月: 2023年6月

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AC-Voltmeter

Was ist ein AC-Voltmeter?

AC VoltmeterEin AC-Voltmeter ist ein Gerät zur Messung der Wechselspannung, die von einer Wechselstromquelle geliefert wird.
Viele tragbare Wechselspannungsmessgeräte wurden früher nur als Wechselspannungsmessgeräte verkauft, aber in den letzten Jahren haben sich multifunktionale Messgeräte durchgesetzt. Es gibt zwei Arten von Multifunktionsgeräten: analoge Tester und digitale Tester.

Analoge Prüfgeräte haben einen relativ geringen Innenwiderstand, so dass die Verlustleistung auf ein Minimum reduziert werden kann. Sie haben außerdem den Vorteil einer hohen Genauigkeit und eines geringen Messfehlers.
Digitale Prüfgeräte haben einen hohen Innenwiderstand und können daher auch hochohmige Schaltungen messen.

Anwendungen von AC-Voltmetern

AC-Voltmeter werden häufig bei der Inspektion, Wartung und Instandhaltung von Produkten eingesetzt, die mit Wechselstrom betrieben werden. Beispiele für den Einsatz sind:

  • Ermittlung der Ursache von Fehlern in Audiogeräten
  • Prüfen der Empfangs- und Sendespannung von Schaltschränken
  • Prüfen der Spannung an verschiedenen Stellen im Cockpit eines Hochgeschwindigkeitszuges
  • Überprüfung des Zustands von Tauchpumpen zur Entwässerung
  • Überprüfung der Ausgangsspannung von Notstromaggregaten
  • Bestätigung der Generatorspannung in Kraftwerken
  • Überprüfung der Übertragungs- und Empfangsspannung in Umspannwerken

AC-Voltmeter können verwendet werden, um die Spannungen zwischen elektronischen Schaltungen zu ermitteln.
Wie bereits erwähnt, werden AC-Voltmeter auch zur Überwachung der Spannungsbedingungen von Geräten verwendet.

Funktionsweise von AC-Voltmetern

AC-Voltmeter lassen sich grob in Analog- und Digitalvoltmeter unterteilen.

Analoge Voltmeter verwenden hauptsächlich die Methode des beweglichen Eisenbands.
Beim beweglichen Eisenband wird eine Eingangsspannung an eine feste Spule angelegt und die in der Spule erzeugte Magnetkraft bewegt das Eisenband, so dass der Zeiger schwingt. Es zeichnet sich durch seinen einfachen Aufbau und seine geringen Kosten aus.

Das Prinzip eines Digitalvoltmeters wandelt zunächst die Eingangswechselspannung über einen AC/DC-Wandler in Gleichstrom um. Der elektrische Widerstand wird dann durch den Multiplizierer bestimmt und die Stromstärke, die durch das AC-Voltmeter fließt, durch die Spannung des Vorspannungsstroms und den Eigenwiderstand des AC-Voltmeters. Nach der Bestimmung des elektrischen Widerstands und des Stroms kann die Spannung mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes ermittelt werden.

Arten von AC-Voltmetern

Wie bereits erwähnt, gibt es verschiedene Arten von AC-Voltmetern, darunter analoge und digitale Produkte. Es sind auch Datenlogger für die Aufzeichnung von Spannungen erhältlich.

Analoge AC-Voltmeter

Viele Menschen denken bei dem Begriff Wechselspannungsmessgerät an analoge Wechselspannungsmessgeräte. Der gebräuchlichste Typ hat eine Spannungsplatte und eine Nadel, die auf der Vorderseite von einer transparenten Acrylabdeckung bedeckt sind. Aufgrund ihres einfachen Aufbaus sind sie weniger störungsanfällig und zuverlässiger als digitale AC-Voltmeter.
Sie sind relativ preiswert und einige sind im Versandhandel für weniger als 10 USD erhältlich.

Digitale AC-Voltmeter

Dieser Typ hat eine digitale Anzeige auf der Vorderseite, um die Spannung anzuzeigen. Im Inneren befindet sich eine Steuerplatine, z. B. ein FPGA, mit Analog-Digital-Umwandlungsschaltungen und anderen Funktionen.
Die digitale Anzeige ist leicht ablesbar und einige sind sehr funktionell, da verschiedene Funktionen durch das Programm, das die Karte steuert, realisiert werden können.
Die Preisspanne reicht von Modellen im Bereich von 10 USD bis hin zu Hochleistungsgeräten, die mehrere tausend USD kosten.
Im Vergleich zu analogen Geräten ist der Aufbau komplexer und die Fehlerquote tendenziell höher.

Datenlogger

Dies ist ein Gerätetyp, der die Funktion eines AC-Voltmeters hat, aber auch die Ergebnisse seiner Spannungsmessungen protokollieren und durch Anschluss einer Erweiterungseinheit gleichzeitig verschiedene Messungen durchführen kann, z. B. die Temperatur.

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CPLD

Was ist ein CPLD?

Ein CPLD ist ein reprogrammierbarer Logikbaustein mit einer relativ komplexen Schaltungsstruktur.

Die Abkürzung steht für „Complex Programmable Logic Device“. CPLDs ermöglichen eine reibungslosere Produktentwicklung zu niedrigeren Kosten als in der Vergangenheit.

Anwendungen für CPLDs

CPLDs sind in Verbraucher- und Industriegeräten weit verbreitet, z. B. in Steuerplatinen:

  • Digitalkameras und Multifunktionsgeräte
  • Smartphones
  • Fahrzeugsteuerungen und Autonavigationsgeräte
  • Spielkonsolen

CPLDs werden in Steuerschaltungen eingesetzt, insbesondere für die Verwaltung von Stromversorgungsschaltungen. Sie übernehmen häufig Funktionen wie die Verwaltung der Reihenfolge, in der die Stromzufuhr zu den Schaltkreisen erfolgt, und Spannungswahlschaltungen.

Funktionsweise von CPLDs 

Ein CPLD besteht aus einem Block, in dem mehrere programmierbare Logikschaltungen integriert sind und einem Verdrahtungsbereich, der die verschiedenen Blöcke miteinander verbindet. Der Block besteht aus drei Makrozellen mit UND-ODER-Gatter-Strukturen, D-Flipflops zum Halten eines Informationsbits als 0/1 und E/A-Stiften für die Ein- und Ausgabe.

Die Makrozelle nimmt digitale Signale über den Input-Pin auf und gibt Signale über den Output-Pin in einer vom Benutzer programmierten Logikschaltung aus. Interne Primärdaten werden in Flip-Flops gespeichert.

Der Wiring Area ist die Verbindung zwischen Blöcken und gibt Daten über einen oder mehrere Blöcke aus.

Weitere Informationen zu CPLDs

1. Unterschiede zwischen CPLDs und FPGAs

Ein CPLD-ähnlicher Logikbaustein ist ein FPGA, der einen flüchtigen Speicher verwendet und daher die Schaltkreisdaten verliert, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird.

Im Gegensatz dazu verwenden CPLDs nichtflüchtige Speicher wie EEPROM oder Flash-Speicher, so dass die Schaltkreisdaten erhalten bleiben. Die beiden unterscheiden sich auch im Hinblick auf die Größe.

FPGAs verfügen über Zehntausende von Gattern, CPLDs dagegen nur über einige Tausend. Daher wird der CPLDs verwendet, um dem FPGA beim Einschalten Designdaten zur Verfügung zu stellen, während der FPGA die umfangreichen logischen Schaltungen vornimmt.

