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Medida de impedancias complejas - Contenido educativo

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Subido el 14 de diciembre de 2022 por Pedro Luis P.

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Descripción de este tipos de medidas utilizando los equipamientos de Keysight.

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aprovechen todas las herramientas interactivas incluidas en los enlaces de interés. 00:00:44
Y ahora, les dejo con mi compañero Adolfo del Solar y la presentación de este webinar. 00:00:49
Muy buenos días, soy Adolfo del Solar y seré el ponente de hoy. 00:00:57
El seminario de hoy consta de dos partes y, bueno, la segunda parte es la de caracterización 00:01:02
electromagnética de materiales y la primera parte es esta con la que vamos a empezar ahora 00:01:09
que es la medida de impedancia compleja. 00:01:14
La agenda de esta primera parte es esta que vemos aquí. 00:01:15
Empezaré con unos fundamentos, unos principios básicos de impedancia, continuaré explicando 00:01:19
los diferentes métodos de medida que planteo hoy y luego comentaré cosillas acerca del 00:01:24
cableado, de los útiles de medida y de la calibración y compensación de lo que sería 00:01:30
el sistema en general. 00:01:35
Entonces, vamos con lo primero que sería los fundamentos, lo más básico de la impedancia. 00:01:37
Todo el mundo sabe que la impedancia es la oposición total de un dispositivo al flujo 00:01:44
de corriente a través de él. 00:01:49
Pero, bueno, lo importante es que esta magnitud tiene una parte real y una parte imaginaria. 00:01:52
Es decir, vamos a hacer una medida vectorial. 00:02:00
Y esto sobre todo es muy importante luego a la hora de ver los instrumentos de medida 00:02:03
porque tenemos que tener en cuenta qué efectos nos puede ocasionar esa fase de esa impedancia 00:02:09
que vamos a ver. 00:02:15
Entonces, bueno, ct igual a r más jx, fantástico, todos lo sabemos. 00:02:16
Y, bueno, si esto lo tuviéramos que modular, podríamos decir que lo dividimos entre su 00:02:21
parte real y su parte imaginaria, por ejemplo, r más jx que comentaba antes. 00:02:26
Y, bueno, esto es un modelo serie. 00:02:30
Si lo pusiera en un modelo paralelo, si tuviera que hacer las ecuaciones, la verdad es que 00:02:33
me sale un churro bastante grande, ¿no? 00:02:40
Es relativamente complejo. 00:02:44
Y entonces lo que se hace es que en vez de hablarse de impedancia se hable de admitancia. 00:02:45
¿Por qué? 00:02:49
Pues porque yo a este componente le llamo g, a este componente le llamo, pues en vez de 00:02:50
jx que sería aquí, pues le llamo jb. 00:02:54
Y entonces lo que tengo es esa admitancia. 00:02:56
Vale, en el pleno de la impedancia, ¿cómo podría modelar yo una impedancia? 00:03:00
Bueno, pues las típicas suelen ser o inductancias o capacitancias. 00:03:06
Entonces la inductancia se caracteriza porque la parte imaginaria de la impedancia es positiva 00:03:09
y la capacitancia porque es negativa. 00:03:16
Entonces solemos hablar, pues, de ese r más jx o r menos jx en función de si estamos con 00:03:19
la inductancia o la capacidad, ¿no? 00:03:28
¿Qué ocurre? 00:03:30
Pues que la relación entre esa r, esa parte real, y esa parte imaginaria, esa proporción, 00:03:31
pues nos va a dar el factor de calidad. 00:03:38
Y decimos que una q muy elevada, es decir, un dispositivo que tiene una parte imaginaria 00:03:40
mucho más grande que su parte real, estaríamos muy cerca de especie imaginario, pues que 00:03:46
tiene un factor de calidad elevado. 00:03:50
Bueno, y en el caso de la capacidad, las capacidades, lo que podemos decir es que existe el factor 00:03:53
de disipación que es justo la inversa de ese factor de calidad. 00:04:00
Muy bien, ¿qué pasa en el plano de la admitancia? 00:04:06
Pues lo que antes era positivo ahora es negativo, es decir, en el plano de la admitancia, pues 00:04:10
un comportamiento de parte imaginaria negativa es un comportamiento inductivo y un comportamiento 00:04:14
de parte imaginaria positiva es un comportamiento capacitivo. 00:04:19
Pero igualmente, si seguimos hablando de estas proporciones, pues como factor de calidad o 00:04:23
factor de pérdidas. 00:04:29
¿Qué más cosas podemos comentar de esto? 00:04:34
Bueno, ese factor de calidad que normalmente consideramos de manera arbitraria que cuanto 00:04:36
más alto es mejor componente, es porque lo que queremos es tener un componente que almacene 00:04:40
energía. 00:04:45
Entonces, cuanta más energía almacene mejor, no que la transforme o la pierda, que sería 00:04:46
esa parte real. 00:04:50
La parte real me estaría haciendo perder energía. 00:04:51
Bueno, pues un factor de calidad elevado implica un mejor componente y un factor de pérdidas 00:04:54
bajo implica un mejor componente. 00:05:00
Pero vamos, esto es una definición arbitraria. 00:05:02
¿Qué ocurre? 00:05:06
Pues que inevitablemente tendremos que hablar de parásitos. 00:05:07
¿Por qué? 00:05:10
Porque los componentes no se comportan de manera imaginaria, o ideal, se comportan de 00:05:11
manera real. 00:05:17
Eso significa que lo que antes modelábamos como un elemento relativamente sencillo en 00:05:19
serie, pues va a tener más elementos, ya sea en serie o en paralelo, que van a afectar 00:05:24
a su comportamiento y su conducta. 00:05:29
Con lo cual ya no es tan sencillo. 00:05:31
Pues tengo aquí una capacidad. 00:05:33
Bueno, pues la capacidad que tenías ahora de repente tiene todos estos elementos, no 00:05:35
solamente esta capacidad que querías. 00:05:38
Vale, entonces, por simplicidad, normalmente diré que el modelo de este circuito equivalente 00:05:41
del condensador, pues lo vamos a llevar a un modelo serie o a un modelo paralelo en 00:05:47
función de si su impedancia total es elevada o baja. 00:05:53
¿Por qué? 00:05:57
Pues porque cuando el dispositivo tiene impedancia baja, se modela mucho mejor con ese modelo 00:05:58
serie. 00:06:03
Pero si el dispositivo tiene una impedancia elevada, se modela mejor con el modelo paralelo. 00:06:04
¿Qué es alto? 00:06:10
¿Qué es bajo? 00:06:11
Porque, claro, oye, que esta impedancia sea baja, ¿qué significa? 00:06:12
Pues por debajo de 10 ohmios. 00:06:17
Ah, venga, vale. 00:06:18
¿Y alta? 00:06:19
Por encima de 10 kiloohmios. 00:06:20
Bueno, he dejado tres órdenes de magnitud entre medias, ¿no? 00:06:22
Entre 10 ohmios y 10 kiloohmios. 00:06:25
Hay un montón de diferencia. 00:06:27
Bien, cuando estás en una región intermedia, normalmente uno de los dos modelos irá mejor 00:06:29
para tu dispositivo y el fabricante del dispositivo es el que te suele recomendar cuál es el 00:06:35
modelo que va mejor con su dispositivo. 00:06:41
En cualquier caso, los dos modelos son correctos. 00:06:43
Y, de hecho, para factores de calidad elevados, el modelo serie o paralelo van a dar, en cuanto 00:06:46
a capacidad, por ejemplo, en un factor de calidad elevado, pues te va a dar un, digamos, un 00:06:55
valor muy similar. 00:07:01
Pero, si el factor de calidad es bajo, es decir, el factor de pérdidas es muy alto, 00:07:02
habrá uno de los dos modelos que sea un poquito más preciso. 00:07:08
Bueno, no solo eso, sino que además hay una serie de factores que dependen del componente. 00:07:12
Por ejemplo, ¿a qué frecuencia lo quieras medir el componente? 00:07:20
Pero esto es precidente, ¿no? 00:07:24
En función de la frecuencia, me va a variar el valor de mi capacidad. 00:07:25
En función del nivel de señal, en función de la parte de DC, en función de, o sea, 00:07:30
es una inductancia, en función de la corriente de vías, en función del entorno, temperatura. 00:07:38
Entonces, eso me va a afectar al comportamiento del dispositivo. 00:07:43
Entonces, normalmente, nosotros veríamos en un equipo, si yo mido un condensador, pues 00:07:46
una traza que sería la combinación de su comportamiento capacitivo y de su comportamiento 00:07:51
inductivo. 00:07:55
