Машины-монстры: Самые маленькие и эффективные электрические трансформаторы на сегодняшний день
Одним из ключевых электронных компонентов, обеспечивающих такую возможность, являются высокочастотные электрические трансформаторы, которые одновременно являются одними из самых габаритных и тяжелых компонентов, устанавливаемых на электронных печатных платах. Однако, исследователям из университета Иллинойса удалось найти решение для кардинального сокращения размеров высокочастотных трансформаторов, благодаря чему и можно будет встраивать прямо в конструкцию гибридных чипов и модулей.
Новые трансформаторы представляют собой скатанные в миниатюрные рулоны тонкие пленки, на поверхность которых нанесены проводники. Такой подход позволяет сократить размер трансформатора в 10-100 раз по отношению к размерам самых миниатюрных их современных трансформаторов. При этом, производство такого компонента лишь немного сложней, чем производство необходимых для него исходных материалов.
Напомним нашим читателям, что в радиотехнике трансформаторы используются для усиления выходных сигналов и для приведения входных сигналов к уровням, с которыми могут работать усилители на базе электронных чипов. Ранее исследователям уже удавалось создать высокочастотные трансформаторы, используя сложенный особым образом тонкопленочный токопроводящий материал. Однако, такой подход хоть и позволил сократить занимаемое трансформатором пространство, он оказался совсем неподходящим для условий массового производства таких компонентов. Да и характеристики таких трансформаторов были не на высоте из-за слабого магнитного сцепления между витками первичной и вторичной обмоток.
Решением обеспечения высокого магнитного сцепления между витками обмоток стала технология, разработанная ранее для изготовления "рулонных" катушек индуктивности. Токопроводящие проводники наносятся на поверхность растянутой упругой пленки, после чего она самостоятельно сворачивается в рулон. Для изготовления трансформатора требуются лишь незначительные изменения первоначальной технологии, для этого лишь требуется нанести на пленку не одну, а две или большее количество токопроводящих дорожек.
Высокое магнитное сцепление обмоток позволяет изготавливать таким методом трансформаторы, имеющие большое значение коэффициента передачи (трансформации). Это, в свою очередь, позволит использовать такие трансформаторы не только в качестве согласующих трансформаторов и трансформаторов развязки, но и усиливающих трансформаторов, которые способны поднять чувствительность приемников электронных устройств, входящих в состав устройств "Интернета Вещей".
Кроме всего вышесказанного, "рулонные" трансформаторы за счет их малых размеров и малого значения паразитной емкости могут работать с гораздо более высокочастотными сигналами, нежели их коллеги, изготовленные традиционным путем. А в своих дальнейших исследованиях ученые планируют использовать в качестве обмоток проводники, изготовленные из более токопроводящих материалов, к примеру, из графена, что в свою очередь позволит сделать рулонные трансформаторы еще меньшими, гибкими и более эффективными.