Außerdem lassen sich bei FPGAs Verzögerungszeiten nur schwer vorhersagen, da die Verzögerungszeiten je nach Position der Logikblöcke variieren. Im Gegensatz dazu sind CPLDs leicht vorherzusagen, da die Anzahl der zu durchlaufenden Makrozellen feststeht.

2. Geschichte der CPLDs

CPLDs wurden vor etwa 30 Jahren entwickelt, um TTL- und CMOS-Logikbausteine zu ersetzen. Damals wurden Schaltungen durch die Kombination von Allzweck-Logik-ICs mit nur NOT- und AND-Funktionen auf einer Platine aufgebaut.

Die Serie 7400 von Texas Instruments (TI) ist bekannt, aber es heißt, dass die Ingenieure damals mehr als ein paar hundert Bausteine fast auswendig kannten. Das Problem war, dass die Komplexität der Schaltungen Dutzende oder Hunderte von Allzweck-Logik-ICs erforderte, was zu riesigen Platinengrößen führte.

Mit der fortschreitenden Miniaturisierung der Transistoren wurde es möglich, Tausende oder Zehntausende von Allzweck-Logik-ICs in wenigen LSIs zu realisieren, was die Entwicklung der CPLDs beschleunigte.

3. Der CPLD-Entwicklungsprozess

Der Entwicklungsprozess für CPLDs lässt sich in die folgenden Schritte unterteilen: Logikentwurf, Logiksynthese, Place and Route, Timing-Verifizierung und Programmierung.

  • Logik-Entwurf
    Es handelt sich um einen Schaltungsentwurf unter Verwendung von Hardware-Beschreibungssprachen wie Verilog und VHDL, auch bekannt als RTL-Design.

  • Logik-Synthese
    Diese wandelt eine in einer Hardwarebeschreibungssprache ausgedrückte Schaltung in eine Gatterschaltung (Netzliste) um, die in einem CPLDs implementiert werden kann. Die Schaltungsbeschreibung wird interpretiert und in logische Ausdrücke wie NOT und AND umgewandelt. Zu diesem Zeitpunkt wird auch eine Optimierung durchgeführt, um die Geschwindigkeit der Schaltung zu erhöhen und die Chipfläche zu verringern.

  • Platzierung und Routing
    Hier wird festgelegt, wie der Inhalt der Gatterschaltung (Netzliste) innerhalb des CPLDs angeordnet wird. Die Zeit, die die Ausgänge der kombinatorischen Schaltungsteile benötigen, um sich zu stabilisieren, wird berechnet und angepasst, um sicherzustellen, dass die Ausgangstaktung zwischen den Signalen nicht zu stark abweicht.
  • Verifizierung des Timings
    Definieren Sie Verzögerungszeiten für Elemente innerhalb des CPLDs und simulieren Sie diese.
  • Programmierung
    Auf der Grundlage des endgültigen Entwurfs werden die von den Entwicklungswerkzeugen erzeugten Daten in den CPLDs eingespeist.
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fluxmètre

Qu’est-ce qu’un fluxmètre ?

Un fluxmètre est un instrument qui mesure la quantité de flux magnétique traversant ou changeant à l’intérieur d’une bobine. Une bobine appelée bobine de recherche est enroulée à l’intérieur du fluxmètre. L’ampleur du flux magnétique est calculée en fonction de l’ampleur de la force électromotrice générée par le flux magnétique traversant la bobine.

Les fluxmètres peuvent mesurer des forces magnétiques encore plus infimes à mesure que le nombre de bobines augmente. Il existe également un dispositif encore plus sensible appelé magnétomètre SQUID, qui est un magnétomètre utilisant un supraconducteur : un magnétomètre SQUID est un élément contenant une jonction Josephson dans un anneau supraconducteur. Lorsqu’il est refroidi à des températures cryogéniques, il peut être utilisé pour mesurer la quantité de flux magnétique qui traverse la jonction Josephson en réponse à des changements dans le flux magnétique à travers l’anneau supraconducteur.

Principe du fluxmètre

Un fluxmètre, également appelé débitmètre, mesure la quantité de flux magnétique traversant une bobine et son évolution. Il est parfois utilisé conjointement avec un appareil de mesure de la densité du flux magnétique appelé gaussmètre. Le flux magnétique traverse une bobine et, lorsque le flux varie dans le temps, une force électromotrice est générée dans la bobine. L’ampleur du flux magnétique est calculée sur la base de la valeur intégrale de la force électromotrice sur une certaine période de temps.

Il existe également un appareil portant un nom similaire, appelé magnétomètre. Cependant, il s’agit d’un terme générique désignant un appareil qui mesure l’aimantation d’un matériau ainsi que l’intensité et la direction du champ magnétique. Il est donc différent d’un fluxmètre.

Un exemple de magnétomètre est le magnétomètre à échantillon vibrant, qui fait vibrer un échantillon à une certaine fréquence dans un champ magnétique continu. Une bobine est attachée à l’aimant auquel le champ magnétique est appliqué. Lorsque l’échantillon est mis en vibration, la force magnétique traversant la bobine change et la force électromotrice change également. Cela permet de déterminer le moment magnétique de l’échantillon à partir de la valeur de la force électromotrice.

Magnétomètres et bobines de recherche

Une bobine de recherche est une bobine utilisée pour détecter le champ magnétique dans un fluxmètre magnétique. Dans un fluxmètre magnétique, la valeur mesurée est indiquée par le produit du nombre de bobines enroulées et de la quantité de flux magnétique mesurée. Il est possible de mesurer des forces magnétiques infimes ou de petits échantillons en augmentant le nombre d’enroulements de la bobine. La bobine de recherche est un composant important dans son rôle de capteur, et il est important que la bobine soit enroulée avec précision.

Principe des fluxmètres SQUID

Un type de magnétomètre est appelé magnétomètre SQUID : SQUID signifie “Superconducting Quantum Interference Device” (dispositif d’interférence quantique supraconducteur). C’est un détecteur extrêmement sensible capable de détecter de faibles variations du flux magnétique.

Un supraconducteur est un matériau dont la résistance électrique est nulle lorsqu’il est refroidi à des températures cryogéniques par de l’hélium liquide, etc. Un SQUID est un dispositif qui contient une ou deux jonctions Josephson dans un supraconducteur en forme d’anneau. Lorsque le flux magnétique dans l’anneau supraconducteur change, le courant de tunnel à travers la jonction Josephson change. L’importance de ce changement est un multiple entier du quantum de flux magnétique, ce qui explique pourquoi les magnétomètres SQUID sont utilisés comme fluxmètres à haute sensibilité.

Utilisations médicales

Les magnétomètres SQUID sont utilisés comme magnétomètres à haute sensibilité à de nombreuses fins en R&D, telles que la mesure des propriétés magnétiques de nouveaux matériaux, la recherche sur les supraconducteurs et les propriétés magnétiques d’impuretés à l’état de traces. Ils sont également utilisés pour mesurer les champs magnétiques biologiques et sont appliqués au diagnostic médical. Par exemple, une méthode a été introduite pour détecter et analyser les faibles champs magnétiques générés par l’activité neuronale dans le cerveau à l’aide de magnétomètres SQUID.

Une autre application consiste à utiliser des fluxmètres SQUID pour détecter les variations du flux magnétique causées par l’activité électrique du cœur. Les variations du flux magnétique correspondant aux mouvements cardiaques contiennent diverses informations. Des données standard provenant d’adultes en bonne santé ainsi que des données d’évaluation de la charge ventriculaire ont été rapportées. D’autre part, les changements magnétiques provenant du cœur sont très faibles et le magnétisme externe devient un bruit lors de l’utilisation de magnétomètres SQUID. Aussi, des mesures telles qu’une salle à blindage magnétique sont nécessaires pour les mesures.

