直流電壓標準

直流電壓標準


電壓和電阻是電磁學中的兩個基本量。

電壓基準和電阻基準——〉其他電磁量基準。
電壓標準有：
  標準電池（實物基準， 10-6）；
  齊納管電壓標準 （固態標準， 10-6）；
約瑟夫森量子電壓基準 （量子化自然基準，10-10）。
電阻標準有：
精密線繞電阻（實物標準）；
  霍爾電阻基準（量子化自然基準，10-9）。

直流電壓標準
1. 標準電池
原理：利用化學反應產生穩定可靠的電動勢 （1.01860V）。有飽和型和不飽和型兩種類型。

飽和型特點：電動勢非常穩定（年穩定性可小于0.5μV，相當于5×10-7），但溫度系數較大（約－40μV/℃）。用于計量部門恒溫條件下的電壓標準器。

不飽和型特點：溫度系數很小（約－4μV/℃），但穩定性較差。用于一般工作量具，如實驗室中常用的便攜式電位差計。
使用中應注意：

1）不能傾倒；不能震動、沖擊（不易運輸）。

2）溫度修正（特別是對飽和型）。

3）標準電池存在內阻，儀表輸入電阻應較大


2. 齊納管電壓標準原理利用齊納二極管的穩壓特性制作的電子式電壓標準（也稱為固態電壓標準）。 ?齊納管的穩壓特性仍然存在受溫度漂移的影響，采用高穩定電源和內部恒溫控制電路可使其溫度系數非常小 。 將齊納管與恒溫控制電路集成在一起的精密電壓基準源，如LM199/299/399、REF系列。

3. 約瑟夫森量子電壓基準 原理 基于約瑟夫森（Josephson）效應的量子電壓基準 約瑟夫森效應約瑟夫森隧道結：在兩塊相互隔開（約10埃的絕緣層）的超導體之間，由于量子隧道效應，超導電流（約mA量級）可以穿透該絕緣層，使兩塊超導體之間存在微弱耦合，這種超導體-絕緣體-超導體（SIS）結構稱為約瑟夫森隧道結。
約瑟夫森效應：當在約瑟夫森結兩邊加上電壓V時，將得到穿透絕緣層的超導電流，這是一種交變電流，這種現象稱為交流約瑟夫森效應。

好像沒講完，我來補充些。

標準電池是分級別的，市場上能買到的有0.01級、0.005級，需要定做的是更高級的、成組的、溫控的。我國電動勢國家副基準就是由一組飽和電池保持的，年變化<0.15uV（1.5E-7）。

齊納管一般都是深埋的7V左右的，而且一般具有內部溫度補償。帶隙的1.23V根本算不上基準，因為噪音太大。
有的內部帶有恒溫比如LM199/LM299/LM399但這種穩定性不高，原因是恒溫溫度不可調因此選的比較高，影響穩定度。
有的內部帶有升壓比如REF系列，但這種穩定性也不高，原因是內部分壓電阻不可能做的很好。
目前可以作為基準用的有兩種，一個是Motorola SZA 263或者Linear LTFLU-1，用在Fluke 732A/732B/734A/5100/5440/5700A/5720A里，是所謂的參考放大器（RefAmp），是一個齊納管串聯一個三極管封裝在4腳金屬殼里，外部恒溫。另一個是Linear的LTZ1000，用在Datron/Wavetek 4910/1281和Fluke 8508A/7001N里，所謂超級穩壓IC，內部帶有恒溫基本電路，各參數靈活可調。這兩個IC的年穩定度典型值都在1ppm附近。

現在固態電壓基準的產品都是10V的（為主輸出），最常見的是Fluke 732B，指標2ppm/年。但這個用電阻分壓/升壓的基準很難保證這個指標。我手里有4個連號的732B，其中兩個穩定性超過8ppm/年。
其實我最看好的是Datron 4910，用的是數字的PWM法升壓，本質上克服了老化問題，盡管指標為1.5ppm但實際上更高。這個基準的問題是4個基準不完全獨立，體積重量過大，不便于現在MAP的應用。
Fluke另有一款買Wavetek技術但仍然在生產的7000系列基準，指標1.8ppm/年也很高，獨立、小體積，用“統計電阻”法進行升壓也應該不錯，但不知道為什么不太流行。

至于約瑟夫森量子電壓基準，理論上屬于自然基準沒有復現誤差，但實際上由于有熱電勢、頻率誤差、比對誤差，尤其是有誰也搞不明白的偶然隨即不確定性，因此實際上不確定度要比10-10差了不少。我手里有本培訓材料分析后擴展不確定度（k=3）為1.5E-8。國內兩個不同瑟夫森基準之間的對比不一致性也是這個量級的。

看這個203所自己公開的照片，右邊大圓桶就是約瑟夫森量子電壓基準的主要部分，中間柜子里上面第一層是Agilent 3458A八位半萬用表，第3層就是幾個Wavetek/Fluke 7001N固態基準和一個掃描器，第5層是Date Proof DP320A多路程控低熱電勢開關，第6層是Fluke 734A固態電壓基準（4個732B）。

[ 本帖最后由 lymex 于 2007-9-16 15:42 編輯 ]