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Zur Messung von hohen Spannungen im Bereich von 200 kV müssen Spannungsteiler verwendet werden. Sie teilen große Spannungen in kleinere Spannungen auf, die erst dann vermessen werden können. Dabei bestimmt der Teilungsfaktor die Signalgröße und muss durch regelmäßiges Kalibrieren an nationalen Normalen präzise bestimmt werden. Forschern der PTB ist es gelungen einen sich selbst rückführbaren Spannungsteiler zu entwerfen, der flexibel in Prüflaboratorien einsetzbar ist. Der operative und zeitliche Aufwand, der durch den Einbau und Transport zu einem Metrologieeinstitut entsteht, kann durch dieses Verfahren eingespart werden.

Damit Sende- und Empfangsantenne zukünftiger Kommunikationssysteme im mm-Wellen und Terahertzfrequenzbereich miteinander kommunizieren können, müssen sie zielgerichtet auf einander ausgerichtet werden. Das neue Konzept der PTB sieht vor, zwei orthogonal zueinander ausgerichtete Drehfunkfeuer aus der terrestrischen Funknavigation zu kombinieren und für diesen neuen Anwendungsbereich zu miniaturisieren.

Für diese, neue Basistechnologie wird ein Partner für kooperative Forschung und Entwicklung gesucht.

Für vielfältige Anwendungen in der Ansteuerung von z.B. elektrooptischen Geräten wie Diodenlasern oder Pockelszellen werden heutzutage Pulsgeneratoren benutzt, die sehr kurze Pulse (z.B. 10ns) und Spannungen von mehreren 10-100 Volt erzeugen. Deren Wiederholfrequenz ist derzeitig auf einige MHz begrenzt. Die neue PTB-Erfindung erhöht durch einen speziellen Schaltungsaufbau die Pulswiederholrate erheblich: Mehrere identische Pulsgeneratoren werden in einer festen Abfolge periodisch eingesetzt und durch eine separate Einheit angesteuert. Außerdem ist eine Synchronisation auf ein externes Hochfrequenz-Signal möglich, das beliebig wählbar ist und auf die Phasenlage abgestimmt werden kann.

Die verlässliche, quantitative Messung von Ausgasraten von Vakuumkomponenten hat in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen. Mit der neuen Referenzausgasungsprobe der PTB lassen sich solche Ausgasratenmesssysteme kalibrieren und auf ein nationales Normal rückführen. Durch die kompakte Bauweise findet die Referenzausgasungsprobe in vielfältigen Einsatzszenarien Verwendung.

Magnetfeld-Fluktuations-Thermometer (MFFT) sind SQUID-basierte Rauschthermometer die bei tiefen Temperaturen (typisch unterhalb von 5 K) eingesetzt werden. Sie detektieren die Fluktuationen des Magnetfeldes an der Oberfläche eines elektrisch leitenden Körpers („Temperatursensor“), die mit den im Inneren fließenden, thermisch angeregten Strömen verknüpft sind. Durch den neuen, vollständig berechenbaren Sensor ist es erstmals möglich, mit dem pMFFT direkt thermodynamische Temperaturen zu messen, wodurch die sonst nötige Rückführung auf die internationalen Temperaturskalen ITS-90 und PLTS-2000 entfällt.

Vernetzte Messsysteme bestehen aus verschiedenen Komponenten, die über Datenbusse miteinander kommunizieren. Dabei ist es wichtig, dass die Komponenten mit derselben Zeitbasis, in der Regel der Tageszeit arbeiten. Die vorgegebene Zeitgenauigkeit darf die entsprechenden Grenzwerte nicht überschreiten. Zur Charakterisierung der Messsensoren werden üblicherweise Simulatoren eingesetzt, die die Antwortzeiten der an sie angeschlossenen Komponenten messen können. Durch die neue PTB-Vorrichtung kann erstmals die Zeitmessgenauigkeit dieser Simulatoren im Wirkbetrieb auf einfache Weise verifiziert werden, während der Simulator mit einer von ihm zu prüfenden Komponente interagiert.