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Gerät zur visuellen Inspektion von Platinen

Was ist ein Gerät zur visuellen Inspektion von Platinen?

Geräte zur visuellen Inspektion von PlatinenGeräte zur visuellen Inspektion von Platinen sind Geräte, die prüfen, ob montierte Bauteile auf Leiterplatten und anderen Platinen gut oder fehlerhaft sind.

Die Geräte prüfen auf Probleme wie Fehlausrichtung, Abtrennung, Kurzschlüsse, Risse, schwimmende Teile und Lötstellen an den montierten Bauteilen. Neben der Funktionsprüfung elektronischer Leiterplatten zur Sicherstellung des ordnungsgemäßen Betriebs gibt es auch die visuelle Leiterplatteninspektion (Leiterplatteninspektion und Montageinspektion), bei der geprüft wird, ob jedes elektronische Bauteil in der richtigen Position und ohne Fehler montiert ist.

Die Leiterplatteninspektion wird als AOI (Automated Optical Inspection) bezeichnet und ist eine Funktionsprüfung, die sicherstellt, dass die Leiterplatte tatsächlich wie vorgesehen funktioniert, wenn es bei der Sichtprüfung der Leiterplatte keine Probleme gibt. Für diese Funktionsprüfung werden Funktionstester eingesetzt.

Anwendungen von Geräten zur visuellen Inspektion von Platinen

Geräte zur visuellen Inspektion von Platinen werden zur Überprüfung von in verschiedenen Geräten eingebauten Platinen verwendet. Sie prüfen auf Fehlausrichtung, Trennung, Bauteilabhebung und Lötfehler der auf der Platine montierten Bauteile und können folgende Fehler erkennen:

1. Bauteilfehler

  • Nicht montierte Bauteile
    Nicht in der richtigen Position montierte Bauteile
  • Bauteil-Fehlausrichtung
    Bauteile wurden vom Pad entfernt und in der falschen Position montiert.
  • Schwimmendes Bauteil
    Ein Zustand, bei dem nur eine Seite des Bauteils gelötet ist und die andere Seite aufsteht

2. Lötfehler

  • Unterbrechung der Verbindung
    Ein Zustand, in dem kein Lot angebracht ist.
  • Kurzschluss
    Ein Zustand, bei dem zu viel Lötzinn vorhanden ist und dieses an benachbarten Lötaugen anhaftet.
  • Lücke
    Ein Defekt, der durch Luftblasen beim Löten verursacht wird
  • Benetzungsfehler
    Ein Zustand, bei dem das Lot zwar sauber anhaftet, der elektrische Kontakt jedoch unvollständig ist
  • Lötkugel
    Ein kugelförmiger Klumpen aus Lot
  • Brücke
    Ein Zustand, bei dem das Lot zwischen benachbarten IC-Stiften verbunden ist
  • Riss
    Ein Zustand, in dem sich Risse auf der Lötoberfläche befinden
  • Imo-Lötzinn
    Das Lötzinn ist nicht richtig verbunden und das Lot ist holprig wie eine Kartoffel.

Wenn bei der Sichtprüfung der Leiterplatte keine Probleme auftreten, wird eine Funktionsprüfung durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Leiterplatte tatsächlich wie vorgesehen funktioniert.

Die Einführung solcher Geräte zur visuellen Inspektion von Platinen nimmt zu, da elektronische Schaltungen immer stärker integriert werden und es immer schwieriger wird, kleine, integrierte Platinen visuell zu prüfen. Ein weiterer Vorteil ist die Kostenreduzierung und Produktivitätssteigerung durch die Einsparung von Arbeit und Arbeitskräften sowie die Erhöhung des Qualitätswerts durch die Reduzierung menschlicher Fehler.

Funktionsweise von Geräten zur visuellen Inspektion von Platinen

1. Aufbau eines Systems zur visuellen Inspektion von Platinen

Die Mindestkonfiguration für Geräte zur visuellen Inspektion von Platinen besteht aus einem Gerät, das die Funktion des Auges erfüllt, das die äußere Erscheinung wie ein Mensch betrachtet, und einem Gerät, das die Funktion des Gehirns erfüllt, das beurteilt, ob die Platine gut oder schlecht ist. Auf diese Weise können Kontrollen anstelle der vom menschlichen Auge durchgeführten Kontrollen durchgeführt werden.

Ein Gerät zur visuellen Inspektion von Platinen besteht also aus einer Kamera als Auge und einem mit Bildverarbeitungssoftware ausgestatteten Computer als Gehirn.

2. Beurteilungsmethoden von Geräten zur visuellen Inspektion von Platinen

In diesem Abschnitt wird die Methode zur Bestimmung von Lötfehlern beschrieben, die am häufigsten von Geräten zur visuellen Inspektion von Platinen erkannt werden. Bei Geräten zur visuellen Inspektion von Platinen basiert die Beurteilung, ob eine Lötung gut oder schlecht ist, darauf, ob die Länge des Lötteils den linearen Abstand zwischen der Begrenzung der Klebefläche der Platine und der Begrenzung der Klebefläche der elektronischen Komponente als Schwellenwert überschreitet.

Mit anderen Worten: Liegt die Länge des Lötteils über dem Schwellenwert, ist die Lötstelle eine gute Verbindung zwischen der Platine und dem elektronischen Bauteil mit möglicher elektrischer Kontinuität, liegt sie unter dem Schwellenwert, ist die Lötstelle fehlerhaft. Da der Schwellenwert je nach Elektronikplatine, z. B. der Form des Bauteils, variiert, müssen alle Schwellenwerte in die Bildverarbeitungssoftware eingegeben werden.

In den letzten Jahren ist es möglich geworden, Defekte zu erkennen, die mit einer normalen zweidimensionalen Kamera allein nicht erkannt werden können, z. B. durch die Aufnahme dreidimensionaler Bilder mit mehreren Kameras, die Verwendung einer Röntgenkamera zur Aufnahme von Transmissionsbildern oder die Gewinnung von Laserauflichtdaten. Die dreidimensionale Bildgebung ermöglicht beispielsweise die Messung der Höhe, der Fläche und des Volumens des Lötbereichs, wodurch die Menge des Lots, seine Größe und die Form der Verrundung gemessen werden können.

Diese Art der visuellen Inspektion von Leiterplatten mit automatisierten optischen Mitteln wird als AOI bezeichnet, was für Automated Optical Inspection steht.

Weitere Informationen zu Geräten zur visuellen Inspektion von Platinen

Probleme bei der visuellen Inspektion von Leiterplatten

Bisher wurde die visuelle Prüfung von Leiterplatten von Menschen durchgeführt. Die menschlichen Kontrollen haben jedoch manchmal zu unterschiedlichen Kriterien für das Bestehen/Nichtbestehen geführt, abhängig von der Erfahrung und Subjektivität des Prüfers. Da die Zahl der zu prüfenden Teile zunahm, musste außerdem die Zahl der Mitarbeiter erhöht werden, was ebenfalls zu höheren Lohnkosten führte.

Darüber hinaus ist die Anzahl der in den Fabriken am Fließband produzierten elektronischen Leiterplatten enorm, und die visuellen Inspektionen haben eine begrenzte Verarbeitungskapazität und können mit der Anzahl der produzierten Leiterplatten nicht mithalten. Dies macht es ebenfalls schwierig, die Produktionseffizienz zu verbessern. Daher wurden Geräte zur visuellen Inspektion von Platinen eingeführt, um Prüfungen zu automatisieren, die früher manuell durchgeführt wurden, und so die Produktionseffizienz zu verbessern und die Kosten zu senken.

