10V Josephson eklem dizisi gerilim standardı için yapımı gerçekleştirilen akım kaynağı

Abstract

10V JOSEPHSON EKLEM DİZİSİ GERİLİM STANDARDI İÇİN YAPIMI GERÇEKLEŞTİRİLEN AKIM KAYNAĞI Özlem YILMAZ Anahtar Kelimeler: Josephson Eklem Dizisi Gerilim Standardı, Josephson Gerilim Adımı, Akım Kaynağı, Mikrodenetleyici, Sayısal-Analog Çevirici, Üçgen Dalga. Özet: Metroloji ölçüm bilimi olup, ölçüm ile ilgili her tür tasarım, kalibrasyon, test sonuçların analizi metroloji içinde yer alan faaliyetlerdendir. Uluslararası Birimler Sistemi-SI, değişmez ve sabit birimlere duyulan ihtiyacı karşılayarak, temel oluşturmak üzere oluşturulmuş bir sistemdir. SI sistemi içinde önemli ve çok kullanılan elektriksel birimlerinden biri de, gerilim birimi olan `Volf'tur. SI Volt, amper ve mekaniksel birim olan watt üzerinden tanımlanmaktadır. Ancak, son yıllarda, gerilim birimi, frekans-gerilim çevirici olarak tanımlanabilen süperiletken Josephson eklemi ile elde edilmektedir. Josephson eklem dizisi gerilim standartları bugün birincil seviyede gerilim standardı olarak kabul görmekte ve kullanılmaktadır. Bu çalışmada, ulusal birimlerin oluşturulması ve muhafazası ile görevli TÜBİTAK Ulusal Metroloji Enstitüsü'nde gerilim birimi `Volf'un gerçekleştirilmesinde kullanılan 10V Josephson Eklem Dizisi Gerilim Standardının (JEDGS) çalışma prensibi ve standardın temel bölümleri tanıtıldıktan sonra, sistemin yarı otomatik hale getirilmesi ve josephson gerilim adımları üzerindeki gürültünün düşürülmesi amacıyla yapımı gerçekleştirilen akım kaynağı anlatılmaktadır. İstenilen josephson gerilim adımının elde edilmesi için çalışma noktasını belirleyen akım kaynağı, josephson eklem dizisine, ±10V aralığında DC ofset ve josephson gerilim adımının osiloskop ile gözlenebilmesi için genliği ayarlanabilir üçgen akım sağlamaktadır. Bu amaçla tasarlanan akım kaynağının, ±10V aralığında çalışan genliği ayarlanabilir DC ofset bölümü, gürültünün minumum'a indirilmesi ve bilgisayar ile kontrol olanağının sağlanması amacıyla, 8032 mikrodenetleyici tabanlı bir program geliştirme kartı ile sürülen, 20 bitlik Sayısal/ Analog Dönüştürücü (DAC- Digital/Analog Converter) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Akım kaynağının üçgen akım bölümü ise mikrodenetleyici+DAC+kapasite sistemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. 111

THE CURRENT SOURCE WHICH IS DEVELOPED FOR THE 10V JOSEPHSON ARRAY VOLTAGE STANDARD Özlem YILMAZ Key words: Josephson Array Voltage Standard, Josephson Voltage Step, Current Source, Microcontroller, Digital to Analog Converter, Triangle Wave. Abstract: Metrology is the science of measurement. Everything related to measurement such as designing, calibration, analyzing the results of a test exists within the metrology realm. The International System of Units, abbreviated SI, has been developed to meet the need in order to have a uniform and consistent set of units. One of the most important and widely used of these units is the Volt. SI Volt is defined in terms of Ampere and Watt, which is mechanical unit. Recently, the Volt has been realized by superconducting Josephson Junction which can be defined as a frequency to voltage converter. Josephson Junction Array Voltage Standards are used as primary voltage standards. The theory of 1 OV Josephson Array Voltage Standard which is used for realization of the voltage unit `Volt` in TÜBİTAK Ulusal Metroloji Enstitüsü-UME (National Metrology Institute) which is responsible for establishment and maintenance of national units, the main parts of the standard and operating principal are described, furthermore, the current source which is developed for controlling the system semi- automatically and for decreasing the noise exists on the voltage steps, is described. The current source, which determines the working point for obtaining the desired Josephson voltage step is supplying the DC offset between -10V and 10V and a triangle current having a adjustable amplitude and frequency to obtain the Josephson voltage step with an oscilloscope. DC offset part of the designed current source which is adjustable between -10V and 10V is maintained by using 20 bit Digital/ Analog Converter (DAC) which is driven with a 8032 microcontroller based program development card. On the other hand, the triangle current part of the current source is maintained by using microcontroller+DAC+capacitor system. IV