Graphen wird aufgrund seiner Materialeigenschaften zunehmend in elektrischen Bauteilen verwendet. Bisherige Verfahren ermöglichen nur die Herstellung kleinflächiger Graphen-Lagen, die für die Herstellung von vielen Halbleiterbauelementen aufgrund zu hoher Stufen (mehrere nm) in der Regel nicht geeignet sind (s. Abb. links). In der PTB wurde ein neues Verfahren für einlagiges Graphen entwickelt, welches die Herstellung von großflächigen Graphenstrukturen mit dem Potenzial zur Massenproduktion qualitativ hochwertiger einlagiger Graphen-Schichten ohne störende Stufen ermöglicht.

Nach dem neuen Mess- und Eichgesetz muss die Software in einem Messgerät regelmäßig auf Datenintegrität überprüft werden. PTB Forscher entwickelten für diese Überprüfung ein sicheres Verfahren: Genutzt wird dabei anstatt herkömmlicher Checksummen-Berechnung eine robustere Hash-Überprüfung mittels Seperationskernen. Das garantiert mehr Sicherheit gegen Manipulationen durch intelligente Schadsoftware und spart Platz für das Speichern der Dateisystemstruktur. Für die geplante Überprüfung von Messgeräten über riskante, offene Netzwerke, z.B. über Cloud-Systeme, gewährleistet das neue PTB-Verfahren eine ausreichende Daten-Sicherheit. Umständliche Vorort-Prüfungen könnten somit völlig entfallen.

Die Erfindung betrifft eine Wechselstromquelle mit einem Einzelelektronentunnelbauteil und einer Frequenzquelle, insbesondere einer Spannungsquelle, zum Abgeben einer elektromagnetischen Welle, wobei die Frequenzquelle so mit dem Einzelelektronentunnelbauteil gekoppelt ist, dass das Einzelelektronentunnelbauteil eine elektrische Stromstärke abgibt, der auf eindeutige Weise von einer Frequenz der elektromagnetischen Welle abhängt, und wobei die Frequenzquelle eingerichtet zum Abgeben einer zeitlich auf vorbestimmte Weise variierenden Frequenz, so dass das Einzelelektronentunnelbauteil eine Wechselstromstärke definierter Wechselstromfrequenz abgibt.

Die Erfindung betrifft einen Verstärker zum Verstärken eines elektrischen Stroms von unter 1000 Pikoampere mit: einem Stromeingang, einem Spannungsausgang und zumindest einem ersten Operationsverstärker, der mit dem Stromeingang elektrisch verbunden ist und als Stromverstärker geschaltet ist, einem hochohmigen Gegenkopplungswiderstand, der zwischen einen invertierenden Eingang und einen Ausgang des ersten Operationsverstärkers geschaltet ist, einem zweiten Operationsverstärker, der so hinter den ersten Operationsverstärker geschaltet ist, dass er einen Strom vom ersten Operationsverstärker in eine Spannung wandelt, und einem Zwischen-Widerstand, der zwischen den ersten Operationsverstärker und den zweiten Operationsverstärker geschaltet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Gegenkopplungswiderstand und der Zwischen-Widerstand so ausgebildet sind, dass sich ein Widerstandsverhältnis von elektrischem Widerstand des Gegenkopplungswiderstands zu elektrischem Widerstand des Zwischen-Widerstands bei einer Temperaturänderung von 0,1 K um höchstens das 10^-6-fache ändert.

Rauscharme Vorverstärker werden in allen präzisen Wechselstrombrücken benötigt. Zur Reduktion dieses Rauscheinflusses wurde ein ultra-rauscharmer Vorverstärker

entwickelt. Er zeichnet sich durch die Parallelschaltung mehrerer, selektierter Feldeffekttransistoren am Eingang aus, die geringst mögliche Rauschstrom- und Spannungswerte besitzen. Darüber hinaus ist die Eingangsstufe durch einen Schaltungsaufbau gekennzeichnet, der neben einer stabilen Ruhestromerzeugung der Eingangstransistoren den Drainwiderstand dynamisch derart vergrößert, dass eine optimale Rauschanpassung der Vorstufe an die Hauptstufe erfolgt und somit geringstmögliche Rauschdaten gewährleistet. Das Rückkopplungsnetzwerk stellt eine stabile Verstärkung ein. Dieses neuartige Schaltungskonzept führt zu der bisher nicht erreichten Kombination von einer Eingangsrauschspannung unter 0,5 nV, einem Eingangsrauschstrom unter 5 fA und

einer Eingangsimpedanz von 1 GΩ parallel zu 100 pF (angegeben für eine

Rauschbandbreite von 1 Hz bei 1 kHz Messfrequenz).