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phénéthylamine

Qu’est-ce que la phénéthylamine ?

La phénéthylamine est un composé organique dont la formule spécifique est C6H5(CH2)2NH2 et la formule chimique C8H11N.

Elle fait partie de la famille des monoamines alcaloïdes. Son nom selon la nomenclature IUPAC est 2-phényléthanamine. Elle est aussi nommée β-phényléthylamine.

Bien que les noms soient très similaires, la 1-phényléthylamine, connue aussi sous le nom d’alpha-phényléthylamine, numéro d’enregistrement CAS 98-84-0, est un composé différent.

Utilisations de la phénéthylamine

La phénéthylamine est principalement utilisée comme agent aromatisant. Elle est enregistrée comme additif alimentaire. La phénéthylamine est ajoutée à divers aliments transformés pour en reproduire et en améliorer la saveur, etc. Parmi les exemples d’utilisation en Europe et aux États-Unis figurent les produits de boulangerie, les gélatines et les puddings, les produits à base de viande, les bonbons mous, les produits laitiers congelés et les boissons non alcoolisées.

La phénéthylamine fonctionnerait comme un neuromodificateur et un neurotransmetteur dans le cerveau humain. En raison de leur similarité structurelle avec les neurotransmetteurs monoaminergiques, plusieurs de leurs dérivés, les phénéthylamines substituées, sont connus pour posséder une activité pharmacologique.

C’est pourquoi un groupe de dérivés de la phénéthylamine est utilisé comme drogues et médicaments ou comme matières premières intermédiaires pour les produits pharmaceutiques. Les dérivés de la phénéthylamine ayant une activité pharmacologique comprennent des hypoesthésiques, des bronchodilatateurs et des antidépresseurs dans les produits pharmaceutiques et des stimulants, des hallucinogènes et des empathogènes/entacogènes dans les drogues illicites.

Caractéristiques de la phénéthylamine

La phénéthylamine a un poids moléculaire de 121.18, un point de fusion de -60°C et un point d’ébullition de 198°C. C’est un liquide clair incolore à jaune-brun à température ambiante. Il a une odeur de poisson, un pH de 11.5 (4.3g/L , 20°C) et une densité de 0.962g/mL (20°C).

Extrêmement soluble dans l’éthanol, l’éther diéthylique et l’acétone, soluble dans l’eau. Le point d’éclair est de 90°C (étanche) et doit être traité comme un liquide et une vapeur hautement inflammables.

Elle est également connue pour réagir avec le dioxyde de carbone (CO2) et former des carbonates lorsqu’elle est exposée à l’air.

Types de phénéthylamine

La phénéthylamine est généralement vendue en tant que produit réactif pour la recherche et le développement/les études pilotes. Les contenances sont les suivantes : 25ml, 50ml, 100ml et 500ml. En raison de la stabilité de ses composés, ce produit réactif peut être conservé à température ambiante.

Le chlorhydrate est également utilisé dans certains cas pour sa facilité de manipulation, car il est solide. Il s’agit d’un autre produit chimique couramment vendu comme produit réactif.

Autres informations sur la phénéthylamine

Dérivés de la phénéthylamine

On appelle dérivés de la phénéthylamine divers composés ayant subi des modifications chimiques au niveau du groupe phényle, de la chaîne latérale et du groupe amino. Par exemple, l’amphétamine, un médicament ayant des effets indirects de stimulation des adrénorécepteurs est un dérivé dont le groupe α-méthyle est adjacent au groupe amino de la chaîne latérale. Il est cliniquement applicable aux États-Unis et mais pas au Japon.

La méthamphétamine, largement utilisée au Japon pour la toxicomanie, est un dérivé de l’amphétamine avec un groupe méthyle substitué sur l’atome d’azote. Les dérivés de la phénéthylamine avec des groupes hydroxy en positions 3 et 4 du groupe phényle sont classés comme catécholamines, y compris les trans-transmetteurs lévodopa, dopamine, noradrénaline et adrénaline.

Les acides aminés aromatiques phénylalanine et tyrosine sont également des dérivés de la phénéthylamine avec un groupe carboxyle en position α.

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Temperatur- und Feuchtigkeitssensor

Was ist ein Temperatur- und Feuchtigkeitssensor?

Feuchtigkeits und TemperatursensorenEin Temperatur- und Feuchtigkeitssensor ist ein Gerät, das zur Messung von Temperatur und Feuchtigkeit verwendet wird.

Sie bestehen aus einem Temperatursensor und einem Feuchtigkeitssensor. Da ein einziges Gerät sowohl die Temperatur als auch die Feuchtigkeit messen kann, benötigen sie nur wenig Installationszeit und -platz.

Anwendungen von Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren

Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren werden zur Messung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit verwendet und kommen beispielsweise in folgenden Bereichen zum Einsatz:

  • Messung von Außentemperatur und Luftfeuchtigkeit
  • Sensoren für Klimageräte wie Klimaanlagen und Heizungen
  • Sensoren für die Steuerung von Automotoren
  • Sensoren in Smartphones und Computern
  • Industrielle Inspektion

Funktionsweise von Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren

Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren bestehen aus einem Temperatursensor und einem Feuchtigkeitssensor. Temperatursensoren werden grob in drei Typen eingeteilt: Widerstandstemperaturdetektoren (RTDs), lineare Widerstände und Thermistoren, während Feuchtigkeitssensoren grob in zwei Typen eingeteilt werden: Widerstands- und Kapazitätsänderungssensoren. Sie werden in der folgenden Reihenfolge erläutert:

1. Temperatursensoren

Widerstands-Temperatursensoren (RTD)
Widerstandstemperatursensoren (RTDs) sind eine Art von Temperatursensoren, die den elektrischen Widerstand messen, um die Temperatur zu bestimmen. Sie nutzen die Eigenschaft von Metallen wie Platin, Nickel und Kupfer, Metalloxiden und Halbleitern, deren elektrischer Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt und messen die Temperatur durch Messung des elektrischen Widerstandswertes.

Lineare Widerstände
Lineare Widerstände sind Temperaturmesswiderstände aus Nickel-Nickel- oder Palladium-Legierungen und nutzen die Eigenschaft eines nahezu linearen Anstiegs des Widerstands mit der Temperatur. Sie sind nicht so genau wie Widerstandsthermometer, die Platin oder andere Metalle verwenden.

Thermistoren
Thermistoren sind Elemente, deren Widerstand sich mit der Temperatur ändert. Temperatursensoren, die sie verwenden, messen die Temperatur anhand der Korrelation zwischen der Temperatur und dem Widerstand des Elements. Es gibt zwei Arten von Thermistoren: PTC-Thermistoren (positive Kennlinie), deren Widerstand mit steigender Temperatur zunimmt und NTC-Thermistoren (negative Kennlinie), deren Widerstand mit steigender Temperatur abnimmt.

PCT-Thermistoren zeichnen sich durch einen starken Anstieg des Widerstands bei einer bestimmten Temperatur aus und eignen sich für den Überstromschutz im Falle eines thermischen Durchgehens von Halbleitern. NCT-Thermistoren hingegen zeichnen sich durch einen hohen Widerstand bei Raumtemperatur und große Widerstandsänderungen bei Temperaturanstieg aus. Sie werden daher im Allgemeinen für den Schutz von Schaltkreisen bei Temperatur verwendet. Der Begriff Thermistor bezieht sich gewöhnlich auf NCT-Thermistoren.