Es decir, mi condensador tendrá una componente capacitiva que tenga mucho más peso a frecuencias 00:07:56
por debajo de mi frecuencia de resonancia, de tal manera que según voy subiendo en frecuencia, 00:08:03
ese peso capacitivo va siendo menor y ese peso inductivo va siendo mayor, hasta que 00:08:07
llega un momento en que se igualan. 00:08:12
Cuando estos dos pesos son iguales, decimos que estamos en la frecuencia de resonancia 00:08:14
e, idealmente, ese condensador tendría un comportamiento resistivo puro. 00:08:19
Yo vería aquí como que baja a cero. 00:08:23
Y luego ya enseguida vuelve a subir y ese condensador tendría un comportamiento que 00:08:26
sería inductivo. 00:08:32
¿Por qué? 00:08:33
Porque el peso específico de su parte inductiva es mayor que el peso específico de su parte 00:08:34
capacitiva. 00:08:37
Entonces, lo que yo vería normalmente cuando mido un condensador en un analizador de impedancia 00:08:38
es una traza del módulo de impedancia parecido a esto que estamos viendo, que primero baja 00:08:43
y luego sube. 00:08:49
Lo veríamos de esta otra manera. 00:08:50
Yo tengo ese módulo de impedancia que baja hasta su frecuencia de resonancia y que luego 00:08:52
va subiendo. 00:08:57
Comportamiento inductivo, comportamiento capacitivo. 00:08:58
También lo sé porque el módulo, digo el módulo, la fase de esa impedancia va a estar 00:09:01
en menos 90 grados, es decir, eje negativo en impedancia, eso es un comportamiento capacitivo, 00:09:08
o en más 90, comportamiento inductivo. 00:09:15
Luego mostraré una pequeña demostración de este tipo de medida. 00:09:20
¿Qué ocurre también? 00:09:25
Pues que en función del nivel de señal el comportamiento puede variar, sobre todo cuando 00:09:27
el dieléctrico es muy elevado en mi condensador. 00:09:34
Entonces, claro, si mi condensador tiene un dieléctrico, un K, muy elevado, pues me voy 00:09:37
a encontrar que en función de su nivel de AC voy a tener una variación más pronunciada 00:09:42
que si es un dieléctrico más bajo. 00:09:47
No solamente ocurre con la señal de AC, también eso va a ocurrir con el BIAS de DC. 00:09:51
Entonces, si una vez más mi dieléctrico es muy grande, este efecto va a ser más pronunciado. 00:09:56
Y de hecho haré una medida en la que veremos desde DC negativo hasta DC positivo, una variación, 00:10:04
y que veré que efectivamente la capacidad de mi condensador cambia. 00:10:11
¿Son los únicos factores? 00:10:16
No. 00:10:18
También nos ocurre esto mismo en las inductancias. 00:10:19
Es decir, si yo tengo un nivel de corriente tal que el core magnético, el núcleo magnético 00:10:23
de mi inductancia se satura, pues su valor inductivo también va a variar, va a cambiar. 00:10:30
Y además nos va a afectar la temperatura. 00:10:38
Es decir, en función de a qué temperatura esté funcionando mi dispositivo, esto puede variar. 00:10:41
Y eso es importante, porque aunque hay dispositivos cuyo rango de temperatura de funcionamiento 00:10:47
es muy estable, hay otros en los que hay una variación bastante amplia. 00:10:52
Si la variación es amplia, es un factor que hay que tener en cuenta, sobre todo a la hora de decir 00:10:55
si yo voy a tener un recorrido muy grande de temperatura, ¿qué variaciones estoy teniendo? 00:11:00
Porque si mi condensador tiene que tener un comportamiento específico o con un valor de capacidad 00:11:05
muy específico, necesito que mi dispositivo opere siempre en ese rango de temperatura 00:11:11
en la que yo tengo esos valores que quiero, o ajustar el condensador cuál tengo que poner 00:11:16
o qué valores puedo permitirme. 00:11:23
Antes de hablar de los métodos, me gustaría enseñar una pequeña demo de esto que os he estado comentando. 00:11:25
Es decir, esta visualización que tengo y cómo puede variar, por ejemplo, en función de temperatura o no, 00:11:38
pero sí en función del ISDC. 00:11:45
Entonces os voy a poner ahora una pequeña demo. 00:11:47
Vale, pues voy a hacer una pequeña demostración con el E5069, que es un analizador vectorial de redes, 00:11:55
pero en este caso lo que voy a hacer es manejarlo en modo analizador de impedancia. 00:12:17
Entonces, para ello, lo primero que voy a hacer es, me voy a venir al tipo de medida 00:12:21
y le voy a decir que me abra el menú de análisis de impedancia, que el método que voy a utilizar es 00:12:27
en el puerto de ganancia fase, en serie. 00:12:34
Voy a poner un condensador y voy a hacer una medida de este condensador. 00:12:37
Entonces, una de las primeras cosillas que tendré que hacer en este caso es configurar el equipo. 00:12:42
Vamos a configurar el estímulo, que me parece bien, entre 10 y 30 MHz. 00:12:50
Y, en cuanto al subsetup, le voy a decir que el estímulo va a ser en logaritmo y con frecuencia, 00:12:54
porque al final me interesa ver la evolución de la impedancia de este componente. 00:13:00
Le voy a decir que me ponga 1001 puntos. 00:13:05
Y, bueno, ¿qué más cosillas? 00:13:11
De momento lo voy a dejar así. 00:13:13
El filtro de IF lo voy a estrechar para tener la traza lo más limpia posible de ruido. 00:13:17
Y, bueno, pues llegado a este punto, una de las cosas que tengo que decirle es qué tipo de medida quiero. 00:13:27
Entonces, en este caso, mi medida va a ser el modelo VZ y, además, le voy a decir que quiero ver también la fase, 00:13:32
con lo cual le voy a decir que quiero dos trazas y quiero tener una arriba y otra abajo. 00:13:42
De hecho, podría decirle que las trazas ocuparan la misma ventana, lo cual no es ningún problema. 00:13:48
Y, por supuesto, en lo que es la traza 2, le tengo que decir qué tipo de medida voy a hacer. 00:13:54
Entonces, me vuelvo a la medida y le vuelvo a decir que, en este caso, va a ser la fase de la impedancia. 00:14:04
La medida que está haciendo ahora es una medida no calibrada. 00:14:14
No ha hecho ningún tipo de corrección ni calibración. 00:14:17
De hecho, yo puedo decirle que el display, lo que es la parte de impedancia, sería la escala. 00:14:19
Quiero que sea una escala logarítmica, más típico de mi impedancia. 00:14:35
Y, por supuesto, en la traza 2, mi escala vale con 30 grados por división, para verlo entre más 90 y menos 90. 00:14:40
Un comportamiento capacitivo, un comportamiento inductivo. 00:14:50
El comportamiento capacitivo, en función de la frecuencia, va disminuyendo sin impedancia hasta que llega a la frecuencia de resonancia 00:14:54
y, a partir de ahí, tiene un comportamiento inductivo. 00:15:01
Totalmente de acuerdo a lo que esperaría ver de un condensador. 00:15:03
Esta medida que estoy haciendo ahora mismo es solamente cualitativa, no es cuantitativa. 00:15:07
Realmente no sé si esta es la frecuencia de resonancia. 00:15:13
¿Para eso qué tengo que hacer? Una calibración. 00:15:15
No tengo hecho ninguna, así que voy a hacer alguna. 00:15:18
Me vengo a la parte de calibración. 00:15:20
Tengo muchas calibraciones, pero en este caso voy a hacer una calibración del modo de impedancia. 00:15:22
Con lo cual, una de las primeras cosas que voy a hacer es, en lo que es útil de medida, quitar el dispositivo. 00:15:27
Voy a dejarlo en Open y le digo que me mida el Open. 00:15:33
Él está haciendo su medida de Open. 00:15:38
Y ahora, cuando la termine, le voy a pedir que me haga una medida de Short. 00:15:41
Y para ello, lo mismo. Voy al útil de medida y le pongo lo que sería el estándar del corto, el Short. 00:15:46
Entonces pongo mi Short y le digo que me haga mi medida. 00:15:58
Es importante destacar que, mientras estoy haciendo la calibración, la traza que me está mostrando, 00:16:04
si bien me orienta en qué está haciendo, realmente no es vinculante. 00:16:11
Es decir, podría estarme mostrando información que pareciera no adecuada o no coherente. 00:16:17
Y aún así, cuando luego terminase la calibración, me mostrará una información correcta y precisa. 00:16:23
He puesto la carga de la ancha de banda, la carga de 50 ohmios. 00:16:29
Le estoy diciendo que me haga la calibración con este estándar, con la carga. 00:16:33
