[实用新型]一种串联约瑟夫森结的直流电流电压特性模拟电路

说明书

本实用新型公开了一种串联约瑟夫森结的直流电流电压特性模拟电路，通过该模拟电路对输入的外置偏置电流进行采样并转换为电压，通过控制模块对该电压进行计算，得到所述电位器模块的输出电阻的阻值，使得该阻值符合串联约瑟夫森结一阶夏皮罗台阶和过渡过程的电流电压特性，通过所述继电器模块选择闭合通道实现零阶夏皮罗台阶输出，生成基准电压。利用本实用新型的模拟电路实现约瑟夫森结的直流电流电压特性，该电路结构简单易实现，并且降低了研发成本。

技术领域

本实用新型涉及计量测试仪表技术领域，尤其涉及一种串联约瑟夫森结的直流电流电压特性模拟电路。

背景技术

约瑟夫森效应是一种量子效应。约瑟夫森结是根据约瑟夫森效应设计制作的超导体量子器件，在一个芯片上制作数个到数万个串连在一起的约瑟夫森结，即构成了约瑟夫森结阵。约瑟夫森结阵列在适当的直流偏置条件下提供准确的电压输出。自1990年1月1日以来，国际上就统一使用约瑟夫森效应原理来复现国际单位制的电压单位，以保证国际范围内溯源性的一致，此电压基准应用于需要进行精确计量的科学研究和工程中。目前大部分的可编程约瑟夫森电压基准系统，都是利用约瑟夫森效应的直流电压特性中的夏皮罗零阶和一阶台阶，来产生可编程的基准电压。由于约瑟夫森结制备困难，并且约瑟夫森结阵芯片必须放在杜瓦瓶中，每次工作时都需充入液氦制冷至极低温度，运行成本高、操作复杂。高校等教学单位一般没有条件采购和操作真正的约瑟夫森电压基准，以开展教学和培训工作。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种串联约瑟夫森结的直流电流电压特性模拟电路，通过模拟电路实现约瑟夫森结的直流电流电压特性，该电路结构简单易实现，并且降低了研发成本。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种串联约瑟夫森结的直流电流电压特性模拟电路，所述电路包括偏置电流输入端子、电流采样模块、控制模块、继电器模块、电位器模块和一对电压输出端子，其中所述偏置电流输入端子将外接的偏置电流输入至所述电流采样模块，所述电流采样模块采样所述偏置电流将其转化为电压信号，并将所述电压信号输入至所述控制模块，所述控制模块接收所述电压信号，并输出通道控制信号至所述继电器模块，以及输出滑动控制信号至所述电位器模块，所述偏置电流流经所述电流采样模块、所述继电器模块和所述电位器模块所构成的闭合回路，所述电压输出端子输出基准电压。

优选的，所述控制模块的通道控制输出端与所述继电器模块的通道控制输入端连接，所述控制模块的滑动控制输出端与所述电位器模块的滑动控制输入端相连接，所述电流采样模块的电流输出端与所述继电器模块的公共端连接，所述电位器模块的中间抽头端和低端抽头端分别与所述继电器开关模块的第一选择端和第二选择端连接，所述电流采样模块的电流输入端与所述电压输出端子的高端连接，所述第二选择端的电流输出端与所述电压输出端子的低端连接。

优选的，所述控制模块包括一微控制器，该微控制器是具有单极性模数转换器的混合信号微控制器。

优选的，所述电流采样模块包括采样电阻、差动放大器和运算放大器，其中，

所述采样电阻连接所述偏置电流输入端子与电压输出端子的高端、所述继电器模块的公共端；

所述差动放大器的输入端连接至所述采样电阻的两端，所述差动放大器的输出端连接至所述运算放大器的输入端；

所述运算放大器的输出端连接至所述控制模块；

所述差动放大器包括增益电阻；

所述运算放大器和第一电阻、第二电阻以及第三电阻构成同相比例放大电路。

优选的，所述电流采样模块还包括参考电压器、同相加法器和电压跟随器，其中，

所述运算放大器的输出端和参考电压器的输出端均与所述同相加法器的输入端相连接；

所述同相加法器的输出端连接至所述电压跟随器的输入端；