2. Feuchtigkeitssensoren

Feuchtigkeits-Widerstandsänderungs-Temperatursensoren
Dies sind Sensoren, die die Feuchtigkeit aus der Änderung des Widerstands ableiten. Sie zeichnen sich durch einen Aufbau aus, bei dem die Kammzähne der im Sensor eingebauten kammförmigen Schaltung durch eine feuchtigkeitsempfindliche Membran aus Polymer überbrückt werden.

Der Sensor macht sich die Tatsache zunutze, dass der Widerstand der feuchtigkeitsempfindlichen Membran sinkt, wenn die Luftfeuchtigkeit steigt und die feuchtigkeitsempfindliche Membran Feuchtigkeit aufnimmt, weil die Zahl der beweglichen Ionen in der Membran zunimmt und umgekehrt, wenn die Luftfeuchtigkeit sinkt, der Widerstand steigt. Mit anderen Worten: Temperatursensoren mit Widerstandsänderung leiten die Feuchtigkeit aus der Änderung des Widerstandswertes ab.

Kapazitätssensoren
Kapazitätssensoren wandeln Kapazitätsänderungen in Feuchtigkeit um und zeichnen sich durch eine Struktur aus, bei der eine feuchtigkeitsempfindliche Membran aus Polymer zwischen zwei Elektroden liegt. Mit zunehmender Luftfeuchtigkeit nimmt die Kapazität zwischen den Elektroden zu, da sich die Zahl der mobilen Ionen in der feuchtigkeitsempfindlichen Membran erhöht.

Andererseits nimmt die Kapazität zwischen den Elektroden ab, wenn die Luftfeuchtigkeit sinkt, weil die Zahl der beweglichen Ionen in der feuchtigkeitsempfindlichen Membran abnimmt. Mit anderen Worten: Kapazitive Temperatursensoren wandeln Kapazitätsänderungen in Feuchtigkeit um.

Arten von Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren

Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren werden auch nach ihrer Form klassifiziert und umfassen in IC-Chips eingebettete Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren des IC-Typs und drahtlose Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren, die im IoT (Internet der Dinge) verwendet werden.

1. IC-Typ

IC-Typ-Temperatur-/Feuchtesensoren bestehen aus einem Sensorelement und einer Messschaltung wie A/D-Wandlung, die in einem einzigen Chip integriert sind. Bei der Verwendung einzelner Sensorelemente müssen die Peripherieschaltungen je nach Anwendung entwickelt werden, was zeit- und kostenaufwändig ist.

Integrierte Temperatur-/Feuchtesensoren vom IC-Typ hingegen erfordern keinen solchen Aufwand und können problemlos eingesetzt werden. Darüber hinaus kann die benötigte Montagefläche bei der Montage auf einer Platine reduziert werden, was eine Miniaturisierung, einen geringen Stromverbrauch und niedrige Kosten ermöglicht.

2. Drahtlose Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren

In den letzten Jahren sind nicht nur PCs und Smartphones, sondern auch verschiedene andere Geräte mit dem Internet verbunden und können miteinander vernetzt werden. Diese so genannte IoT-Technologie (Internet of Things) ermöglicht es, Informationen zwischen Dingen auszutauschen, sie aus der Ferne zu bedienen und Daten zu sammeln und wird für eine Vielzahl von Dienstleistungen genutzt.

Die Rolle der Sensoren ist besonders wichtig bei Diensten und Systemen, die den Zustand von Waren aus der Ferne überwachen und Anomalien erkennen. Aus diesem Grund haben sich Sensoren entwickelt, die Daten über drahtlose Kommunikationsmethoden wie Wi-Fi und Bluetooth übertragen und als IoT-Sensoren bezeichnet werden.

Drahtlose Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren sind ein solcher Sensor und durch den Einsatz von drahtlosen Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren können Systeme zur Kontrolle und Überwachung von Temperatur und Feuchtigkeit an entfernten Orten aufgebaut werden. Sie werden insbesondere für das Temperatur- und Feuchtigkeitsmanagement und die Erkennung von Anomalien an Orten eingesetzt, an denen Menschen nicht immer anwesend oder sichtbar sind, wie z. B. in Datenzentren, Produktionslinien, Kühleinrichtungen, Lagerhäusern und Gewächshäusern.

Darüber hinaus wird das System in einer Vielzahl von Anwendungen und Situationen eingesetzt, z. B. bei der Erkennung des Öffnens und Schließens von Fenstern und Türen, bei Sensoren zur Erkennung der Bewegung von Menschen und Tieren, bei mit Haushaltsgeräten verbundenen Sicherheitsdiensten und bei Überwachungsdiensten für ältere Menschen.

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interface thermique

Qu’est-ce qu’une interface thermique ?

Sierra de CalarLes interfaces thermiques sont des composants qui dissipent la chaleur générée lors du fonctionnement des équipements et systèmes électroniques.

Les composants tels que les condensateurs, les diodes et les transistors, souvent utilisés dans les cartes de circuits électroniques, génèrent de la chaleur lorsqu’ils sont sous tension et s’influencent mutuellement. La chaleur générée est refroidie principalement par la surface et les sorties. Toutefois, ces dernières années, la surface des composants a été réduite car les produits sont devenus plus petits. De cette manière, la chaleur est désormais dissipée à l’aide de composants de dissipation thermique.

Utilisations des interfaces thermiques

Les composants de dissipation thermique sont principalement utilisés dans l’industrie des composants électroniques. Les matériaux thermoconducteurs (TIM) sont utilisés pour les petits produits et les dissipateurs de chaleur pour les produits plus grands.

1. Matériau thermoconducteur (MIT)

Le MIT (matériau d’interface thermique) est un matériau thermoconducteur utilisé entre les composants pour dissiper la chaleur générée à l’intérieur d’un appareil.

La couche d’air entre la source de chaleur et le refroidisseur empêche un transfert de chaleur efficace, mais le MIT peut être utilisé pour réduire la résistance thermique. Les principaux matériaux utilisés pour les feuilles dissipatrices de chaleur sont le nitrure de bore, le nitrure d’aluminium, l’alumine et le carbone.

2. Dissipateurs de chaleur

Les dissipateurs de chaleur sont également appelés puits de chaleur. Un dissipateur de chaleur est un produit de dissipation thermique très efficace constitué d’une plaque appelée ailette de grande surface en forme de soufflet ou d’espadon. Cependant, ils nécessitent une grande surface et ne peuvent être installés qu’à un nombre limité d’endroits.

Types d’interfaces thermiques

Les matériaux minces tels que les matériaux TIM sont souvent utilisés comme composants de dissipation thermique mais les caloducs et les chambres à vapeur sont également utilisés.

1. Caloducs

Les caloducs sont constitués de métaux tels que le cuivre et contiennent un fluide de travail (gaz ou eau). La chaleur latente d’évaporation du fluide de travail est utilisée pour transporter et dissiper la chaleur. Ils nécessitent généralement peu d’entretien et sont utilisés dans les ordinateurs, les équipements électroniques, les automobiles, les sous-stations, etc.

2. Chambres à vapeur

Les chambres de vapeur sont des versions plus fines et plus petites des caloducs. Le principe est le même que pour les caloducs. Comme le produit n’a qu’une épaisseur d’environ 200 micromètres, il devrait à l’avenir être intégré dans les appareils électroniques, par exemple les smartphones et les lunettes intelligentes.