Y ahora, cuando termine, le digo que hemos terminado. 00:16:38
Entonces, él ahora mismo está en barrido continuo. 00:16:44
Me está mostrando lo que sería la traza de la impedancia que le he puesto de carga. 00:16:46
En este caso es una impedancia de 50 ohmios, como podemos ver. 00:16:55
Y, por supuesto, es lo más pura posible. Tiene una fase de cero. 00:16:59
De hecho, yo podría venirme a la parte de análisis y decirle que lo que quiero es que me calcule el circuito equivalente. 00:17:04
Y, en este caso, quiero un RLC todo en serie. 00:17:15
Y me está diciendo que tengo una impedancia de 50 ohmios y que este sería su valor de LIDC. 00:17:19
Yo podría decir que me mostrase ese valor en pantalla. 00:17:25
Voy a cambiar a mi otro dispositivo. 00:17:30
La medida está calibrada. Este es el que estábamos viendo antes, por cierto. 00:17:34
Y yo puedo decirle que quiero ver marcadores. 00:17:38
Incluso decirle marcador 1 a 100 kHz, el marcador 2 a 1 MHz, por ejemplo. 00:17:44
El marcador 3 a 10 MHz. 00:17:52
El marcador 4 a 30 MHz. 00:17:56
Incluso podría decirle que el marcador 5 me buscase el mínimo, por ejemplo. 00:18:00
Bueno, en este caso no. Aquí debería decirle que me busque el mínimo. Ahora sí. 00:18:09
Y me está buscando el punto de la frecuencia de resonancia. 00:18:14
Es decir, mi frecuencia de resonancia está aproximadamente en 6,5 MHz. 00:18:18
Y estoy teniendo estos valores de impedancia. 00:18:26
Puedo hacer muchas más medidas. Yo podría decirle que además de ver esto, por ejemplo en el display, 00:18:30
le puedo decir que yo quiero que me ponga cuatro trazas, quiero que me las separe de esta manera. 00:18:38
Y le puedo decir que, por ejemplo, para mi traza 3, el tipo de medida que quiero es, en este caso, capacidad serie. 00:18:46
Y en este lo que quiero es el factor de disipación, por ejemplo. 00:19:02
Bueno, él me va a estar dando esas medidas de capacidad y de factor de disipación. 00:19:06
¿Puedo hacer más medidas? Sí. Puedo hacer una cosa muy interesante. 00:19:14
Y es el evaluar cómo varía la capacidad de mi dispositivo en función del estímulo de DC. 00:19:21
Porque hemos comentado que en función de DC eso varía. 00:19:31
Voy a cambiar una configuración del equipo y os muestro ahora cómo sería esto. 00:19:35
Una de las primeras cosas que voy a hacer es decirle en display que quiero otro canal. 00:19:45
Y en este caso le voy a decir que lo quiero aquí abajo. 00:19:50
Me centro en este canal y ahora lo que digo es que en este canal, 00:19:54
es un canal independiente, es decir, de hecho el de arriba, el trigger, lo voy a poner en single para que se pare cuando acabe. 00:20:02
Y entonces en este otro, en el setup de medida, le voy a decir que el tipo de medida es de Elvia Strip. 00:20:11
Punto 2, pues nada. 1001, por ejemplo. Pues 1001 puntos, ya está. 00:20:21
¿Lo voy a hacer a 100 kHz? Bueno, podría decirle que me lo hiciera a 6.5 MHz. 00:20:26
¿Por qué? Porque como es la de resonancia, pues a ver qué ocurre. 00:20:35
Si hago esto, en la de resonancia se supone que el condensador se va a comportar como una impedancia pura, 00:20:39
con lo cual, una residencia pura. Entonces no es el punto de frecuencia más interesante. 00:20:47
Pero a lo mejor sí que es interesante ver cómo se comporta a 1 MHz, que ahí está su comportamiento capacitivo. 00:20:52
Bueno, pues le digo que mi oscilador vaya a 1 MHz. 00:20:59
Yo el BIAS le voy a decir que vaya desde menos 10 voltios hasta más 10 voltios. 00:21:02
Y otra de las cosas que voy a tener que hacer es fijar la calibración de mi sistema. 00:21:12
Antes de ello también voy a decirle que mi filtro IF sea estrecho para minimizar la cantidad de ruido que introduzco. 00:21:19
Y que el tipo de medida, por supuesto esto es importante, que lo quiero en gain phase y que quiero la capacidad serie. 00:21:30
¿Vale? 00:21:40
¿Calibración? Tengo que calibrar. Igual que he calibrado el canal anterior, tengo que calibrar este canal. 00:21:43
Bueno, pues le voy a la calibración y lo de antes, los pasos. 00:21:49
Dejo el útil de medida sin dispositivo bajo prueba y le digo que me haga un Open. 00:21:55
Y ahora está actualizando en el canal 2 la medida para hacerme ese Open. 00:22:07
Ya ha terminado y ahora lo que voy a hacer es, voy a ponerle el corto de calibración. 00:22:15
Y una vez puesto el corto, pues le voy a decir que haga la medida del corto. 00:22:26
Igualmente, en cuanto a que acabe, quitar el corto, pondré la carga y haré la medida de la carga. 00:22:37
Esto es análogo a la calibración anterior, ¿vale? O sea, no hay una variación sustancial con respecto a la calibración que hemos hecho antes. 00:22:43
Ya he puesto la carga, le digo que me dé la carga. 00:22:51
Y ahora cuando termine, lo que voy a hacer es poner mi dispositivo bajo prueba. 00:22:54
Y además le voy a decir que me active lo que sería el BIAS DDC para poder hacer ese barrido que quiero hacer. 00:23:03
Ya está hecha la calibración y voy a lo que sería activar ese BIAS DDC. Lo activo y además le voy a decir que me haga una medida. 00:23:12
Entonces podéis decirme que no estoy viendo nada, estoy viendo una línea recta. Claro, por la escala. Tengo que ajustar la escala. 00:23:32
Y entonces lo que voy a hacer ahora es decirle en el menú de escala que me auto-escale. 00:23:40
De hecho, podría decirle que me hiciera otro barrido para que lo veamos. ¿Qué ocurre? 00:23:50
Hombre, la escala es muy pequeña. Es de medio nanofaradio por división. 00:23:59
Pero lo que sí que puedo ver es que mi dispositivo tiene un comportamiento diferente en función del estímulo. 00:24:06
Y de hecho, si activo los marcadores, en este caso diré que el marcador 1 esté a menos 10 voltios, el marcador 2 a menos 7,5 voltios, 00:24:13
el marcador 3 a menos 5 voltios, por ejemplo, el marcador 4 a menos 2,5, el marcador 5 a 0 voltios, el marcador 6 a menos 2,5, etc. 00:24:23
Aquí tengo mi tabla de marcadores. Yo incluso podría maximizar lo que sería el canal. 00:24:37
Y tendría aquí mi variación. Es decir, oye, que es que sí son ochenta y tantos nanofaradios, pero ¿cuántos son? 00:24:47
Pues depende del DCBIAS. 00:24:59
Y, por supuesto, yo puedo decirle que el trigger sea continuo en ambos canales. 00:25:06
Y entonces lo que él va a hacer es, hará un barrido en el canal 1 y luego pasará a un barrido en el canal 2 e irá alternando constantemente. 00:25:13
Ah, se me olvidaba decir que esta era la demo, pero se me olvidaba una cosilla del canal 1 que quería mostrar. 00:25:24
Igual que mostré en la parte de análisis cómo se comportaba la resistencia o la impedancia de calibración, la carga, 00:25:34
pues si ahora yo vuelvo a lo que es el circuito equivalente y le digo que me lo vuelva a calcular, 00:25:44
pues me está dando el cálculo en este RLC, que es el modelo que le he dicho, de qué capacidad tiene el condensador. 00:25:49
Vista un ejemplo de medida, en este caso de un condensador, lo he medido con un analizador de redes, 00:26:01
aunque lo he manejado como si fuera un analizador de impedancia. Esto es una cosa muy específica de un módulo concreto. 00:26:08
Ahora vamos a ver los distintos métodos y ya comentaré por qué este método o este equipo es un poquito especial. 00:26:15
Pero bueno, porque es la medida que quería mostrar, pues más que de sobra. 00:26:24
Entonces, en cuanto a los métodos de medida, vamos a ver el punto de equilibrado, la sonda de RF y V y lo que sería un analizador de redes. 00:26:29
¿Cómo selecciono uno u otro? Pues la verdad es que hay seis factores que me van a influir mucho. 00:26:39
El primero es la frecuencia, el segundo es la impedancia del dispositivo y el tercero es la precisión necesaria. 00:26:46
Estos tres elementos me van a determinar cuál es el método más adecuado. 00:26:52
Pero luego también están las condiciones eléctricas de pruebas, los parámetros que quiero obtener y las características físicas que tenga mi dispositivo a ojo prueba. 00:26:58
Y esto me va a determinar el útil más adecuado para hacer esta medida. 00:27:07
