أخبار

ناقش جيوفاني دامور استخدام محللات المعاوقة والتركيبات المهنية لتوصيف المواد العازلة والمغناطيسية.
لقد اعتدنا على التفكير في التقدم التكنولوجي الناشئ عن أجيال نماذج الهواتف المحمولة أو نقاط عملية تصنيع أشباه الموصلات. وهي تقدم اختزالاً مفيداً ولكنها غامضة في تمكين التكنولوجيات (مثل مجال علم المواد).
أي شخص قام بتفكيك تلفزيون CRT أو قام بتشغيل مصدر طاقة قديم سيعرف شيئًا واحدًا: لا يمكنك استخدام مكونات القرن العشرين لصنع إلكترونيات القرن الحادي والعشرين.
على سبيل المثال، أدى التقدم السريع في علوم المواد وتكنولوجيا النانو إلى إنشاء مواد جديدة تتمتع بالخصائص اللازمة لبناء محاثات ومكثفات عالية الكثافة والأداء.
يتطلب تطوير المعدات التي تستخدم هذه المواد قياسًا دقيقًا للخصائص الكهربائية والمغناطيسية، مثل السماحية والنفاذية، عبر نطاق من ترددات التشغيل ونطاقات درجات الحرارة.
تلعب المواد العازلة دورًا رئيسيًا في المكونات الإلكترونية مثل المكثفات والعوازل. يمكن تعديل ثابت العزل الكهربائي للمادة عن طريق التحكم في تركيبها و/أو بنيتها الدقيقة، وخاصة السيراميك.
من المهم جدًا قياس الخواص العازلة للمواد الجديدة في وقت مبكر من دورة تطوير المكونات للتنبؤ بأدائها.
تتميز الخواص الكهربائية للمواد العازلة بالسماحية المعقدة التي تتكون من أجزاء حقيقية وخيالية.
يمثل الجزء الحقيقي من ثابت العزل الكهربائي، والذي يسمى أيضًا ثابت العزل الكهربائي، قدرة المادة على تخزين الطاقة عند تعرضها لمجال كهربائي. وبالمقارنة مع المواد ذات ثوابت العزل الكهربائي المنخفضة، يمكن للمواد ذات ثوابت العزل الكهربائي الأعلى تخزين المزيد من الطاقة لكل وحدة حجم. مما يجعلها مفيدة للمكثفات عالية الكثافة.
يمكن استخدام المواد ذات ثوابت العزل الكهربائي المنخفضة كعوازل مفيدة في أنظمة نقل الإشارات، وذلك على وجه التحديد لأنها لا تستطيع تخزين كميات كبيرة من الطاقة، وبالتالي تقليل تأخير انتشار الإشارة من خلال أي أسلاك معزولة بها.
يمثل الجزء التخيلي من السماحية المعقدة الطاقة التي تتبددها المادة العازلة في المجال الكهربائي. وهذا يتطلب إدارة دقيقة لتجنب تبديد الكثير من الطاقة في الأجهزة مثل المكثفات المصنوعة من هذه المواد العازلة الجديدة.
هناك طرق مختلفة لقياس ثابت العزل الكهربائي. طريقة اللوحة المتوازية تضع المادة تحت الاختبار (MUT) بين قطبين كهربائيين. وتستخدم المعادلة الموضحة في الشكل 1 لقياس ممانعة المادة وتحويلها إلى سماحية معقدة، والتي يشير إلى سمك المادة ومنطقة وقطر القطب.
تستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي لقياس التردد المنخفض. على الرغم من بساطة المبدأ، إلا أن القياس الدقيق صعب بسبب أخطاء القياس، خاصة بالنسبة للمواد منخفضة الخسارة.
تختلف السماحية المعقدة باختلاف التردد، لذا يجب تقييمها عند تردد التشغيل. عند الترددات العالية، ستزداد الأخطاء الناجمة عن نظام القياس، مما يؤدي إلى قياسات غير دقيقة.
تحتوي أداة اختبار المواد العازلة (مثل Keysight 16451B) على ثلاثة أقطاب كهربائية. اثنان منهم يشكلان مكثفًا، والثالث يوفر قطبًا كهربائيًا وقائيًا. يعد القطب الوقائي ضروريًا لأنه عندما يتم إنشاء مجال كهربائي بين القطبين الكهربائيين، فإن جزءًا من القطب الكهربائي سوف يتدفق المجال الكهربائي عبر MUT المثبت بينهما (انظر الشكل 2).
