικών υλικών είναι ένα σύνθετο χαρακτηριστικό που εκφράζεται σε πραγματικά και φανταστικά μέρη. Ο πραγματικός όρος αντιπροσωπεύει την ικανότητα του υλικού να διεξάγει μαγνητική ροή και ο φανταστικός όρος αντιπροσωπεύει την απώλεια στο υλικό. Τα υλικά με υψηλή μαγνητική διαπερατότητα μπορούν να Χρησιμοποιείται για τη μείωση του μεγέθους και του βάρους του μαγνητικού συστήματος. Το στοιχείο απώλειας της μαγνητικής διαπερατότητας μπορεί να ελαχιστοποιηθεί για μέγιστη απόδοση σε εφαρμογές όπως οι μετασχηματιστές ή να μεγιστοποιηθεί σε εφαρμογές όπως η θωράκιση.
Η σύνθετη διαπερατότητα καθορίζεται από την σύνθετη αντίσταση του επαγωγέα που σχηματίζεται από το υλικό. Στις περισσότερες περιπτώσεις, ποικίλλει ανάλογα με τη συχνότητα, επομένως πρέπει να χαρακτηρίζεται στη συχνότητα λειτουργίας. Σε υψηλότερες συχνότητες, η ακριβής μέτρηση είναι δύσκολη λόγω της παρασιτικής σύνθετης αντίστασης του Εξάρτημα. Για υλικά χαμηλών απωλειών, η γωνία φάσης της σύνθετης αντίστασης είναι κρίσιμη, αν και η ακρίβεια της μέτρησης φάσης είναι συνήθως ανεπαρκής.
Η μαγνητική διαπερατότητα αλλάζει επίσης με τη θερμοκρασία, επομένως το σύστημα μέτρησης θα πρέπει να μπορεί να αξιολογεί με ακρίβεια τα χαρακτηριστικά θερμοκρασίας σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων.
Η σύνθετη διαπερατότητα μπορεί να προκύψει με τη μέτρηση της σύνθετης αντίστασης των μαγνητικών υλικών. Αυτό γίνεται τυλίγοντας μερικά σύρματα γύρω από το υλικό και μετρώντας την αντίσταση σε σχέση με το άκρο του σύρματος. Τα αποτελέσματα μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με τον τρόπο περιέλιξης του σύρματος και την αλληλεπίδραση του μαγνητικού πεδίου με το περιβάλλον του.
Το εξάρτημα δοκιμής μαγνητικού υλικού (βλ. Εικόνα 3) παρέχει έναν επαγωγέα μονής στροφής που περιβάλλει το δακτυλιοειδές πηνίο του MUT. Δεν υπάρχει ροή διαρροής στην επαγωγή μιας στροφής, επομένως το μαγνητικό πεδίο στο εξάρτημα μπορεί να υπολογιστεί με ηλεκτρομαγνητική θεωρία .
Όταν χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με έναν αναλυτή σύνθετης αντίστασης/υλικού, το απλό σχήμα του ομοαξονικού εξαρτήματος και του δακτυλίου MUT μπορούν να αξιολογηθούν με ακρίβεια και μπορούν να επιτύχουν ευρεία κάλυψη συχνότητας από 1kHz έως 1GHz.
Το σφάλμα που προκαλείται από το σύστημα μέτρησης μπορεί να εξαλειφθεί πριν από τη μέτρηση. Το σφάλμα που προκαλείται από τον αναλυτή σύνθετης αντίστασης μπορεί να βαθμονομηθεί μέσω διόρθωσης σφαλμάτων τριών χρόνων. Σε υψηλότερες συχνότητες, η βαθμονόμηση πυκνωτή χαμηλών απωλειών μπορεί να βελτιώσει την ακρίβεια της γωνίας φάσης.
Το εξάρτημα μπορεί να παρέχει μια άλλη πηγή σφάλματος, αλλά οποιαδήποτε υπολειπόμενη αυτεπαγωγή μπορεί να αντισταθμιστεί μετρώντας το εξάρτημα χωρίς το MUT.
