Logo PTB

4-Tor-Josephson-Impedanzmessbrücke realisiert

25.11.2014

Eine Josephson-Impedanzmessbrücke, bei der programmierbare Josephson-Schaltungen als Spannungsquellen zum Einsatz kommen, erlaubte bisher die Kalibrierung von Impedanzverhältnissen nur in 2-Tor-Messanordnungen. Gerade für resistive Impedanzen wird aber, genau wie für DC Widerstände, oft eine Kalibrierung der Impedanzen mit einer 4-Tor-Anordnung gefordert.   

Im Rahmen einer Bachelorarbeit ist nun solch eine neue 4-Tor-Anordnung aufgebaut worden. Die Wechselspannungsamplituden von zwei Josephson-Schaltungen werden wie bisher über ihre Josephson-Kontaktanzahl und die Mikrowellenfrequenz variiert, und die Phasenlage der synthetisierten Spannungen wird über eine Verzögerungselektronik mit ps-Auflösung eingestellt. Durch Optimierung der Widerstandswerte R1J,S und R2J,S (siehe Bild, rot) konnte eine Brücke entwickelt werden, bei der das Öffnen der Schalter 1-3 (im Bild blau) keinen Einfluss auf den Brückenabgleich hat. Damit ist die Definitionsbedingung für eine 4-Tor-Messung erfüllt. Ein Abgleich der Josephson-Impedanzmessbrücke bei hohen Frequenzen ermöglicht es dann, innerhalb von etwa 60 Minuten halbautomatische Messungen über einen Frequenzbereich von  25 Hz bis 10 kHz durchzuführen, wobei eine relative Messunsicherheit von weniger als 10-7 erreicht wird.

 

 

Bild 1: Schematischer Aufbau der 4-Tor-Josephson-Impedanzmessbrücke.

 

 

Ansprechpartner: R. Behr
Fachbereich 2.6: Elektrische Quantenmetrologie