Entonces, ¿cómo puedo yo llegar a saber más o menos dónde ando? 00:27:13
Entonces, aquí la tabla de reactancia, que es esta tabla, es muy muy útil. 00:27:19
Y de hecho es una tabla muy útil para saber un poco por dónde van los tiros. 00:27:24
La tabla de reactancia lo que asume es que la parte más importante de mi dispositivo es, si es un condensador, su capacidad y si es un inductor, su inductancia. 00:27:28
¿Por qué digo esto? Pues porque si mi dispositivo es principalmente un condensador de un nanofaradio, por ejemplo, 00:27:42
pues yo tengo aquí, en esta parte, sería la parte de capacidad, aquí yo tengo la parte de inductividad, inductancia, entonces yo tengo un nanofaradio. 00:27:51
¿A qué frecuencia voy a querer medirlo? Voy a querer medirlo a un kiloherzio, por ejemplo. 00:28:00
Bueno, pues cuanto menor sea la frecuencia de mi condensador, más alta va a ser su impedancia, lo cual es lógico. 00:28:05
Yo llego aquí, donde corta con mi línea de un kiloherzio, me dirá, pues tu impedancia estará más o menos en torno a 160 kiloohmios. 00:28:11
Pero si en vez de trabajar a un kiloherzio, trabajas a un megaherzio, yo sigo por mi línea, y me encontraré que mi impedancia ahora ya es del orden de 160 ohmios. 00:28:18
Es muy diferente esa impedancia. De hecho, he subido tres órdenes de magnitud, con lo cual aquí ha bajado tres órdenes de magnitud. 00:28:29
Recordad que las impedancias dependen de la frecuencia. ¿Y esto por qué es muy importante? 00:28:37
Pues porque puede que haya un día que os diga, no, pues yo es que quiero medir, yo que sé, nanohenrios en 50 hercios. 00:28:48
Digo, hombre, pues nanohenrios, para irme a 50 hercios, mucho tengo que bajar, me voy a impedanciar por debajo del microohmio. 00:28:59
Entonces, normalmente ese tipo de casos no serán o la parte más importante del componente, serán a lo mejor inductancias residuales, 00:29:09
porque es que si no, prácticamente no lo puedes medir. Es decir, cuando te plantean una necesidad, quiero medir tal valor a tal frecuencia, 00:29:23
pues aquí puedes obtener una idea de en qué valores más o menos de impedancia estarás, o si, por ejemplo, no estás midiendo que eso sea la parte principal de tu dispositivo, 00:29:33
sino que es algo residual. Si me voy a lo que son los métodos de medida, el punto autoequilibrado, básicamente empieza en 20 hercios, 00:29:43
el método punto autoequilibrado, y llega hasta 120 megahercios, eso en cuanto al rango de frecuencia. 00:29:53
Y en cuanto al rango de impedancias es el que tiene el rango de impedancia más elevado, que puede medir desde miliohmio hasta lo que serían centenares de megaohmios. 00:29:58
¿Significa esto que no puedo medir impedancias superiores? Si, hombre, tenemos equipos que miden hasta 10 elevado a 18 ohmios, que esos son muchísimos teraohmios. 00:30:09
De hecho, a ver, 3 son kilo, mega, giga, tera, peta, hexa, es decir, 100 petaohmios, 1000 petaohmios. Es un montón, un montón de impedancia. 00:30:23
Lo que pasa es que lo mido con un equipo concreto que es un medidor de alta resistencia. Entonces, a la hora de hacer una medida de impedancia en un rango de frecuencia extenso, 00:30:38
el punto autoequilibrado me cubre un rango bastante amplio. La sonda de RF y UV va desde un megaherzio, luego comentaré por qué empieza en un megaherzio, y suele llegar hasta 3 gigas. 00:30:48
Llega hasta 3 gigas por unas limitaciones que veremos más adelante, casi cuando estemos hablando de calibraciones y útiles de medida. 00:31:01
Y luego el método de analizador de redes. Tradicionalmente, el método de analizador de redes se basa en parámetros S. Y en parámetros S, cuando yo estoy haciendo medida de impedancia con un analizador vectorial de redes, 00:31:09
pues tengo que estar en impedancias cercanas a la impedancia característica de un analizador de redes. Normalmente suelen ser 50 ohmios, pueden ser 75, impedancias características de un analizador de redes en su entorno. 00:31:22
Y tradicionalmente, los analizadores vectoriales de redes empezaban en frecuencias de unos 300 kiloherzios. Tenemos analizadores vectoriales de redes que empiezan en 900 herzios. 00:31:34
E incluso tengo uno, que es con el que he hecho la demo de antes, que empieza en 5 herzios. Pero eso es un poco especial, por eso pongo esta línea despunteada. 00:31:46
¿Y hasta qué frecuencia llegan los analizadores vectoriales de redes? A lo que quieras. ¿3 herzios? Puedo llegar a 3 herzios. Realmente tengo un rango de frecuencia muy elevado, pero mi rango de impedancia es muy estrecho. 00:31:56
De hecho, esto es una pequeña puntualización. El analizador de impedancias que os he comentado que era un poco especial, o de impedancias no, de redes. El analizador de redes que era un poco especial, el E5061B, el NILF. 00:32:12
Este, en parámetros S, es cierto, empieza en 5 herzios, llega hasta 3 gigas. Y si en parámetros S, estamos aquí cercanos. Pero si yo me pongo con los puertos de ganancia fase en un método serie o en un método paralelo, lo que yo puedo obtener es una curva que abarca por aquí, o una área de trabajo y otra área de trabajo que abarca por aquí. 00:32:24
No es el foco del seminario de hoy, por eso no voy a comentar mucho más de ese equipo, pero tendría un rango de impedancia muy elevado con ese equipo. Pero como es una excepción, pues por eso no lo he puesto directamente. 00:32:52
Vamos con el primero, el puente autoequilibrado. ¿En qué consiste un puente autoequilibrado? El puente autoequilibrado me va a crear una señal de estímulo que va a llegar a mi dispositivo y luego, en la parte baja, lo que voy a tener es un elemento. 00:33:05
Realmente no tengo este circuito alimentado con un amplificador operacional, pero es como si lo tuviera. Lo que voy a conseguir es tener aquí un cero virtual. Es decir, mi medida es flotante y esto es súper importante, porque si por lo que sea yo hago alguna conexión a tierra, esto ya no estaría flotante y ya no podría medir. 00:33:24
Eso es algo muy muy importante. Entonces, si yo tengo mi medida flotante y yo tengo aquí mi cero virtual, si yo puedo medir aquí mi tensión, yo estoy creando mi estímulo y medir aquí mi tensión, tengo la tensión que cae en mi dispositivo. 00:33:42
Pero luego, además, esa señal, esa corriente, como aquí voy a tener una impedancia infinita, voy a obligar a que circule por una resistencia de rango y yo voy a poder medir, yo conozco esta resistencia muy bien, y voy a poder medir esta corriente que circula por aquí porque sé cuál va a ser la tensión entre este cero virtual y esta otra parte de la resistencia. 00:33:56
De tal manera que yo, conociendo esto, tengo la I, la corriente que pasa por el dispositivo, conociendo esto tengo la tensión y a partir de la tensión y de la corriente voy a obtener la impedancia. 00:34:17
Es muy importante. Impedancia compleja. Es decir, mis detectores son vectoriales. Tengo información de magnitud y fase. Eso es muy importante. 00:34:30
¿Por qué también es muy importante? Porque yo a la hora de conectarme con el dispositivo, lo veremos casi al final, pero de esta parte voy a tener aquí unos elementos que van a ser cables y si mis cables no están bien enfasados tendré errores de fase y si tengo errores de fase, tengo errores en mi cálculo de impedancia. 00:34:38
Y podéis decir, bueno, eso no es tan importante, pero si recordamos la gráfica en la que me compara en un eje horizontal lo que sería la parte real y en un eje vertical la parte imaginaria, si yo tengo errores de fase, porque mi medida es vectorial, podría tener que se me está desviando a una parte real negativa y eso es incorrecto. 00:34:58
O bueno, peor aún, que si estoy cerca del eje me pase a un comportamiento inductivo cuando realmente es capacitivo. Entonces la fase es muy importante poder hacer una buena medida de ella. 00:35:23
¿Qué grandes ventajas tiene el punto equilibrado? Que cubre un amplio rango de frecuencia. Como comentaba, desde 20 Hz hasta 120 MHz. Es un rango muy amplio. 00:35:36
