berita

Giovanni D'Amore membincangkan penggunaan penganalisis impedans dan lekapan profesional untuk mencirikan bahan dielektrik dan magnet.
Kami terbiasa memikirkan kemajuan teknologi daripada generasi model telefon mudah alih atau nod proses pembuatan semikonduktor. Ini memberikan kemajuan singkat yang berguna tetapi tidak jelas dalam teknologi yang membolehkan (seperti bidang sains bahan).
Sesiapa sahaja yang telah mengasingkan TV CRT atau menghidupkan bekalan kuasa lama akan mengetahui satu perkara: Anda tidak boleh menggunakan komponen abad ke-20 untuk membuat elektronik abad ke-21.
Sebagai contoh, kemajuan pesat dalam sains bahan dan nanoteknologi telah mencipta bahan baharu dengan ciri-ciri yang diperlukan untuk membina induktor dan kapasitor berketumpatan tinggi, berprestasi tinggi.
Pembangunan peralatan menggunakan bahan ini memerlukan pengukuran yang tepat bagi sifat elektrik dan magnet, seperti kebolehtelapan dan kebolehtelapan, dalam julat frekuensi operasi dan julat suhu.
Bahan dielektrik memainkan peranan penting dalam komponen elektronik seperti kapasitor dan penebat. Pemalar dielektrik bahan boleh dilaraskan dengan mengawal komposisi dan/atau struktur mikronya, terutamanya seramik.
Adalah sangat penting untuk mengukur sifat dielektrik bahan baharu pada awal kitaran pembangunan komponen untuk meramalkan prestasinya.
Ciri-ciri elektrik bahan dielektrik dicirikan oleh kebolehperolehan kompleksnya, yang terdiri daripada bahagian nyata dan khayalan.
Bahagian sebenar pemalar dielektrik, juga dipanggil pemalar dielektrik, mewakili keupayaan bahan untuk menyimpan tenaga apabila tertakluk kepada medan elektrik. Berbanding dengan bahan dengan pemalar dielektrik yang lebih rendah, bahan dengan pemalar dielektrik yang lebih tinggi boleh menyimpan lebih banyak tenaga per unit isipadu , yang menjadikannya berguna untuk kapasitor berketumpatan tinggi.
Bahan dengan pemalar dielektrik yang lebih rendah boleh digunakan sebagai penebat berguna dalam sistem penghantaran isyarat, tepat kerana ia tidak dapat menyimpan sejumlah besar tenaga, dengan itu meminimumkan kelewatan perambatan isyarat melalui mana-mana wayar yang terlindung olehnya.
Bahagian khayalan bagi kebolehtelapan kompleks mewakili tenaga yang dilesapkan oleh bahan dielektrik dalam medan elektrik. Ini memerlukan pengurusan yang teliti untuk mengelak daripada melesap terlalu banyak tenaga dalam peranti seperti kapasitor yang dibuat dengan bahan dielektrik baharu ini.
Terdapat pelbagai kaedah untuk mengukur pemalar dielektrik. Kaedah plat selari meletakkan bahan di bawah ujian (MUT) antara dua elektrod. Persamaan yang ditunjukkan dalam Rajah 1 digunakan untuk mengukur impedans bahan dan menukarkannya kepada kebolehtelapan kompleks, yang merujuk kepada ketebalan bahan dan luas dan diameter elektrod.
Kaedah ini digunakan terutamanya untuk pengukuran frekuensi rendah. Walaupun prinsipnya mudah, pengukuran yang tepat adalah sukar kerana ralat pengukuran, terutamanya untuk bahan kehilangan rendah.
Kemiringan kompleks berbeza-beza mengikut kekerapan, jadi ia harus dinilai pada kekerapan operasi. Pada frekuensi tinggi, ralat yang disebabkan oleh sistem pengukuran akan meningkat, mengakibatkan pengukuran tidak tepat.
Lekapan ujian bahan dielektrik (seperti Keysight 16451B) mempunyai tiga elektrod. Dua daripadanya membentuk kapasitor, dan yang ketiga menyediakan elektrod pelindung. Elektrod pelindung adalah perlu kerana apabila medan elektrik diwujudkan di antara dua elektrod, sebahagian daripada medan elektrik akan mengalir melalui MUT yang dipasang di antara mereka (lihat Rajah 2).
