Permittivity experimental determination as a frequency function

Determinación experimental de la permitividad como función de la frecuencia

  • Oscar Julian González Riaño Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas
  • Brayan Andres Vega Valencia Universidad Distrital Francisco José de Caldas https://orcid.org/0000-0002-2113-4521
  • César Alexander Chacón Cardona Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas https://orcid.org/0000-0002-0558-0935
Palabras clave: Capacitors, complex capacitance, complex permittivity, frequency circuits (en_US)
Palabras clave: condensadores, capacitancia compleja, permitividad compleja, circuitos de frecuencia. (es_ES)

Resumen (en_US)

Objective: To determine the behavior of dielectric permittivity of class II ceramic capacitor in function of frequency up to 10MHz.

Context:  in telecommunications and high frequency circuits is necessary to take into account the diminishing of permittivity on dielectrics of ceramic capacitors with the frequency growth, two quantitative methods are proposed to determine this behavior.

Method: First, the impedance meter bridge FLUKE PM5306 was used in the frequency range from 10^2 Hz to 10^5 Hz; and second, a novel low-cost electronic circuit for the frequency range between 10^4 Hz to 10^7.

Results:  The results from the circuit were validated using the impedance meter bridge RLC FLUKE PM 6306. The measure of the complex capacitance from three capacitors and their loss tangent were obtained.

Conclusions: The capacitance decreasing with the increment of the frequency was observed in the impedance meter bridge and the implemented circuit, finding a convergence between both methods in the common frequency region.

Resumen (es_ES)

Contexto: En telecomunicaciones y los circuitos en alta frecuencia es necesario tener en cuenta la disminución de la permitividad de los dieléctricos en capacitores cerámicos con el aumento de la frecuencia, se proponen 2 métodos cuantitativos para determinar el comportamiento.

Método: Primero se utilizó el puente medidor de impedancias FLUKE PM6306 en el rango de frecuencias entre  Hz hasta  Hz, y segundo, un circuito electrónico novedoso de bajo costo para frecuencias entre  Hz hasta  Hz.

Resultados: Se validaron los resultados obtenidos con el circuito contrastándolo con el puente de impedancias RLC FLUKE PM6306. Se obtuvo la medición de la capacitancia compleja de tres diferentes condensadores, así como la tangente de pérdidas asociada.

Conclusiones: Se observó la disminución de la capacitancia con el aumento de la frecuencia a través del puente de impedancias, así como con el circuito implementado, encontrando convergencia entre los dos métodos en la región común de frecuencia.

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Biografía del autor/a

Oscar Julian González Riaño, Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas

Pregrado (Tecnólogo en electrónica). Estudiante de Ingeniería en Telecomunicaciones. Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá.

Brayan Andres Vega Valencia, Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Pregrado (Tecnólogo en electrónica). Estudiante de Ingeniería en Telecomunicaciones. Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá

César Alexander Chacón Cardona, Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas

Posgrados (Maestría y Doctorado en Ciencias, Física), Pregrado (Físico). Docente Asistente de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas e integrante del grupo de investigación de Compatibilidad Electromagnética CEM, Bogotá D.C, Colombia.

Referencias

Ardila, A. M. (2007). Física Experimental - Colección notas de clase (1st ed.). Bogotá Colombia: Universidad Nacional de Colombia.

Belden, I. (2018). Datasheet Belden Wire RG-8.

Biolock Scientific, F. (2000). Stereo Microscopes Stemi 1000/2000/2000-C. Field guide to microscopy. https://doi.org/10.1117/3.798239.ch43

Blaž, N., Radosavljević, G., Živanov, L., & Smetana, W. (2009). Characterisation of dielectric LTCC tapes using the capacitance method. Proceedings of the International Semiconductor Conference, CAS, 2(2), 447–450. https://doi.org/10.1109/SMICND.2009.5336682

Casas Piedrafita, O., & Rossel Ferrer, J. (1998). Contribución a la obtención de imágenes paramétricas en tomografía de impedancia eléctrica para la caracterización de tejidos biológicos.