يمكن أن يؤدي وجود هذا المجال الهامشي إلى قياس خاطئ لثابت العزل الكهربائي لـ MUT. يمتص قطب الحماية التيار المتدفق عبر المجال الهامشي، وبالتالي تحسين دقة القياس.
إذا كنت تريد قياس الخواص العازلة لمادة ما، فمن المهم أن تقوم بقياس المادة فقط وليس أي شيء آخر. ولهذا السبب، من المهم التأكد من أن عينة المادة مسطحة جدًا لإزالة أي فجوات هوائية بينها وبين المادة. القطب.
هناك طريقتان لتحقيق ذلك. الأولى هي تطبيق أقطاب كهربائية رقيقة على سطح المادة المراد اختبارها. والثانية هي استخلاص السماحية المعقدة من خلال مقارنة السعة بين الأقطاب الكهربائية، والتي يتم قياسها في الحضور والغياب من المواد.
يساعد القطب الواقي على تحسين دقة القياس عند الترددات المنخفضة، ولكنه قد يؤثر سلبًا على المجال الكهرومغناطيسي عند الترددات العالية. توفر بعض أجهزة الاختبار تركيبات اختيارية من المواد العازلة مع أقطاب كهربائية مدمجة يمكنها توسيع نطاق التردد المفيد لتقنية القياس هذه. يمكن للبرامج أيضًا تساعد في القضاء على آثار التهديب السعة.
يمكن تقليل الأخطاء المتبقية الناجمة عن التركيبات والمحللات عن طريق تعويض الدائرة المفتوحة والدائرة القصيرة والحمل. وقد تم دمج بعض محللات المعاوقة في وظيفة التعويض هذه، مما يساعد على إجراء قياسات دقيقة عبر نطاق تردد واسع.
يتطلب تقييم كيفية تغير خصائص المواد العازلة مع درجة الحرارة استخدام غرف يتم التحكم في درجة حرارتها وكابلات مقاومة للحرارة. توفر بعض المحللات برامج للتحكم في الخلية الساخنة ومجموعة الكابلات المقاومة للحرارة.
مثل المواد العازلة، تتحسن مواد الفريت بشكل مطرد، وتستخدم على نطاق واسع في المعدات الإلكترونية كمكونات الحث والمغناطيس، وكذلك مكونات المحولات، وامتصاص المجال المغناطيسي والقامعات.
تشمل الخصائص الرئيسية لهذه المواد نفاذيتها وفقدانها عند ترددات التشغيل الحرجة. يمكن لمحلل المعاوقة المزود بتركيبة مادة مغناطيسية توفير قياسات دقيقة وقابلة للتكرار عبر نطاق تردد واسع.
مثل المواد العازلة، فإن نفاذية المواد المغناطيسية هي خاصية معقدة يتم التعبير عنها في الأجزاء الحقيقية والتخيلية. ويمثل المصطلح الحقيقي قدرة المادة على إجراء التدفق المغناطيسي، ويمثل المصطلح التخيلي الفقد في المادة. ويمكن أن تكون المواد ذات النفاذية المغناطيسية العالية تستخدم لتقليل حجم ووزن النظام المغناطيسي. يمكن تقليل مكون فقدان النفاذية المغناطيسية لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة في تطبيقات مثل المحولات، أو تعظيمها في تطبيقات مثل التدريع.
يتم تحديد النفاذية المعقدة من خلال مقاومة المحث الذي تشكله المادة. وفي معظم الحالات، تختلف باختلاف التردد، لذلك يجب وصفها عند تردد التشغيل. وفي الترددات الأعلى، يكون القياس الدقيق صعبًا بسبب المعاوقة الطفيلية للمحول. لاعبا اساسيا.بالنسبة للمواد منخفضة الخسارة، تعد زاوية طور المعاوقة أمرًا بالغ الأهمية، على الرغم من أن دقة قياس الطور عادة ما تكون غير كافية.
تتغير النفاذية المغناطيسية أيضًا مع درجة الحرارة، لذلك يجب أن يكون نظام القياس قادرًا على تقييم خصائص درجة الحرارة بدقة عبر نطاق ترددي واسع.
يمكن استخلاص النفاذية المعقدة عن طريق قياس ممانعة المواد المغناطيسية. ويتم ذلك عن طريق لف بعض الأسلاك حول المادة وقياس الممانعة بالنسبة لنهاية السلك. وقد تختلف النتائج حسب كيفية جرح السلك والتفاعل. المجال المغناطيسي مع البيئة المحيطة به.