Kewujudan medan pinggir ini boleh membawa kepada pengukuran yang salah bagi pemalar dielektrik MUT. Elektrod perlindungan menyerap arus yang mengalir melalui medan pinggir, dengan itu meningkatkan ketepatan pengukuran.
Jika anda ingin mengukur sifat dielektrik sesuatu bahan, adalah penting anda hanya mengukur bahan dan tidak ada yang lain. Atas sebab ini, adalah penting untuk memastikan bahawa sampel bahan adalah sangat rata untuk menghapuskan sebarang jurang udara antaranya dan elektrod.
Terdapat dua cara untuk mencapai matlamat ini.Yang pertama ialah menggunakan elektrod filem nipis pada permukaan bahan yang akan diuji.Yang kedua ialah untuk memperoleh kebolehterimaan kompleks dengan membandingkan kapasitansi antara elektrod, yang diukur dalam kehadiran dan ketiadaan. daripada bahan.
Elektrod pengawal membantu meningkatkan ketepatan pengukuran pada frekuensi rendah, tetapi ia mungkin menjejaskan medan elektromagnet pada frekuensi tinggi. Sesetengah penguji menyediakan lekapan bahan dielektrik pilihan dengan elektrod padat yang boleh memanjangkan julat frekuensi berguna teknik pengukuran ini. Perisian juga boleh membantu menghapuskan kesan kapasitansi pinggir.
Kesilapan baki yang disebabkan oleh lekapan dan penganalisis boleh dikurangkan dengan litar terbuka, litar pintas dan pampasan beban. Sesetengah penganalisis impedans mempunyai fungsi pampasan terbina dalam ini, yang membantu membuat pengukuran yang tepat pada julat frekuensi yang luas.
Menilai cara sifat bahan dielektrik berubah dengan suhu memerlukan penggunaan bilik terkawal suhu dan kabel tahan haba. Sesetengah penganalisis menyediakan perisian untuk mengawal sel panas dan kit kabel tahan haba.
Seperti bahan dielektrik, bahan ferit semakin bertambah baik, dan digunakan secara meluas dalam peralatan elektronik sebagai komponen induktansi dan magnet, serta komponen transformer, penyerap medan magnet dan penekan.
Ciri-ciri utama bahan ini termasuk kebolehtelapan dan kehilangannya pada frekuensi operasi kritikal. Penganalisis impedans dengan lekapan bahan magnet boleh memberikan ukuran yang tepat dan boleh berulang dalam julat frekuensi yang luas.
Seperti bahan dielektrik, kebolehtelapan bahan magnet adalah ciri kompleks yang dinyatakan dalam bahagian nyata dan khayalan. Istilah sebenar mewakili keupayaan bahan untuk menjalankan fluks magnet, dan istilah khayalan mewakili kehilangan dalam bahan. Bahan dengan kebolehtelapan magnet yang tinggi boleh digunakan untuk mengurangkan saiz dan berat sistem magnet. Komponen kehilangan kebolehtelapan magnet boleh diminimumkan untuk kecekapan maksimum dalam aplikasi seperti transformer, atau dimaksimumkan dalam aplikasi seperti perisai.
Kebolehtelapan kompleks ditentukan oleh impedans induktor yang dibentuk oleh bahan. Dalam kebanyakan kes, ia berbeza mengikut kekerapan, jadi ia harus dicirikan pada frekuensi operasi. Pada frekuensi yang lebih tinggi, pengukuran yang tepat adalah sukar disebabkan oleh impedans parasit lekapan.Untuk bahan kehilangan rendah, sudut fasa galangan adalah kritikal, walaupun ketepatan pengukuran fasa biasanya tidak mencukupi.
Kebolehtelapan magnet juga berubah mengikut suhu, jadi sistem pengukuran harus dapat menilai ciri suhu dengan tepat pada julat frekuensi yang luas.