Όπως και με τη διηλεκτρική μέτρηση, απαιτείται θάλαμος θερμοκρασίας και ανθεκτικά στη θερμότητα καλώδια για την αξιολόγηση των χαρακτηριστικών θερμοκρασίας των μαγνητικών υλικών.
Τα καλύτερα κινητά τηλέφωνα, τα πιο προηγμένα συστήματα υποστήριξης οδηγού και οι ταχύτεροι φορητοί υπολογιστές βασίζονται σε συνεχείς εξελίξεις σε ένα ευρύ φάσμα τεχνολογιών. Μπορούμε να μετρήσουμε την πρόοδο των κόμβων διεργασίας ημιαγωγών, αλλά μια σειρά από τεχνολογίες υποστήριξης αναπτύσσονται γρήγορα για να επιτρέψουν σε αυτές τις νέες διαδικασίες να τεθεί σε χρήση.
Οι τελευταίες εξελίξεις στην επιστήμη των υλικών και τη νανοτεχνολογία κατέστησαν δυνατή την παραγωγή υλικών με καλύτερες διηλεκτρικές και μαγνητικές ιδιότητες από πριν. Ωστόσο, η μέτρηση αυτών των προόδων είναι μια περίπλοκη διαδικασία, ειδικά επειδή δεν υπάρχει ανάγκη για αλληλεπίδραση μεταξύ των υλικών και των εξαρτημάτων στα οποία είναι εγκατεστημένα.
Τα καλά μελετημένα όργανα και εξαρτήματα μπορούν να ξεπεράσουν πολλά από αυτά τα προβλήματα και να φέρουν αξιόπιστες, επαναλαμβανόμενες και αποτελεσματικές μετρήσεις ιδιοτήτων διηλεκτρικού και μαγνητικού υλικού σε χρήστες που δεν έχουν ειδική εξειδίκευση σε αυτούς τους τομείς. Το αποτέλεσμα θα πρέπει να είναι ταχύτερη ανάπτυξη προηγμένων υλικών το ηλεκτρονικό οικοσύστημα.
Το «Electronic Weekly» συνεργάστηκε με την RS Grass Roots για να επικεντρωθεί στην παρουσίαση των πιο έξυπνων νέων ηλεκτρονικών μηχανικών στο Ηνωμένο Βασίλειο σήμερα.
Στείλτε τα νέα, τα ιστολόγια και τα σχόλιά μας απευθείας στα εισερχόμενά σας! Εγγραφείτε για το ηλεκτρονικό εβδομαδιαίο ενημερωτικό δελτίο: στυλ, γκουρού gadget και ημερήσιες και εβδομαδιαίες ενημερωτικές πληροφορίες.
Διαβάστε το ειδικό συμπλήρωμά μας για τον εορτασμό της 60ης επετείου του Electronic Weekly και ανυπομονείτε για το μέλλον του κλάδου.
Διαβάστε το πρώτο τεύχος του Electronic Weekly online: 7 Σεπτεμβρίου 1960. Σαρώσαμε την πρώτη έκδοση για να μπορείτε να την απολαύσετε.
Διαβάστε το ειδικό συμπλήρωμά μας για τον εορτασμό της 60ης επετείου του Electronic Weekly και ανυπομονείτε για το μέλλον του κλάδου.
Διαβάστε το πρώτο τεύχος του Electronic Weekly online: 7 Σεπτεμβρίου 1960. Σαρώσαμε την πρώτη έκδοση για να μπορείτε να την απολαύσετε.
Ακούστε αυτό το podcast και ακούστε τον Chetan Khona (Director of Industry, Vision, Healthcare and Science, Xilinx) να μιλάει για το πώς η Xilinx και η βιομηχανία ημιαγωγών ανταποκρίνονται στις ανάγκες των πελατών.
Χρησιμοποιώντας αυτόν τον ιστότοπο, συμφωνείτε με τη χρήση cookies. Το Electronics Weekly ανήκει στη Metropolis International Group Limited, μέλος του Ομίλου Metropolis. μπορείτε να δείτε την πολιτική απορρήτου και τα cookies μας εδώ.