Tengo un rango de impedancia muy elevado. De hecho es el rango de impedancia más grande que tengo. Y además tengo un montón de útiles de medida para aplicaciones muy diferentes. 00:35:46
Lo cual es muy conveniente porque a la hora de poder llevar lo que llamaré mis unknown terminales, que van a ser los terminales de mi punto equilibrado, que tengo 4 conectores BNC, a lo que sería mi muestra, lo que voy a medir, necesito algo que me adapte esa señal eléctrica a las características físicas de mi muestra. 00:35:55
Necesito un útil de medida adecuado. ¿Qué desventaja tiene? Que los rangos de frecuencia más elevados no están disponibles. Por encima de 120 MHz no puedo medir con este método. Bueno, vale. Pues sí, es su limitación. 00:36:14
Pero en todo lo demás, la verdad es que es un método excelente con unas capacidades de medida impresionantemente buenas. Otro método. El método de RFV. La sonda de RF. ¿Qué voy a hacer con este método? Pues va a ser algo parecido en el sentido en el que yo voy a medir tensión y corriente. 00:36:29
Yo voy a tener una señal, voy a hacer que esa señal atraviese mi dispositivo y yo voy a saber cuál es la caída de tensión en bornas de mi dispositivo. Entonces esa es mi dirección de tensión. La parte baja, la parte alta, tengo aquí mi tensión. Oye, la tensión que pasa por mi dispositivo es esta. Perfecto. 00:36:51
Pero además voy a saber qué corriente circula por mi dispositivo. Con lo cual, teniendo la corriente y teniendo la tensión, vectorial, siempre vectorial, yo voy a tener la impedancia de mi dispositivo. 00:37:11
¿Qué ocurre? Que en función de cómo he creado ese test head, eso tiene ahí un transformador y en función de cómo he creado ese transformador me limita cuál es la frecuencia más baja que puedo medir. 00:37:24
La frecuencia baja es el megaherzio en el que empiezo, que es básicamente lo que comento aquí, que la desventaja de este método es que la frecuencia más baja que puedo de trabajo depende del transformador que he utilizado en mi test head. 00:37:54
¿Ventajas? Tiene una precisión excelente, muy muy muy buena, para alta frecuencia y para RF, es decir, desde un megaherzio hasta tres gigaherzios. Es un rango de frecuencia bastante amplio. 00:38:07
Y tengo muchísimos útiles de medida para trabajar aquí, muchísimos. Con lo cual a la hora de conectarme a mi componente o a mi dispositivo es bastante sencillo. 00:38:26
Y el otro método que quería comentar es el de analizador vectorial de redes. Podríamos estar hablando un día entero de analizadores vectorial de redes y de todas las cositas que tienen. Vamos a ir a temas súper sencillos. 00:38:36
Mi analizador vectorial de redes va a crear un estímulo exactamente igual que los otros métodos. Ese estímulo yo voy a hacer que vaya al dispositivo. De esa señal de estímulo yo voy a separar de esa señal incidente y voy a medir mi señal incidente. 00:38:50
También voy a medir lo que sería la señal cuando llega al dispositivo y se refleja la señal reflejada. Entonces yo voy a tener mi onda incidente y mi onda reflejada y en función de la onda incidente y reflejada, en función de ese coeficiente de reflexión, voy a conocer la impedancia del dispositivo. 00:39:05
Porque ese coeficiente de reflexión va a tener una dependencia directa de la impedancia de mi dispositivo y mi impedancia característica. Es decir, si mi impedancia característica está perfectamente adaptada a la impedancia del dispositivo, no se reflejará nada. 00:39:27
Pero en cuanto que no esté perfectamente adaptada, se irá reflejando. Que mi impedancia es muy inferior se reflejará muchísimo. Que es muy superior se reflejará muchísimo. Y de ahí me vienen esas limitaciones de impedancia más baja o más alta que puedo medir con este método. 00:39:42
Cuando se refleja mucho y mi coeficiente de reflexión es muy elevado, muy cerca de 1, pues ya no tengo precisión en lo que estoy midiendo. Entonces mi error se dispara y no puedo decir que esté dentro de ese 10% de error que era el margen que pintaba aquí. 00:39:57
Aún así tengo muchas ventajas. Por ejemplo, voy a cubrir el mayor rango de frecuencias. Es decir, yo tengo un analizador de redes que empieza en 5 Hz. Con lo cual ya empiezo por debajo de lo que es el puente desequilibrado incluso. 00:40:13
Pero incluso si no estuviera con ese analizador, tengo un analizador vectorial de redes totalmente normal. No es una cosa súper especial que empiece a bajar frecuencias y no es normal. Empieza a 900 Hz, que es una frecuencia extremadamente baja para lo que suele ser los analizadores de redes tradicionales. 00:40:31
De hecho, el que tengo que empieza en 900 Hz llega hasta 110 Gb. Es decir, el rango de frecuencia que tengo es brutal. Además, tengo una precisión extremadamente buena cerca de mi impedancia característica. 00:40:49
Y esto es algo único de los UVNA. Es comparado con los ZAs, con los analizadores de impedancia. Puedo medir dispositivos multipuerto. Es decir, hasta ahora estoy midiendo dispositivos que tienen un polo positivo, un polo negativo, dos puertos. Y se acabó. 00:41:04
Y ahora voy a poder medir incluso dispositivos que tengan más de dos puertos. ¿Por qué? Porque mi analizador vectorial de redes mínimo tiene dos puertos, pero va a poder tener hasta cuatro o incluso más. 00:41:19
Entonces yo puedo medir dispositivos multipuerto con mi analizador vectorial de redes fácilmente. Sin embargo, a la hora de hacer medidas en elementos que tienen una Q muy elevada, un factor de calidad muy elevado, voy a tener una precisión que puede resentirse. 00:41:33
¿Qué es lo que ocurre? Que si yo realmente estoy queriendo hacer una medida en un dispositivo con un factor de calidad muy elevado, lo que utilizaré como útil de medida junto con mi analizador vectorial de redes es un resonador. 00:41:53
De tal manera que yo voy a poder tener medidas de calidad extremadamente altas y aún así poder seguir utilizando mi analizador vectorial de redes. Pero de manera normal, sin ayuda de ese dispositivo externo, un analizador vectorial de redes en un dispositivo que tiene un factor de calidad muy elevado le cuesta hacer ciertas medidas. 00:42:07
Si yo hago un pequeño resumen de estos tres métodos y voy a ver puntos fuertes, puntos limitantes de ellos, este es un resumen un poquito a grosso modo. Es decir, comento el rango de frecuencia del método de puntos de equilibrado. 00:42:24
El rango de frecuencia del método de puntos de equilibrado es de 20 Hz a 120 MHz, el de RFI de 1 MHz a 3 GHz, el rango de impedancia... En realidad, en puntos de equilibrado yo he llegado a hacer medidas submiliohmios. 00:42:45
Pero claro, ya la precisión tienes que ir con cuidado exquisito. Entonces esto es lo típico, suele ser estos miliohmios a estos centenares de megaohmios. En RFI-V lo mismo, desde subohmio, en este caso, hasta kiloohmios. 00:43:04
Y, bueno, analizadores de redes normalmente suelen estar cerca de la impedancia característica. Existen métodos específicos, analizadores vectoriales de redes, que te permiten hacer medidas de impedancia muy baja. 00:43:30
Estaríamos hablando del orden de miliohmios, pero son métodos muy específicos para medidas muy concretas, por eso no lo incluyo aquí. Además son métodos avanzados. 00:43:42
Terminales y conexiones. Pues el punto de equilibrado tiene cuatro terminales VNC, lo que llamamos el four terminal pair, y a veces la bibliografía viene como unknown terminals, porque desde ahí empieza lo desconocido. 00:43:53
Pero el puerto es uno, es decir, a través de mi dispositivo tengo polo positivo o polo negativo, pero sigue siendo un puerto. En cambio, en un analizador vectorial de redes puedo tener más de uno. 00:44:09
Es decir, yo tengo un cable coaxial, el cable coaxial tiene un polo positivo y un polo negativo, pero tengo un cable coaxial por cada puerto de mi analizador de redes, es decir, que puedo tener dispositivos multipuerto. 00:44:21
En el RCV lo que tengo es un conector de 7 milímetros, que es un conector APC7 lo llamamos. Estos conectores son muy interesantes porque son conectores de grado de metrología. 00:44:31