Coffey, W. ., & Kalmykov, Y. . (2006). Fractals , Diffusion and Relaxation in Disordered Complex Systems : Advances in Chemical Physics. https://doi.org/10.1002/0470037148

Deabes, W. A., Abdelrahman, M. A., & Murray, C. (2008). Analysis, design and application of a capacitance measurement circuit with wide operating frequency range. Proceedings of the IEEE International Conference on Control Applications, 114–120. https://doi.org/10.1109/CCA.2008.4629613

Duane A. Felton. (1965). Propiedades dielectricas cerámicas. State University of New York College of Ceramics Aldred University.

Electronics, I. inc. (n.d.). HIGH VOLTAGE CERAMIC CAPACITOS.

Frubing, D. P. (2001). Dielectric spectroscopy, (0331), 1–21.

González, A. F. (2009). Capacitores.

Hernández Millán, G., Ríos Gonzales, L. H., & Bueno López, M. (2016). Implementación de un controlador de posición y movimiento de un robot móvil diferencial. Tecnura, 20(48), 123-136. https://doi.org/10.14483/udistrital.jour.tecnura.2016.2.a09

Israelsohn, J. (2008). Know your ceramic capacitor, part two, 2.

Jee, W., Raymond, K., Kumar, C., Chin, G., & Basri, A. (2013). Complex permittivity measurement using capacitance method from 300 kHz to 50 MHz. Measurement, 46(10), 3796–3801. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2013.06.039

Marulanda Durango, J. J., Escobar Mejía, A., & Alzate Gómez, L. A. (2017). Estudio comparativo de cinco estrategias de compensación de armónicos en filtros activos de potencia. Tecnura, 21(52), 15-31. https://doi.org/10.14483/udistrital.jour.tecnura.2017.2.a01

Massy, P. (2005). Dielectric characteristics of glass fi bre reinforced plastics and their components, 32(11), 20–22.

Maxim Integrated Products. (2001). Current-Feedback Amplifiers with Shutdown o Low Distortion : TOP SINGLE FOR Current-Feedback Amplifiers with Shutdown.

Motic, M. T. M. (2003). BA300Pol. Polarizing Microscope. International.

Murata Manufacturing. (2006). Capacitance and Dissipation Factor Measurement of Chip Multilayer Ceramic Capacitors, 19. Retrieved from http://www.murata.com/~/media/webrenewal/support/faqs/products/capacitor/mlcc/char/0007/07_capmeasureen.ashx?la=en

Neri Vela, R. (1999). Lineas de Transmisión. Mexico.

Newfoundland, U. of. (2010). Logarithmic Graphs.

Otto, S., Bettray, A., & Solbach, K. (2009). A Distributed Attenuator for K-Band using Standard SMD Thin-Film Chip Resistors, 2148–2151. https://doi.org/10.1109/APMC.2009.5385509

Patri, S. K. (2016). Dieleectric Materials: Introduction, Research and Applications, (January 2009).

Schulz, A. L. (2011). CAPACITORS: THEORY, TYPES AND APPLICATIONS. New York: Nova Science Publishers, Inc.

Sevila, D. E.-E.-U. de. (2001). Laboratorio de Síntesis de Circuitos- Ingeniería de Telecomunicación- Tercer curso SPICE.

Spacing, A. L. (1988). Disc Ceramic Capacitors General Specifications - Class II General Purpose General Specifications - Class II General Purpose.

Strååt, M., Chmutin, I., & Boldizar, A. (2010). Dielectric Properties of Polyethylene Foams at Medium and High Frequencies, 18(1).

Stuerga, D. (2006). Microwave – Material Interactions and Dielectric Properties , Key Ingredients for Mastery of Chemical Microwave Processes.

TDK (Mouser electronics). (2016). Disk Type Capacitors with Lead CC45 series.

Tektronix. (n.d.). AFG3000 Series Arbitrary / Function Generators Manual. Retrieved from www.tektronix.com

Vega Pérez, C. J., & Alzate Castaño, R. (2015). Control óptimo inverso como alternativa para la regulación de un convertidor DC-DC elevador. Tecnura, 19(46), 65-78. https://doi.org/10.14483/udistrital.jour.tecnura.2015.4.a05

Cómo citar
González Riaño, O. J., Vega Valencia, B. A., & Chacón Cardona, C. A. (2020). Determinación experimental de la permitividad como función de la frecuencia. Tecnura, 24(64), 34 - 47. https://doi.org/10.14483/22487638.16533
Publicado: 2020-04-01
Sección
Investigación