3. Revêtements dissipateurs de chaleur

Les revêtements dissipateurs de chaleur se réfèrent principalement aux produits développés en incorporant le mécanisme du rayonnement thermique. Il s’agit d’un mécanisme par lequel la chaleur est dissipée en rayonnant sous forme d’ondes électromagnétiques, plutôt que par l’efficacité de conduction thermique du film de revêtement. Il est utilisé à de nombreuses fins, telles que les moteurs, les produits liés à l’échappement, l’éclairage et les dissipateurs de chaleur.

4. Ventilateurs de dissipation thermique

Les ventilateurs de dissipation thermique envoient un flux d’air par la rotation d’un certain nombre d’hélices. La chaleur est dissipée par la méthode de refroidissement par air forcé, dans laquelle un flux d’air forcé est généré pour refroidir le système. Ils sont principalement utilisés dans les ordinateurs, les serveurs, les blocs d’alimentation et les tableaux de distribution.

5. Graisse dissipatrice de chaleur

La graisse dissipatrice de chaleur a une viscosité modérée et améliore la conductivité thermique lorsqu’elle est appliquée. Elle a également pour effet de réduire la résistance thermique et est également connue sous le nom de graisse CPU. Elle dissipe la chaleur générée par les dispositifs semi-conducteurs en la transférant aux dissipateurs thermiques et à d’autres dispositifs.

Autres informations sur les interfaces thermiques

Conception des interfaces thermiques

Les composants dissipateurs de chaleur sont fabriqués en utilisant des conceptions optimales pour l’équipement qui nécessite des contre-mesures thermiques. La production totale de chaleur de l’équipement, les températures admissibles, les restrictions dues aux dimensions et aux conditions environnementales d’installation sont en effet simulées au stade de la conception.

Par exemple, dans les composants automobiles, la chaleur est dissipée en utilisant des pièces métalliques et des moulages en plastique. Toutefois, il y a de nombreux appareils électroniques à bord qui reçoivent et transmettent des ondes radio entre eux. Pour éviter les interférences entre les appareils, des produits conformes à la CEM sont sélectionnés et conçus. Ces derniers n’interfèrent pas avec la réception ou l’émission d’ondes radio.

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radiateur en céramique

Qu’est-ce qu’un radiateur en céramique ?

Calentadores CerámicosLes radiateurs en céramique sont généralement appelés radiateurs CTP, CTP étant l’abréviation de Positive Temperature Coefficient, c’est-à-dire coefficient de température positif, une propriété selon laquelle la résistance de l’électricité varie d’un nombre positif.

Les éléments utilisés dans les radiateurs en céramique sont fabriqués à partir d’une variété de matériaux. Cette section décrit les propriétés des polymères de polyéthylène et des particules de carbone en tant que matériaux de matrice organique.

Les polymères de polyéthylène et les particules de carbone génèrent de la chaleur lorsqu’ils sont mis sous tension. Toutefois, ce phénomène est dû au fait que les particules de carbone entrent en contact les unes avec les autres à basse température et se comportent donc différemment à haute température.

Lorsque la température de l’élément augmente, le polyéthylène commence à se dilater à partir d’une certaine température. L’expansion du polyéthylène rompt la liaison entre les particules de carbone, ce qui entraîne une diminution du contact et une augmentation de la résistance.

Cela signifie que les caractéristiques suivantes se manifestent :

  • Lorsque les températures sont basses
    L’électricité circule et s’élève jusqu’à une certaine température.
  • Endroits où la température est élevée
    L’électricité ne circule pas, la température est donc supprimée et une température constante est maintenue.

Ces caractéristiques en font un matériau susceptible d’offrir de nombreux avantages.

Utilisations des radiateurs en céramique

Les radiateurs en céramique utilisent principalement les propriétés d’un élément de résistance appelé thermistance CTP. Cet élément résistif est un matériau à matrice inorganique, c’est-à-dire une céramique semi-conductrice composée de titanate de baryum et d’une faible quantité de terres rares.

Les thermistances CTP sont très répandues dans notre vie quotidienne et sont utilisées dans de nombreux domaines, notamment dans l’automobile. Les exemples incluent les circuits audio, les airbags, les rétroviseurs extérieurs et les moteurs de verrouillage des portes. Outre la détection du chauffage à l’aide des caractéristiques de température de la résistance, elles sont également incorporées dans les circuits de protection contre les surintensités et les circuits de retardement.

Les radiateurs en céramique sont économes en énergie. De plus, comme ils utilisent les caractéristiques de température des thermistances CTP, ils ne nécessitent pas de contrôle complexe et sont considérés comme sûrs.

C’est pourquoi ils sont largement utilisés dans les secteurs grand public et industriels. Parmi les exemples, citons les machines multifonctionnelles, les caméras, les fers à cheveux, les dosettes électriques, les humidificateurs, les sèche-cheveux et les séchoirs. En extrayant l’utilisation des appareils photo de ce qui précède, il a été constaté qu’ils sont incorporés dans le but d’empêcher la formation de buée sur les lentilles des appareils photo.

Il ressort de ce qui précède que le principal avantage des radiateurs en céramique est que leurs propriétés peuvent être converties en de nombreux appareils.

Choisir un radiateur en céramique

Les radiateurs en céramique se caractérisent par leur large plage de température et leur petite taille, ce qui facilite leur intégration dans tous les types d’équipements. Les entreprises ont amélioré la durabilité et développé des matériaux à haut rendement énergétique, ce qui vous permet de choisir les caractéristiques dont vous avez besoin.

En général, la plage de température réglable se situe entre 10°C et 250°C. Toutefois, ces dernières années, grâce au développement de la technologie, des plages de température supérieures à 250°C sont devenues possibles. Il existe également des produits qui peuvent supporter une température de fonctionnement maximale de 600°C.

De nouveaux matériaux sont également en cours de développement, avec des recherches sur les propriétés CTP des composés d’esters cristallins et du carbone conducteur. Ces études ont révélé que les composés mélangés sont solubles dans les solvants, ce qui les rend adaptés à la sérigraphie.

Il existe un large éventail d’options pour les radiateurs en céramique car la technologie est également développée pour utiliser une énergie propre et respectueuse de l’environnement.

Coût de l’électricité des radiateurs en céramique

Les radiateurs en céramique consomment généralement plus d’électricité que les autres radiateurs car la céramique est chauffée par l’électricité et la chaleur est soufflée par un ventilateur. Les factures d’électricité ont donc tendance à être plus élevées.

Pour calculer la facture d’électricité par heure, vous pouvez utiliser la formule suivante : puissance absorbée (W) ÷ 1000 x prix unitaire de l’électricité. De même, elle peut être calculée par la formule suivante : puissance absorbée (kW) x heures d’utilisation x prix unitaire de l’électricité.

La facture d’électricité par heure pour les radiateurs en céramique est généralement comprise entre 7 centimes et 28 centimes d’euros. La variation du montant dépend de l’intensité de la puissance du chauffage. Par exemple, si vous réglez le mode de soufflage d’air à un niveau élevé et que vous continuez à l’utiliser, le montant augmentera.

Pour réduire la facture d’électricité, il convient d’éviter les longues périodes de fonctionnement, d’utiliser le chauffage dans des endroits limités et d’utiliser des produits dotés de capteurs de mouvement et de fonctions d’économie d’énergie.