La repetibilidad que tienen es asombrosamente alta y eso es porque son conectores asexuados, es decir, o hay contacto o no hay contacto. 00:44:41
No es que el pin macho ha entrado más o menos en la hembra, no, esto es asexuado. O hay contacto o no hay contacto, la repetibilidad es máxima. 00:44:51
Si relaciono los métodos que os he comentado con equipos de Keysight, el método de punto de octo equilibrado, luego en la segunda parte del seminario, en la parte de medida de materiales, voy a hacer una demostración con una 4990, por ejemplo. 00:45:03
Haré otra demostración con un 4991. Pero bueno, el punto de octo equilibrado, desde 20 Hz hasta 120 MHz. Claro, si es una edición de impedancia es un barrido, pero si es un medio RLCR suelen ser puntos concretos de medida. 00:45:24
En RFIV, desde 1 MHz hasta 3 GHz. Analizadores vectoriales de redes. De la serie de ENAs, que es Economic Network Analyzer, tengo uno que empieza en 5 Hz, los demás suelen empezar en 9 kHz, una cosa así, de los ENA. 00:45:38
Y tengo ENAs que llegan hasta 53 GHz. De los PNA, tengo un PNA, un modelo concreto que va de 900 Hz a 120 GHz. Tengo otros modelos, hay otros modelos de rangos, pero bueno. Y si tengo cabezas exteriores, digamos extensores de frecuencia, puedo llegar hasta 1.1 THz. 00:45:56
E incluso un poquito más, pero bueno, de momento lo vamos a dejar ahí. Esto, pues los instrumentos de banco tradicionales, los ENA y los PNA. Pero la serie Streamline es un instrumento de banco, que es un instrumento USB, no tiene pantalla. 00:46:14
Y bueno, es un instrumento especialmente chiquitín, la verdad que está muy muy bien. Y puedo ir desde 9 kHz hasta 53 GHz con precisiones de medida comparables con las del PNA. Los Filfox, los Filfox la verdad son unos bichos maravillosos. Es un equipo de campo, es decir, portable. Bueno, portable no, portátil, es decir, pesa tres kilitos. 00:46:29
No me gustaría tener un móvil de tres kilos, pero para hacer medidas en cualquier sitio, un equipo de tres kilos es una maravilla. Y puedo hacer medidas hasta 50 GHz, desde 30 kHz. Es decir, tengo un rango de frecuencia muy elevado con estos bichos. 00:46:50
Y luego también tengo analizadores PXI. Yo tengo un sistema modular y yo quiero integrar más potencia de medida. De hecho, yo con analizadores PXI puedo meter en un chasis 16 tarjetas de dos puertos. Es decir, yo puedo hacerme en un chasis un PNA de 32 puertos. 00:47:06
Y puedo incrementarlo poniendo chasis en paralelo. Es decir, con sistemas PXI yo puedo tener puertos los que necesite, sin que sea un multiplexor, es decir, puertos reales de un analizador vectorial de redes. Con lo cual, bueno, pues es un, digamos, también una solución muy muy potente. 00:47:29
Aún así, que os surge la necesidad de un analizador vectorial de redes, o más bien de un equipo para medida de impedancia, lo que siempre os recomiendo es que hoy nos contactéis. ¿Por qué? Porque nosotros podemos saber si ha habido alguna novedad, si esto está actualizado o no. 00:47:48
¿Cuál de estas cosas ayudaros a elegir? Daros opciones para que vosotros decidáis, pero informaros de qué soluciones habría y cuáles son los proveedores contrarios de cada una, etc. Por eso os suelo decir siempre que nos contactéis para ese tipo de configuraciones. 00:48:07
¿Qué ocurre? Que una parte muy importante en el sistema de medida, no solamente el equipo de medida, el equipo de medida es el motor, por así decirlo. Pero si sigo la analogía, por ejemplo, con un coche, el motor, que es muy importante, de la parte del coche de las tres más caras que hay, por tanto también es de las partes más importantes, pero no es la única. 00:48:22
Pues esto es lo mismo. En un sistema de medida de impedancia, el instrumento es muy importante, pero no es lo único. También hay que tener en cuenta el cableado y los útiles de medida. Y voy a hablar especialmente de cableado y útiles de medida en el método de puntuado equilibrado y en el método de RFIV, que quizás suelen ser los métodos en los que se suele pasar un poco más por alto, porque, bueno, pues entiende que tú tienes tu equipo, tienes tu útil, los pinchas y a medir. 00:48:49
Bueno, vamos a ver qué hay que tener en consideración. Entonces, ¿y por qué no hablo del UVNA? Porque en el caso de los vectores de redes, el campo es tan amplio que podríamos estar aquí hablando un día entero y a lo mejor habría casos que no habríamos cubierto. Entonces voy a centrarme en estos dos. 00:49:16
¿Cuándo hablo del puntuado equilibrado y de cómo conectar ese cableado? Bueno, pues lo que tengo que tener en cuenta es que una de las opciones que tengo, yo en mi puntuado equilibrado tengo cuatro conectores. Tengo el high power, high current, low power, low current. Bueno, no es power, es potential. Vale, low potential, high potential, current, high y low. 00:49:33
Básicamente yo voy a crear mi estímulo por el high current. Mi estímulo va a atravesar mi dispositivo y va a entrar por el low current. Vale, yo voy a medir que de verdad aquí haya un cero virtual de tensión. Voy a medir que aquí, pues qué tensión tengo en este punto. En fin, voy a hacer las medidas que os comenté antes. 00:49:57
¿Qué ocurre? Que si yo cojo el high, lo corto de circuito y pongo un único cable hasta mi dispositivo. Y el low, lo uno, lo que sea. Vale, lo uno, lo uno. Y lo llevo al dispositivo. ¿Qué impedancias voy a poder ver? Bueno, pues primero voy a tener efectos de que de la corriente que viene por aquí habrá parte de esa corriente que se salte del dispositivo y que vaya directamente por aquí. 00:50:18
Porque si mi impedancia es muy elevada, pues que no quiera pasar por él en lo alto. Y además el dispositivo no flota, está encima de algo. Con lo cual puede haber cosas que se fuguen a lo que quiera que lo esté sosteniendo. Vale. 00:50:40
Y eso me va a limitar la imposibilidad de medir impedancias muy elevadas. Pero es que además mi corriente fluye por aquí, llega a mi dispositivo y sigue fluyendo. Y si la impedancia de mi dispositivo es muy baja, el efecto de esta corriente en este cable podrá ser comparable a la impedancia de mi dispositivo. 00:50:52
Con lo cual las impedancias más bajas también se me van fuera. ¿Qué ocurre? Que es un método súper cómodo de usar, súper conveniente. Pero tienes que tener en cuenta que típicamente tu rango de impedancia tiene que estar aquí. 00:51:13
Oye, ¿que tu rango de impedancia va a estar aquí? Pues oye, fantástico. ¿Que no? ¿Qué podemos hacer? Bueno, pues una de las cosas que podemos hacer es poner un terminal que me proteja y que evite estas fugas. 00:51:26
Si yo, por ejemplo, pongo tres terminales, que uno fuese una guarda, lo que yo voy a hacer es que cuando la impedancia es muy elevada, como estoy conduciendo la corriente y protegiendo de que se escape, pues la estoy obligando a que atraviese mi dispositivo. 00:51:41
Con lo cual, esta parte y esta parte no existe, puedo medir hasta impedancias elevadas. ¿Que estás midiendo impedancias elevadas? Fantástico, con esto vas perfecto. 00:51:57
Pero, ¿y si no es tu caso? ¿Y si tu caso es de impedancias bajas? Pues yo puedo utilizar un método de cuatro terminales, que es un método Kelvin. ¿Que ocurre en el método Kelvin? 00:52:09
Pues que lo que yo hago en un método Kelvin es yo hago que la corriente que va por aquí vaya por ahí y entre por aquí y, en teoría, por aquí no fluya corriente. 00:52:18
Si no fluye corriente por aquí, el efecto de impedancia de mis cables lo reduzco, lo minimizo o incluso lo elimino, pero voy a tener dos cables fluyendo. 00:52:33
O sea, la corriente va fluyendo por un cable, los dos cables van a estar en paralelo, con lo cual, si por aquí fluye corriente y por aquí no, algo de esta corriente se va a inducir aquí. 00:52:46
Y en cuanto que se induce aquí un poco de corriente, yo voy a tener aquí un pequeño efecto de impedancia. Con lo cual, las impedancias más bajas también quedan fuera de mi alcance. 00:52:56