Kebolehtelapan kompleks boleh diperolehi dengan mengukur impedans bahan magnetik. Ini dilakukan dengan membalut beberapa wayar di sekeliling bahan dan mengukur galangan berbanding hujung wayar. Keputusan mungkin berbeza-beza bergantung pada cara wayar digulung dan interaksi medan magnet dengan persekitaran sekelilingnya.
Lekapan ujian bahan magnetik (lihat Rajah 3) menyediakan induktor pusingan tunggal yang mengelilingi gegelung toroid MUT. Tiada fluks kebocoran dalam kearuhan pusingan tunggal, jadi medan magnet dalam lekapan boleh dikira dengan teori elektromagnet .
Apabila digunakan bersama dengan penganalisis impedans/bahan, bentuk ringkas lekapan sepaksi dan MUT toroid boleh dinilai dengan tepat dan boleh mencapai liputan frekuensi yang luas dari 1kHz hingga 1GHz.
Ralat yang disebabkan oleh sistem pengukuran boleh dihapuskan sebelum pengukuran. Ralat yang disebabkan oleh penganalisis impedans boleh ditentukur melalui pembetulan ralat tiga jangka. Pada frekuensi yang lebih tinggi, penentukuran kapasitor kehilangan rendah boleh meningkatkan ketepatan sudut fasa.
Lekapan boleh memberikan satu lagi punca ralat, tetapi sebarang kearuhan baki boleh dikompensasikan dengan mengukur lekapan tanpa MUT.
Seperti pengukuran dielektrik, ruang suhu dan kabel tahan haba diperlukan untuk menilai ciri suhu bahan magnetik.
Telefon mudah alih yang lebih baik, sistem bantuan pemandu yang lebih maju dan komputer riba yang lebih pantas semuanya bergantung pada kemajuan berterusan dalam pelbagai teknologi. Kita boleh mengukur kemajuan nod proses semikonduktor, tetapi satu siri teknologi sokongan sedang berkembang pesat untuk membolehkan proses baharu ini menjadi digunakan.
Kemajuan terkini dalam sains bahan dan nanoteknologi telah memungkinkan untuk menghasilkan bahan dengan sifat dielektrik dan magnet yang lebih baik daripada sebelumnya.Walau bagaimanapun, mengukur kemajuan ini adalah proses yang rumit, terutamanya kerana tidak ada keperluan untuk interaksi antara bahan dan lekapan yang mereka dipasang.
Instrumen dan lekapan yang difikirkan dengan baik boleh mengatasi banyak masalah ini dan membawa ukuran sifat bahan dielektrik dan magnet yang boleh dipercayai, boleh diulang dan cekap kepada pengguna yang tidak mempunyai kepakaran khusus dalam bidang ini. Hasilnya haruslah penggunaan bahan termaju yang lebih pantas di seluruh ekosistem elektronik.
“Electronic Weekly” bekerjasama dengan RS Grass Roots untuk menumpukan pada memperkenalkan jurutera elektronik muda paling cemerlang di UK hari ini.
Hantar berita, blog dan ulasan kami terus ke peti masuk anda!Daftar untuk surat berita e-mingguan: gaya, guru alat dan pusingan harian dan mingguan.
Baca suplemen istimewa kami yang meraikan ulang tahun ke-60 Mingguan Elektronik dan nantikan masa depan industri.
Baca keluaran pertama Mingguan Elektronik dalam talian: 7 September 1960. Kami telah mengimbas edisi pertama supaya anda boleh menikmatinya.
Baca suplemen istimewa kami yang meraikan ulang tahun ke-60 Mingguan Elektronik dan nantikan masa depan industri.
Baca keluaran pertama Mingguan Elektronik dalam talian: 7 September 1960. Kami telah mengimbas edisi pertama supaya anda boleh menikmatinya.
Dengar podcast ini dan dengar Chetan Khona (Pengarah Industri, Visi, Penjagaan Kesihatan dan Sains, Xilinx) bercakap tentang cara Xilinx dan industri semikonduktor bertindak balas terhadap keperluan pelanggan.
Dengan menggunakan laman web ini, anda bersetuju untuk menggunakan kuki.Electronics Weekly dimiliki oleh Metropolis International Group Limited, ahli Kumpulan Metropolis; anda boleh melihat dasar privasi dan kuki kami di sini.