Caractéristiques des radiateurs en céramique

Avantages

Les radiateurs en céramique génèrent de l’air chaud et de la chaleur immédiatement après le démarrage. Comme il s’agit d’appareils de chauffage sans combustion, ils ne polluent pas l’air de la pièce et sont faciles à utiliser dans les endroits où il n’est pas possible de renouveler fréquemment l’air. Ils peuvent donc être utilisés en toute sécurité dans les maisons où vivent des personnes âgées et des enfants en bas âge.

Inconvénients

Les radiateurs en céramique procurent une chaleur immédiate mais l’inconvénient est le coût élevé de l’électricité. De plus, l’air ambiant a tendance à se dessécher en raison du mode de chauffage sans combustible. Les contre-mesures consistent à utiliser les radiateurs en céramique localement, à les utiliser pendant une durée déterminée et à utiliser un humidificateur ou des serviettes humides pour maintenir l’humidité.

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Niederfrequenz-Oszillator (LFO)

Was ist ein Niederfrequenz-Oszillator (LFO)?

Ein Niederfrequenz-Oszillator ist ein Gerät, das ein relativ niederfrequentes Signal erzeugt.

Die Definition des Begriffs Niederfrequenz selbst hängt von dem Bereich ab, in dem er verwendet wird, aber die Spezifikationen der auf dem Markt befindlichen Niederfrequenz-Oszillatoren reichen grob von einigen Hz bis zu mehreren hundert kHz. Oszillatorschaltungen können zur Erzeugung eines Wechselstromsignals mit einer bestimmten Frequenz verwendet werden und sind im Allgemeinen für die Erzeugung von Referenzsignalen bei Tests mit Frequenzsignalen zuständig.

Signale im ungefähren Bereich von 20 Hz bis 20 kHz, die von Oszillatoren erzeugt werden können, liegen im hörbaren Bereich und können von Menschen als Schall gehört werden, wenn sie verstärkt werden.

Anwendungen von Niederfrequenz-Oszillatoren (LFOs)

Am häufigsten werden Niederfrequenz-Oszillatoren (LFOs) bei der Analyse des Frequenzgangs von Audiogeräten eingesetzt. Da die meisten elektronischen Kommunikationsgeräte, die mit Frequenzsignalen arbeiten, Radiofrequenzen (RF) verwenden und die bekannten niedrigen Frequenzen Schallwellen sind, sind akustische Geräte die vorherrschenden Schaltungen, die niederfrequente Signale verwenden.

So wird beispielsweise ein Audioverstärker als Prüfling verwendet und das Eingangssignal von einem Niederfrequenz-Oszillator (LFO) erzeugt. Durch Analyse des Ausgangssignals mit einem FFT-Analysator oder ähnlichem können die Eigenschaften des zu prüfenden Verstärkers analysiert werden.

Funktionsweise der Niederfrequenz-Oszillatoren (LFOs)

Die Funktionsweise der Niederfrequenz-Oszillatoren liegt in der Technik zur Erzeugung stabiler Frequenzsignale auf der Basis eines Schwingkreises. Da sich niederfrequente Wellenformen mit den bekannten Hartley- oder Colpitts-Schwingkreisen, die auf LC-Schwingkreisen basieren, aufgrund der begrenzten Wellenlänge nur schwer realisieren lassen, werden RC- (oder auch CR-) Schwingkreise verwendet.

Zu den RC-Oszillatoren gehören Wien-Brückenschaltungen, T-Brückenschaltungen und zustandsvariable Schaltungen, die alle eine Oszillation durch Anpassung der Rückkopplung des Verstärkers erreichen können. Von diesen Schaltungen ist die Wien-Brückenschaltung die bekannteste und am weitesten verbreitete, was zum Teil darauf zurückzuführen ist, dass nur ein Verstärker in der Schaltung vorhanden ist.

Andererseits bietet der zustandsvariable Typ eine geringere Verzerrung und einen zweiphasigen Ausgang. Ein variabler Widerstand oder ein variabler Kondensator, genannt Varicap, kann zur Steuerung der Frequenz verwendet werden. Die Stufenvariable mit Kondensatoren und Festwiderständen ist ein weiteres Beispiel für eine Frequenzbestimmungstechnik.

Ein RC-Schwingkreis allein kann keine Sinuswelle mit konstanter Amplitude erzeugen. Daher ist in der Regel eine Vorrichtung zur Steuerung der Amplitude erforderlich. Zu den Methoden gehören die Einstellung der Rückkopplungsmenge mit Hilfe eines Elements, dessen Widerstand sich mit der angelegten Spannung ändert, z. B. einer Glühbirne oder eines Thermistors, oder der Aufbau einer elektronischen Schaltung, die die Spannung am Ausgang erfasst und die Rückkopplungsmenge einstellt.

Weitere Informationen zu Niederfrequenz-Oszillatoren (LFOs)

1. Bausätze für elektronische Schaltungen und PC-Software

Niederfrequenz-Oszillatoren (LFOs) sind relativ bekannte elektronische Schaltungen, mit denen man z. B. Summer für den Hausgebrauch herstellen kann. Aus diesem Grund werden sie häufig in Bausätzen für elektronische Schaltungen und als Lehrmaterial für SchülerInnen, die elektronische Schaltungen lernen, verwendet.

Kostenlose Software (z. B. WaveGene) ist ebenfalls weit verbreitet, um niederfrequente Schallquellen auf Windows-PCs zu erzeugen.

2. Genauigkeit und Kalibrierung von Niederfrequenz-Oszillatoren (LFOs)

Im Allgemeinen ist die Frequenzgenauigkeit von RC-Oszillatoren nicht so gut wie die von Quarz- oder Keramikoszillatoren. Dies liegt an den Schwankungen der Widerstands- und Kapazitätswerte und der Tatsache, dass sich der RC-Wert mit der Temperatur ändert.

Im Vergleich zu Quarzoszillatoren sind RC-Oszillatoren jedoch relativ kostengünstig und einfach zu konstruieren, weshalb sie weit verbreitet sind und Innovationen zur Verbesserung ihrer Genauigkeit entwickelt wurden. Eine typische Verbesserungsmethode ist die Kalibrierung. Die Kalibrierung ist eine weit verbreitete Methode, bei der digitale Schaltkreise zum Einsatz kommen, und die Frequenzwerte werden durch Kalibrierung angepasst, insbesondere bevor das Produkt ausgeliefert wird.

Die Kalibrierung mit digitalen Schaltkreisen basiert auf einer Methode, bei der die Kompensation durch Vergleich mit einem internen Taktgeber erfolgt, z. B. wird im Allgemeinen ein bestimmter Wert der Speicheradresse zur Kalibrierung verwendet. Dies kann durch automatische Auswahl des Registerwerts erfolgen, der die gewünschte Schwingungsfrequenz ergibt, indem der Wert eines Registers namens OSCCAL im Betrieb der digitalen Schaltung geändert wird.

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Akustischer-Oberflächenwellen-Filter

Was ist ein Akustischer-Oberflächenwellen-Filter?

Ein Akustischer-Oberflächenwellen-Filter, auch AOW-Filter (SAW-Filter) genannt, ist ein Filter, der selektiv elektrische Signale mit einer bestimmten Frequenz herausfiltern kann.

SAW ist ein Akronym für „Surface Acoustic Wave Filter“, was so viel bedeutet wie akustischer Oberflächenwellenfilter. Durch die Filterung mechanischer Schwingungen mit Hilfe von Oberflächenwellen, die sich durch piezoelektrische Elemente ausbreiten, können steile frequenzabhängige Charakteristiken erzeugt und bestimmte Frequenzkomponenten durchgelassen oder blockiert werden. Oberflächenwellen sind Wellen, die sich über die Oberfläche eines Mediums ausbreiten und sich durch eine schnelle Abschwächung der Amplitude von der Oberfläche zum Inneren auszeichnen.