Y, por supuesto, si la impedancia de mi dispositivo es alta, vendrá por aquí y saltará. En fin, las impedancias elevadas no las tendría en mi alcance. 00:53:11
No sé, yo es que mi dispositivo va a tener impedancias altas, impedancias bajas y yo quiero medir en todo el rango posible. 00:53:19
Yo puedo combinar el 3T con el 4T, lo que hago es un 5T. Y en este caso, lo que yo tengo es esta parte de guarda en la que, igual que el método Kelvin, yo obligo a que la corriente vaya por aquí, que atraviese mi dispositivo y que entre por aquí. 00:53:26
Y, además, no la dejo escaparse gracias a este apretamiento, con lo cual tengo la impedancia alta. Y como no está fluyendo por aquí, que es donde estoy midiendo esas tensiones, aquí no me está afectando. 00:53:43
Bueno, pues mi medida de tensión es correcta y yo tengo impedancias bajas. Y tengo desde aquí hasta aquí. Aún así sigue habiendo un poquito de efecto de acoplamiento entre los dos hilos y éstas quedarían fuera de mi alcance. 00:53:57
¿Cómo puedo solucionar esto? ¿Qué puedo hacer yo para que eso no ocurra? Es decir, a ver, por aquí fluye corriente en este sentido y por ahí no fluye. 00:54:12
¿Qué puedo hacer para que, claro, si yo tengo dos elementos conductores con corrientes, pues si yo pudiera de alguna manera decir que la corriente que fluye por aquí fuese, o más bien la que fluye por este otro fuese, idéntica a ésta y en sentido contrario, 00:54:22
ya tendría dos conductores con corrientes idénticas en sentido contrario y se cancelaría este efecto. ¿Cómo puedo hacer eso? Pues poniendo una guarda activa. Es decir, es el método del Ford Terminal Pair. 00:54:44
Entonces lo que estoy haciendo en este caso es que mi corriente viene por aquí, atraviesa mi dispositivo, yo lo estoy obligando a que vaya por aquí porque tengo todo apantallado, luego entra por aquí, hago mis medidas y mi retorno de corriente va a ser por aquí, por aquí y por aquí. 00:54:56
Dos conductores con corriente idéntica en sentido contrario cancela este efecto, con lo cual ya tengo todo mi rango de impedancia. Por eso solemos recomendar el método 4DP, el Ford Terminal Pair, pero si no necesitas todo el rango de impedancia, pues igual no lo necesitas. 00:55:19
Entonces eso es bueno tenerlo en cuenta. ¿Cómo quedaría con el esquemático? Antes mostré este esquemático, pero justo rotado 180 grados, en el que yo tenía mi estímulo que hago pasar por mi dispositivo. 00:55:39
Esto sería la parte alta, con lo cual yo veo la tensión que va a caer en mi dispositivo. Llevo aquí la parte baja, consigo que aquí en esta parte haya un cero de tensión, mi detector de nulo, es decir, realmente tienes un cero de tensión o no, y esta corriente que está circulando por aquí yo voy a medirla con mi resistencia de rango y como tengo la corriente y tengo la tensión, pues tengo mi impedancia. 00:55:53
¿Y cómo está ocurriendo esto? No tengo fugas de corriente por ningún lado, no hay efectos inductivos aquí, ni nada por el estilo. Pues fantástico, todo el rango de impedancia. ¿Qué ocurre? Pues que hay veces en las que algo, algo, un poquito, un poquito se me escapa. 00:56:15
Entonces aquí el dispositivo no flota, es normal que se le va a hacer, y aquí pues hay una pequeña diferencia de tensión, lógicamente, y si este elemento es conductor, pues tengo una capacidad parasita que me puede afectar. ¿Cómo puedo protegerme frente a este efecto? Bueno, pues una de las formas que yo puedo protegerme frente a esto es ponerme un apantallamiento, un shielding. 00:56:32
Entonces, yo aquí pondría un conductor, aquí tengo otro, pero este conductor solo estará conectado a mi guarda en un punto, y esto es muy importante, no me vale conectar los más puntos porque no tengo bucles de corriente, porque es la de retorno, un bucle es de tierra y ahí la lío. 00:56:56
En un solo punto, lo más corto posible, y entonces cualquier cantidad de corriente que esté yendo para acá, realmente me la estoy quitando de en medio. Bueno, pues así es como puedo conseguir el mantener este efecto. 00:57:17
Eso en cuanto al puente autoequilibrado, ¿qué pasa con el método de RFYV? Bueno, pues con RFYV yo tengo un puerto coaxial, mi APC7 que sale de aquí, y yo tengo mi útil de medida, y mi útil de medida lo puedo caracterizar. 00:57:37
Entonces mi útil de medida va a tener un efecto de, digamos, longitud eléctrica, esa longitud eléctrica yo la puedo caracterizar, con lo cual mi efecto de longitud eléctrica lo tengo aquí, pero luego voy a obtener una impedancia residual. 00:57:55
Entonces, ¿cómo puedo caracterizar esto? Bueno, pues esto lo haré calibrando, pero una de las cosas que yo puedo hacer es, si yo quiero saber cuánta impedancia me está no pasando por mi dispositivo, porque este, por ejemplo, esta parte de aquí, mi admitancia residual, porque mi dispositivo tiene una impedancia muy elevada, si yo esto lo dejo en abierto y mido cuánto está saltando realmente, este salto, yo podría medir esa admitancia residual. 00:58:10
Y esa admitancia residual yo veo que va haciendo este tipo de traza, ¿vale? Si yo pongo un cortocircuito, esta impedancia residual la podría cuantificar, y entonces cuantificaría esta parte. 00:58:36
Como estas dos trazas son convergentes, me encuentro que hay un límite de frecuencia a partir del cual no tiene sentido seguir alargando mi frecuencia. Por eso termino a 3 gigas. 00:58:50
Lo comentaba al principio, empiezo en un megaherzio porque mi transformador de mi testhead, según como esté hecho, me va a marcar este límite, en este caso omega, pues los 3 gigas me los está marcando esto de aquí, ¿vale? 00:59:02
Con lo cual mi frecuencia final me lo va a determinar mi útil de media en este caso. Pero bueno, si yo quisiera alargar este puerto, es decir, en vez de poner aquí mi puerto, yo quiero este plano, por así llamarlo plano de calibración, mi plano de referencia, quisiera moverlo. 00:59:20
Yo podría poner un cable a PC7 y al final de ese cable hacer esas medidas de calibración y de tal manera que hago un movimiento de ese plano de calibración, ¿vale? 00:59:37
Y por tanto estamos yendo ahora a lo que sería la parte de calibración y compensación. Es importante calibrar y compensar en estos sistemas de medida para eliminar esos efectos parásitos y tener la mayor precisión de medida posible. 00:59:49
Sin embargo, calibrar y compensar no son lo mismo y esto es muy importante. Es decir, cuando yo estoy compensando, estoy eliminando los efectos que me aporta mi útil de medida y cuando yo estoy calibrando estoy moviendo mi plano de referencia desde los terminales de mi dispositivo hasta un nuevo sitio. 01:00:01
Es decir, mi calibración lo que hace es que me mueve el plano de calibración de un sitio a otro. Habrá veces en las que la compensación y la calibración las haga a la vez y entonces parece que no, es que estoy haciendo la calibración, la compensación, las dos, no sé. 01:00:31
Pero son cosas distintas. Lo que pasa es que a la hora de hacer el proceso, como se pone en los mismos estándares, abierto, corto, carga, pues se puede hacer del tirón, ¿vale? Pero hay que entender que son cosas distintas. 01:00:46
Entonces, calibración, extender el plano de calibración. Si yo pongo un cable entre mi medidor y mi útil de medida, estoy extendiendo ese plano de calibración, ¿vale? 01:01:01
Si ese cable es un cable que yo tengo caracterizado, cuyas incertidumbres están acotadas, es decir, es un cable que está bien caracterizado, yo puedo introducir esos valores del cable en mi equipo y él me va a poder hacer esa compensación fácilmente. 01:01:13
Y me lleva al plano de calibración de las bornas del equipo, de mis puertos, a el final del cable, ¿vale? 01:01:28
¿Y qué me va a hacer la compensación? Pues la compensación va a tener en cuenta todo lo que tengo aquí entre medio, entre mi plano de calibración y mi dispositivo para poder eliminarlo. 01:01:35
Normalmente hay dos tipos de compensación, abierto y corto. Como comentaba antes en el RCV, el abierto me permite compensar efectos de impedancias elevadas, habitancias parasitas. 01:01:46
