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超导电子器件由于其高的灵敏度常被用于高频低噪声检测技术中,其接近量子极限的噪声性能使它成为射电天文及大气物理研究中分子谱线观测的首选手段。超导隧道结(SIS)器件,由于是用于低噪声小信号的检测,对提供其工作需的偏置电源提出了很高要求,无论是恒压源还是恒流源电路,一定要具有低噪声、高精度、高稳定度等特点。本文设计和制作了超导SIS结器件的偏置源电路,测试了偏置源电路的性能,并成功的将其运用于超导SIS结器件的测量中。
一、超导SIS结偏置源的设计与仿真对于复杂的电子系统设计,首先是要把任务模块化,将每一个模块任务设计成单元电路。根据超导SIS结偏置源的要求,将电路设计为可控的恒压源、恒流源以及提供控制电压的基准电源等模块,再运用EDA软件对每个单元电路进行了仿真修正。
二、超导SIS结偏置源电路的制备与性能指标根据仿真结果搭建了测试电路,对照设计任务对电路的关键点参数进行了测量分析与修正。保证达到设计指标后,对电路进行了制作。设计测试方案,对制作的超导SIS结偏置源电路进行了电压、电流、噪声、稳定度以及测量范围等参数的测量。制作的超导SIS结偏置源电路的测量范围为电压-25 mV~25mV、精度1uV;电流-2.5mA~2.5 mA、精度1uA;电路低频段的噪声电压谱密度10-7V/√Hz等。满足了超导SIS结器件的测量要求。
三、用制备的偏置源电路对超导SIS结器件的测量和电路改进利用制备的偏置源电路为超导Nb/AlO/Nb SIS结进行了测试,利用电路的恒流功能,成功地为超导SIS结提供了恒流偏置,测试了SIS结的伏安特性。利用电路的恒压功能,为超导SIS结提供了恒压偏置,也成功获得了恒压条件下,超导SIS结的伏安特性曲线。
通过对比不同测试条件下超导SIS结的伏安特性,以及相同测试条件下不同超导SIS结的伏安特性的测试结果,对电路系统进行了电路响应速度与范围的改进,进一步提高了超导SIS结偏置源电路性能,满足实验要求。