Wird ein elektrisches Signal in einen Akustischen-Oberflächenwellen-Filter eingespeist, wird es durch ein piezoelektrisches Element in mechanische Schwingungen umgewandelt, die nur bestimmte Frequenzen selektieren und wieder als elektrische Signale ausgeben.

Anwendungen für Akustische-Oberflächenwellen-Filter

Aufgrund ihrer geringen Verluste und ihrer ausgezeichneten Grenzwerteigenschaften werden Akustische-Oberflächenwellen-Filter sehr häufig in Anwendungen wie Duplexern eingesetzt, d. h. in Filtern zum Umschalten zwischen Senden (Tx) und Empfangen (Rx) in drahtlosen Kommunikationsgeräten wie Smartphones und anderen mobilen Endgeräten, TV-Tunern und Wireless LANs.

Akustische-Oberflächenwellen-Filter werden eingesetzt, um das Rauschen in unerwünschten Frequenzbändern zu reduzieren, indem ihre steilen Resonanzeigenschaften genutzt werden, was zu einer verbesserten Tonqualität bei Gesprächen mit Mobiltelefonen usw. beiträgt. Akustische-Oberflächenwellen-Filter sind aufgrund ihrer geringen Kosten und der Tatsache, dass sie leicht miniaturisiert und dünner gemacht werden können, für die erhöhte Funktionalität mobiler Endgeräte unverzichtbar.

Die Anzahl der in mobilen Endgeräten pro Endgerät verwendeten Kommunikationsfrequenzbänder nimmt von Jahr zu Jahr zu, und das Sieben von Frequenzbändern (Bands) mit Hilfe von Akustischen-Oberflächenwellen-Filtern ist ein Kernelement der drahtlosen Kommunikationstechnologie.

Funktionsweise von Akustischen-Oberflächenwellen-Filtern

Akustische-Oberflächenwellen-Filter haben elektrische Filtereigenschaften, die Signale außerhalb der erforderlichen Frequenzkomponenten steil filtern und dämpfen, indem sie bestimmte Schwingungsmoden von akustischen Oberflächenwellen als Resonatoren in kammförmigen Elektroden nutzen, die auf einem piezoelektrischen Substrat wie Lithiumtantalat gebildet werden.

Der eigentliche Akustische-Oberflächenwellen-Filter hat eine Struktur mit kammförmig angeordneten Elektroden auf einem piezoelektrischen Substrat. Dieses verfügt über Ansteuerelektroden und wenn durch ein elektrisches Hochfrequenz-Eingangssignal eine Spannung erzeugt wird, werden entsprechend dem Abstand zwischen den kammförmig angeordneten Elektroden Schwingungen erzeugt.

Diese Schwingungen werden aufgrund der Resonanz, die durch die vielen kammförmigen Elektroden verursacht wird, verstärkt. Die Schwingungen werden dann zu Oberflächenwellen, die sich schließlich zu den Elektroden ausbreiten und dort erfasst werden. Die mechanische Schwingung wird dann wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt, so dass ein Gerät mit einer Filterfunktion entsteht.

Die Filtereigenschaften, die z. B. beschreiben, wie viel Frequenz übertragen wird, hängen von den physikalischen Eigenschaften des piezoelektrischen Materials und der Elektrodenstruktur ab. Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Oberflächenwellen von Material zu Material unterschiedlich ist, wird die Leistung des Filters weitgehend durch die Art des verwendeten piezoelektrischen Materials bestimmt.

Weitere Informationen zu Akustischen-Oberflächenwellen-Filter

1. Markt für Akustische-Oberflächenwellen-Filter

Um die ständig steigende Übertragungskapazität der heutigen Smartphones zu bewältigen, werden verschiedene Methoden zur Erhöhung der Modulationsbandbreite sowie CA (Carrier Aggregation) und MIMO (Multiband) immer wichtiger. Bei FDD-Modulationsverfahren wie z. B. 4G (LTE) und 5G werden im Gegensatz zu TDD-Verfahren mit Zeitmultiplexing Übertragung und Empfang gleichzeitig durchgeführt.

Daher nimmt die Anzahl der Filter, die für die Tx- (Sende-) und Rx- (Empfangs-) Frequenzzuweisung unverzichtbar sind, weiter zu. Insbesondere bei High-End-Modellen besteht eine starke Nachfrage nach Miniaturisierung durch Modularisierung, da die Endgeräte in allen Regionen der Welt verfügbar sein müssen.

Der Markt für Akustische-Oberflächenwellen-Filter wächst weiter, da ein einziges Kommunikationsmodul mit Filtern für mehrere Bänder ausgestattet ist, die wiederum mit mehreren weiteren Modulen für jede Frequenzkategorie ausgestattet sind. Bei den Modellen der unteren Preisklasse werden häufig diskrete Produkte in den Handapparat eingebaut, anstatt sie zu modularisieren, aber auch hier setzt sich die Welle der Frequenzerweiterung fort, wobei sowohl das Volumen als auch der Umsatz steigen.

Die Zahl der Hersteller von Akustischen-Oberflächenwellen-Filtern ist groß, wobei die japanischen Hersteller von elektronischen Bauteilen eine wichtige Rolle spielen.

2. Unterschiede zu BAW-Filtern

AOW-Filter sind Filterelemente, die akustische Oberflächenwellen auf einem piezoelektrischen Substrat nutzen, während BAW-Filter ein anderes Prinzip haben: BAW-Filter haben Strukturen, die als FBAR-Typ (Film Bulk Acoustic Resonator) oder SMR-Typ (Solid Mounted Resonator) bezeichnet werden. 

Bei der FBAR-Konfiguration sorgt ein Hohlraum im Boden des Resonators dafür, dass die piezoelektrische Schicht frei schwingen kann. Ein anderer Typ, der SMR, besteht aus einer akustischen Mehrschicht unterhalb des Resonators, die die elastischen Wellen reflektiert.

Akustische-Oberflächenwellen-Filter sind im Frequenzbereich von 600 MHz bis etwa 2 GHz weit verbreitet, vor allem im so genannten Low Band, da sie sehr kostengünstig sind. Akustische-Oberflächenwellen-Filter hingegen sind in der Regel komplexer und teurer, haben aber den Vorteil einer höheren Güte und steileren Filtercharakteristik als Akustische-Oberflächenwellen-Filter und werden hauptsächlich in den USA in einigen 1800-MHz-Bändern und im höheren Frequenzbereich über 2 GHz eingesetzt.

Zu den Akustischen-Oberflächenwellen-Filtern gehören auch TC-AOW-Filter mit kontrollierter Kompensation der Temperatureigenschaften, die in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen neben niedrigen Kosten auch ein temperaturgesteuertes Frequenzmanagement erforderlich ist.

3. Akustische-Oberflächenwellen-Filter und 5G

Auf dem 5G-Markt wird häufig das 3-6-GHz-Band unterstützt, z. B. UHB (Ultra High Band) und Sub6 GHz und BAW-Filter sind auf diesem Markt von großer Bedeutung, da sie steilere Filtercharakteristiken mit höherem Q-Wert erfordern, um mit WiFi zu koexistieren und die erhöhten Verluste bei höheren Frequenzen zu kompensieren Der BAW-Filter ist eine Schlüsselkomponente dieses Marktes. Insbesondere US-Hersteller (Broadcom und Qorvo) gewinnen Marktanteile bei BAW-Filtern.