Y el corto me va a permitir compensar efectos de impedancias bajas, de tal manera que yo voy a tener una medida corregida. 01:02:01
¿Qué ocurre? Que hay veces que mi sistema de medida no me ofrece a mi dispositivo de ojo prueba realmente la impedancia que espera encontrar. 01:02:09
Entonces, si no me está ofreciendo esos 100 ohmios que se espera encontrar, por ejemplo, con mi puerto equilibrado, lo que va a ocurrir es que tendré un error. 01:02:20
Y para poder corregir ese valor de impedancia característica utilizo una carga, ¿vale? Y eso lo utilizo en la parte de compensación también. 01:02:31
¿Ejemplos prácticos de calibración-compensación? Pues vamos a ello. Ejemplo A. Yo tengo mi util de medida conectada directamente a mi equipo y, por tanto, mi plano de calibración no se mueve. 01:02:42
Pues lo que hago es una compensación de mi util de medida, abierto-corto y listo. Dispositivo y a tirar millas. 01:02:55
Vale, pero es que ahora el util de medida sí que está separado del equipo y yo tengo unos cables especiales en mi puerto equilibrado. 01:03:03
Fijaros que tengo cuatro terminales en mi puerto equilibrado y los tengo caracterizados. No hay ningún problema. 01:03:15
Yo hago una corrección de longitud del cable, que eso es un proceso del equipo, y luego hago mi compensación de mi util de medida. ¿Por qué? Porque como son cables que yo sé cómo son, 01:03:20
él tiene sus características dentro y lo que voy a hacer es compensar automáticamente cuando le diga qué cables son. Y luego pues me abierto-corto. Fantástico. 01:03:30
Otro caso. No conozco el cable. Ojo. Aunque no conozca el cable, los cables tienen que estar enfasados. Cuatro. Cuatro cables enfasados. 01:03:38
Porque la medida es vectorial. Lo comentaba al principio. Medida vectorial, la fase es súper importante. Si la fase no la mido bien, se me puede escuajeringar la medida. 01:03:54
Entonces, muy importante, cables bien enfasados. Como yo no sé exactamente qué diferencia de fase van a tener y qué valores, porque no lo tendrán exacta, 01:04:04
pero tendrán que estar acotada dentro de un margen pequeño. Si se dispara ya no, ya es imposible. Pero bueno, si es un margen pequeño, a lo mejor puedo hacer algo. 01:04:21
Pongo mi tool de medida y aquí lo que voy a hacer es un abierto-corto y carga. Y estoy haciendo la compensación y la calibración a la vez. 01:04:27
Igualmente, oye, yo es que tengo un cable conocido y luego un tool de medida, un escáner, matrimonialización, en fin, diversos elementos. 01:04:37
¿Cómo el cable es conocido? Pues esto, igual que en el B, yo hago mi corrección de cable. Y luego, como hay elementos desconocidos, pues yo voy a hacer abierto-corto y carga y ya estoy calibrado. 01:04:53
Entonces, calibración compensación no es lo mismo. El proceso es muy sencillo, pero cuando, por ejemplo, en la demostración que hice antes, yo hacía abierto-corto y carga, estaba con mi analizador de impedancia. 01:05:08
Bueno, realmente estaba con mi analizador vectorial de redes funcionando como si fuera analizador de impedancia. Entonces es importante en ese caso hacer ese abierto-corto-carga. 01:05:26
En un analizador de impedancia normal, un E41-90, un E41-91, lo normal es que hubiera hecho con un tool de medida que va encajado directamente, pues abierto-corto y listo. 01:05:34
Sin embargo, importante, los accesorios son muy importantes porque hacen falta para conectarte con tu dispositivo. Ojo, eso es lo de DUT, Device Under Test. 01:05:45
Ya sean sondas, pinzas, lo que sea. ¿Qué ventaja tiene utilizar un accesorio de medida que te da un fabricante? Pues que ya lo tiene calibrado, ya lo tiene corregido, ya lo tiene caracterizado, de tal manera que el error residual es mínimo. 01:05:56
Además tiene un método de compensación de medida claramente definido para poder eliminar esos errores que pueda haber. ¿Cómo se hace la calibración? Pues haces así, así y así. 01:06:15
Viene muy bien explicado, muy bien definido en el manual del usuario del útil de medida. Y además tiene especificaciones de medida muy estrictas. 01:06:28
Sin embargo, accesorios hay mogollón. ¿Por qué hay muchos accesorios? Porque las aplicaciones son muy diversas. Entonces no es lo mismo utilizar unas pinzas Kelvin de un tipo que de otro. 01:06:35
Y de hecho aquí tengo unas pinzas Kelvin, aquí tengo unas pinzas Kelvin, aquí tengo unas pinzas Kelvin, aquí abajo tengo unas pinzas Kelvin. En fin, hay mogollón de útiles de medida. 01:06:48
De hecho, este útil de medida lo utilizo para medir dieléctrico. Y creo que tengo una demora después. Utilizo también para medir dieléctrico este de aquí, lo veremos luego. En fin, hay un montón de útiles de medida. 01:06:59
¿Cuáles son los más típicos? Los tweezers, las Kelvin clips y el 16047. Bueno, el A llega hasta 13 MHz, pero también está el 47E, por ejemplo, que tiene un rango de frecuencia bastante más elevado. 01:07:18
En fin, el 16047 es un útil de medida que directamente conectas en los terminales, si quieres, al igual que los demás. En este caso estoy hablando de los de ABB. Y voy pinchando aquí los dispositivos. 01:07:37
La verdad es que es muy cómodo y para hacer las demos viene muy bien. Utilicé antes un 16047 en mi analizador vectorial de redes para hacer la medida de la demo. Y en este caso mi analizador vectorial de redes tenía tres puertos VNC, que son los de ganancia fase. 01:07:53
Comentaba que es donde me conectaba. Funcionaba exactamente igual que si fuese un punto trígero, por así decirlo, en cuanto a que es mecánicamente. Luego internamente es otra cosa muy distinta. Pero bueno, a la hora de hacer medidas y el uso es muy cómodo. También puedo hacer con mi VNA de antes o puedo hacer medidas en el puerto de parámetros S, pero bueno, lo había hecho ahí. 01:08:13
Documentación en cuanto a medida de impedancias tenemos un montón. De hecho, una cosa interesante es que tenemos un documento que te relaciona lo que serían los diversos instrumentos de análisis de impedancia con los diferentes útiles de medida. 01:08:35
Aun así, yo siempre insisto en contactarnos para que os podamos dar la versión más actualizada de todos estos documentos, etc. La guía de selección, a diferencia de la anterior, aquí se habla de tablas de compatibilidad de instrumentos y útiles de medida, en la guía de accesorios lo que te hace es una información detallada de los accesorios. 01:08:55
Es una información mucho más extensa del accesorio en sí, cómo funciona, aunque luego cada uno tiene su manual de usuario donde te explica por completo cómo funciona. 01:09:22
Otro documento muy interesante es el Impedance Measurement Handbook. Este manual ya va por su sexta edición, aunque aquí la foto está de la cuarta, ya va por su sexta edición y comenta con todo lujo de detalle todo lo que he comentado hoy. 01:09:34
Claro, el tiempo es limitado, he podido comentar un poquito, pero aquí se explica todo con muchísimos, muchísimos detalles. Es un documento fantástico. 01:09:54
A este punto vamos a pasar a la parte de preguntas y respuestas. Me gustaría recordar antes de pasar que mañana realizamos la segunda parte del seminario, que es la de caracterización dieléctrica de materiales, en el que veremos diversos métodos y haremos demostraciones de estos métodos en vida. Dicho esto, pasamos a la parte de preguntas. 01:10:03
Muchas gracias, Adolfo, por la presentación de este seminario de medida de impedancia compleja. Ha llegado el momento de las preguntas. Si quiere hacer alguna pregunta, por favor, escríbela en la ventana Q&A, preguntas y respuestas de su consola. 01:10:27
Idioma/s:
es
Autor/es:
KEYSIGHT
Subido por:
Pedro Luis P.
Licencia:
Dominio público
Visualizaciones:
19
Fecha:
14 de diciembre de 2022 - 17:58
Visibilidad:
Público
Duración:
1h′ 10′ 50″
Relación de aspecto:
16:10 El estándar usado por los portátiles de 15,4" y algunos otros, es ancho como el 16:9.
Resolución:
1280x800 píxeles
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