电子测量原理 齐纳管电压标准 齐纳管电压标准器整机输出电压有 10V、1V和10186v。 10V输出便于检定和传递到高电压,且运输、保 存和使用方便。 如WUK7000系列直流电压参考标准: 10V输出的年稳定性可达05×106 1V和1018V输出的年稳定性可达到2×106,温 度系数为005×106 第16页
电子测量原理 第16页 2. 齐纳管电压标准 ◆ 齐纳管电压标准器整机输出电压有： 10V、1V和1.0186V。 10V输出便于检定和传递到高电压，且运输、保 存和使用方便。 如WUK7000系列直流电压参考标准： 10V输出的年稳定性可达0.5×10-6 ； 1V和1.018V输出的年稳定性可达到2×10-6，温 度系数为0.05×10-6
电子测量原理 3.约瑟夫森量子电压基准 原理 基于约瑟夫森( Josephson)效应的量子电压基准 约瑟夫森效应 约瑟夫森隧道结:在两块相互隔开(约10埃的绝缘层) 的超导体之间,由于量子隧道效应,超导电流(约mA 量级)可以穿透该绝缘层,使两块超导体之间存在微 弱耦合,这种超导体绝缘体超导体(SIS)结构称为 约瑟夫森隧道结。 约瑟夫森效应:当在约瑟夫森结两边加上电压V时,将 得到穿透绝缘层的超导电流,这是一种交变电流,这 种现象称为交流约瑟夫森效应。 第17页
电子测量原理 第17页 3. 约瑟夫森量子电压基准 ◆ 原理 ➢ 基于约瑟夫森（Josephson）效应的量子电压基准 ◆ 约瑟夫森效应 ➢ 约瑟夫森隧道结：在两块相互隔开（约10埃的绝缘层） 的超导体之间，由于量子隧道效应，超导电流（约mA 量级）可以穿透该绝缘层，使两块超导体之间存在微 弱耦合，这种超导体-绝缘体-超导体（SIS）结构称为 约瑟夫森隧道结。 ➢ 约瑟夫森效应：当在约瑟夫森结两边加上电压V时，将 得到穿透绝缘层的超导电流，这是一种交变电流，这 种现象称为交流约瑟夫森效应
电子测量原理 3.约瑟夫森量子电压基准 约瑟夫森效应 即:电压V)约瑟夫森结)超导电流。 超导交变电流的频率为:/=V=K 式中:e为电子电荷,h为普朗克常数,因而K为一常数。 当电压V为mV量级时,频率f当于厘米浪。 逆效应:若将约瑟夫森结置于微浪场中(即用微浪辐 射到处于超导状态下的约瑟夫森结上)时,将在约瑟 夫森结上得到量子化阶梯电压Vn。 即:微浪(频率f)—)约瑟夫森结)量子化阶梯电 压Vn(第n个阶梯)。 K 第18页
电子测量原理 第18页 3. 约瑟夫森量子电压基准 ◆ 约瑟夫森效应 ➢ 即：电压V—〉约瑟夫森结—〉超导电流。 ➢ 超导交变电流的频率为： 式中：e为电子电荷，h为普朗克常数，因而KJ为一常数。 当电压V为mV量级时，频率f相当于厘米波。 ➢ 逆效应：若将约瑟夫森结置于微波场中（即用微波辐 射到处于超导状态下的约瑟夫森结上）时，将在约瑟 夫森结上得到量子化阶梯电压Vn。 即：微波（频率f）—〉约瑟夫森结—〉量子化阶梯电 压Vn（第n个阶梯）。 2 J e f V K V h = = n J f V n K =
电子测量原理 3.约瑟夫森量子电压基准 约瑟夫森电压基准 根据约瑟夫森效应: 由稳定的频率(f)—)确定电压V。 即:通过时间(频率)单位得到量子化电压基准。 量子化电压基准的准确度可接近时间(频率)准确度。 国际计量委员会的建议: 从1990年1月1日开始,在世界范围内同时启用了约 瑟夫森电压量子基准(JAVS,1010)。并给出 K190=4835979GHz/V。 第19页
电子测量原理 第19页 3. 约瑟夫森量子电压基准 ◆ 约瑟夫森电压基准 ➢ 根据约瑟夫森效应： 由稳定的频率（f）—〉确定电压V。 即：通过时间（频率）单位得到量子化电压基准。 量子化电压基准的准确度可接近时间（频率）准确度。 ➢ 国际计量委员会的建议： 从1990年1月1日开始，在世界范围内同时启用了约 瑟夫森电压量子基准（JJAVS，10-10）。并给出 KJ-90=483597.9GHz/V
电子测量原理 3.约瑟夫森量子电压基准 约瑟夫森结阵(JA) 约瑟夫森结产生的量子电压较低(mv级)。 在一个芯片上将成干上万个或更多的约瑟夫森结申联 得到约瑟夫森结阵(JA),可产生1V至10V的电压。 ◆我国的约瑟夫森量子电压基准 由中国计量科学研究院(NIM)量子部建立。 1993年底,1V约瑟夫森结阵电压基准,测量不确定度 达到6×109; 1999年底,10V约瑟夫森结阵电压基准,合成不确定 度为54×109(10)。 应用:对标准电池、固态电压标准的量值传递,高精 度数字多用表等的计量检定,测量不确定度为1E8)。 第20页
电子测量原理 第20页 3. 约瑟夫森量子电压基准 ◆ 约瑟夫森结阵（JJA） ➢ 约瑟夫森结产生的量子电压较低（mv级）。 ➢ 在一个芯片上将成千上万个或更多的约瑟夫森结串联 得到约瑟夫森结阵（JJA），可产生1V至10V的电压 。 ◆ 我国的约瑟夫森量子电压基准 ➢ 由中国计量科学研究院(NIM)量子部建立。 ➢ 1993年底，1V约瑟夫森结阵电压基准，测量不确定度 达到6×10-9 ； ➢ 1999年底，10V约瑟夫森结阵电压基准，合成不确定 度为5.4×10-9 (1σ) 。 ➢ 应用：对标准电池、固态电压标准的量值传递，高精 度数字多用表等的计量检定，测量不确定度为1E-8)