توفر أداة اختبار المواد المغناطيسية (انظر الشكل 3) مغوًا أحادي الدورة يحيط بالملف الحلقي لـ MUT. لا يوجد تدفق تسرب في محاثة الدورة الواحدة، لذلك يمكن حساب المجال المغناطيسي في الوحدة من خلال النظرية الكهرومغناطيسية .
عند استخدامه مع محلل المعاوقة/المواد، يمكن تقييم الشكل البسيط للتركيبات المحورية وMUT الحلقية بدقة ويمكن أن يحقق تغطية تردد واسعة من 1 كيلو هرتز إلى 1 جيجا هرتز.
يمكن إزالة الخطأ الناتج عن نظام القياس قبل القياس. يمكن معايرة الخطأ الناتج عن محلل المعاوقة من خلال تصحيح الخطأ ثلاثي المدة. في الترددات الأعلى، يمكن لمعايرة المكثف منخفض الخسارة تحسين دقة زاوية الطور.
يمكن أن توفر الوحدة مصدرًا آخر للخطأ، ولكن يمكن تعويض أي محاثة متبقية عن طريق قياس الوحدة بدون MUT.
كما هو الحال مع قياس العزل الكهربائي، يلزم وجود غرفة درجة حرارة وكابلات مقاومة للحرارة لتقييم خصائص درجة حرارة المواد المغناطيسية.
تعتمد الهواتف المحمولة الأفضل وأنظمة مساعدة السائق الأكثر تقدمًا وأجهزة الكمبيوتر المحمولة الأسرع على التقدم المستمر في مجموعة واسعة من التقنيات. يمكننا قياس التقدم المحرز في عقد عملية أشباه الموصلات، ولكن سلسلة من التقنيات الداعمة تتطور بسرعة لتمكين هذه العمليات الجديدة من أن تكون وضعت موضع الاستخدام.
لقد مكنت أحدث التطورات في علم المواد وتكنولوجيا النانو من إنتاج مواد ذات خصائص عازلة ومغناطيسية أفضل من ذي قبل. ومع ذلك، فإن قياس هذه التطورات يعد عملية معقدة، خاصة لأنه ليست هناك حاجة للتفاعل بين المواد والتركيبات التي يتم عليها تم تثبيتها.
يمكن للأدوات والتركيبات المدروسة جيدًا التغلب على العديد من هذه المشكلات وتقديم قياسات موثوقة وقابلة للتكرار وفعالة لخصائص المواد العازلة والمغناطيسية للمستخدمين الذين ليس لديهم خبرة محددة في هذه المجالات. وينبغي أن تكون النتيجة نشر أسرع للمواد المتقدمة في جميع أنحاء النظام البيئي الإلكتروني.
تعاونت "Electronic Weekly" مع RS Grass Roots للتركيز على تقديم ألمع المهندسين الإلكترونيين الشباب في المملكة المتحدة اليوم.
أرسل أخبارنا ومدوناتنا وتعليقاتنا مباشرة إلى بريدك الوارد! اشترك في النشرة الإخبارية الأسبوعية الإلكترونية: خبير الأسلوب والأدوات الذكية والتقارير اليومية والأسبوعية.
اقرأ ملحقنا الخاص للاحتفال بالذكرى الستين لـ Electronic Weekly وتطلع إلى مستقبل الصناعة.
اقرأ العدد الأول من مجلة Electronic Weekly على الإنترنت: 7 سبتمبر 1960. لقد قمنا بمسح الطبعة الأولى ضوئيًا حتى تتمكن من الاستمتاع بها.
اقرأ ملحقنا الخاص للاحتفال بالذكرى الستين لـ Electronic Weekly وتطلع إلى مستقبل الصناعة.
اقرأ العدد الأول من مجلة Electronic Weekly على الإنترنت: 7 سبتمبر 1960. لقد قمنا بمسح الطبعة الأولى ضوئيًا حتى تتمكن من الاستمتاع بها.
استمع إلى هذا البودكاست واستمع إلى تشيتان خونا (مدير الصناعة والرؤية والرعاية الصحية والعلوم في Xilinx) وهو يتحدث عن كيفية استجابة Xilinx وصناعة أشباه الموصلات لاحتياجات العملاء.
باستخدام هذا الموقع، فإنك توافق على استخدام ملفات تعريف الارتباط. إن شركة Electronic Weekly مملوكة لشركة Metropolis International Group Limited، وهي عضو في مجموعة Metropolis؛ يمكنك الاطلاع على سياسة الخصوصية وملفات تعريف الارتباط الخاصة بنا هنا.