交流约瑟夫森电压标准系统的介绍
交流直流电压AC
2. 齐纳管电压标准
原理 利用齐纳二极管的稳压特性制作的电子式电压标准（也称 为固态电压标准）。
齐纳管的稳压特性仍然存在受温度漂移的影响，采用高稳 定电源和内部恒温控制电路可使其温度系数非常小 。
将齐纳管与恒温控制电路集成在一起的精密电压基准源， 如LM199/299/399、REF系列。
5.2 电压标准
5.2.1 直流电压标准
电压和电阻是电磁学中的两个基本量。 电压基准和电阻基准——〉其他电磁量基准。 电压标准有：
1)标准电池（实物基准， 10-7）； 2)齐纳管电压标准 （固态标准， 10-6）； 3)约瑟夫森量子电压基准 （量子化自然基准，10-10）。 电阻标准有： 1)精密线绕电阻（实物标准）； 2)霍尔电阻基准（量子化自然基准，10-9）。
6
5.1.2 电压测量的方法和分类
4）基于采样的交流电压测量方法
交流电压--〉A/D转换器--〉瞬时采样值u(k) --〉计算， 如有效值
V
1
N
u2 (k )
N k 1
式中，N为u(t)的一个周期内的采样点数。
5）示波测量方法
交流电压--〉模拟或数字示波器--〉显示波形--〉读出结 果
7
The End
1
二、电压测量的特点
1.频率范围广：零频（直流）～109Hz 低频：1MHz以下；高频（射频）：1MHz以上。
2.测量范围宽 微弱信号:心电医学信号、地震波等,纳伏级（10-9V）； 超高压信号：电力系统中，数百千伏。
3.电压波形的多样化 电压信号波形是被测量信息的载体。 各种波形：纯正弦波、失真的正弦波，方波，三角波，梯 形波；随机噪声。
13
5.2.2 高频电压标准
约瑟夫森结的原理和应用
约瑟夫森结的原理和应用1. 约瑟夫森结的原理约瑟夫森结(Josephson junction)是一种在超导体中产生和探测微小电流的装置。
它是由两个超导体之间插入一层非超导体材料而形成的。
当约瑟夫森结被置于超导电路中时，它可以表现出一些非常有趣和重要的物理现象。
约瑟夫森结的原理可以通过基本的超导电子理论解释。
超导电子在超导体中组成了配对的库珀对，这些电子对可以通过库伯对隧穿到另一边。
当约瑟夫森结中施加电压时，这些电子可以通过约瑟夫森结的非超导层隧穿，并在超导电路中形成一个电流环。
2. 约瑟夫森结的应用约瑟夫森结在许多领域中都有着广泛的应用。
以下是约瑟夫森结的一些主要应用：2.1 量子比特约瑟夫森结可以用作量子比特的基础。
量子比特是量子计算中的基本单位，类似于经典计算机中的比特。
通过控制约瑟夫森结的电流量和相位，可以实现量子比特的操作和控制，从而实现量子计算。
2.2 交流电压标准约瑟夫森结可以用作交流电压标准。
由于约瑟夫森结对电压的依赖关系很好地满足了量子效应的精确性要求，因此可以将其作为电压的参考标准。
这使得约瑟夫森结在科学研究和工程应用中具有重要的意义。
2.3 超导量子干涉仪约瑟夫森结也可以被用作超导量子干涉仪的关键元件。
超导量子干涉仪是一种利用超导电子的量子干涉效应来测量微小物理量的装置。
通过控制约瑟夫森结的相位，可以改变干涉图样，从而实现高精度的物理量测量。
2.4 单光子检测器约瑟夫森结还被广泛应用于单光子检测器中。
单光子检测器是一种用于探测光子的装置，可以实现高灵敏度和高时间分辨率。
约瑟夫森结的超导性和量子隧穿效应使其成为实现单光子检测器的理想选择。
2.5 量子隧穿器件除了以上应用外，约瑟夫森结还可以应用于量子逻辑门和量子隧穿器件的制备。
量子逻辑门是实现量子计算中的逻辑操作的元件，而量子隧穿器件是利用量子隧穿效应来控制和操纵量子态的装置。
约瑟夫森结在这些应用中具有重要的角色。
3. 总结约瑟夫森结作为一种特殊的超导电子装置，在量子计算、交流电压标准、量子干涉仪、单光子检测器以及量子隧穿器件等领域中有着重要的应用。
基于约瑟夫森效应的交流电压标准研究_朱珠
［ 2］ Ralf Behr． Synthesis of Precision Waveforms Using a SINIS Josephson Junction Array ［ J］ ． IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement， 2005 ， 54 （ 2 ） ． ［ 3］ Samuel P． Benz． Pulse － Driven Josephson Digital / Analog Converter ［ J］ ． IEEE Transactions on Applied Superconductivity， 1998 ， 8 （ 2） ． ［ 4］ Clark A． Hamilton． AC Josephson Voltage Standard： Progress Report ［ J］ ． IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement， 1997 ， 46 （ 2 ） ． ［ 5］ Charles J． Burroughs，AC Josephson Voltage Standard Error Measurements and Analysis ［J］ ． IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement， 2003 ， 52 （ 2） ． ［ 6］ C． A． Hamilton． Josephson D / A Converter with Fundamental Accuracy ［ J］ ． IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement， 1995 ， 44 （ 2 ） ． ［ 7］ S． P． Benz，P． D． Dresselhaus，C． J． Burroughs et al． Precision measurements using a 300 mV Josephson arbitrary waveform synthesizer ［ J］ ． IEEE Trans． Appl． Supercond． ， 2007． ［ 8］ J． M． Williams，D． Henderson，P． Patel et al． Achieving sub － 100 － ns switching of programmable Josephson arrays ［J］ ． IEEE Trans． Instrum． Meas． ，2007 ，56 （ 2 ） ： 651 ～ 654． ［ 9］ L． Palafox，G． Ramm，R． Behr et al． Primary ac power standard based on programmable Josephson junction arrays ［ J］ ． IEEE Trans． Instrum． Meas． ， 2007 ， 56 （ 2 ） ： 534 ～ 537． ［ 10］ C． J． Burroughs，P． D． Dresselhaus，et al． Design of the NIST 10V programmable Josephson voltage standard system ［ C］ ． Conf． Digest CPEM2010 ， 2010．
SQUID(超导量子干涉仪)
x y
Supercon.2 Ψ2
2qB0 d
z
y )(d t 2a)
2qB0 d y) I c sin qB0 dLy sin(2 1 )
Isolator
dx
Ly
2 Ly 2
dy jc sin(2 1
qB0 dLy
sin(2 1 ) 1 I达到极值,
超导中的磁通量子化
超导体内js=0， Cooper对波函数相位满足
1 2m 2eA [ js 2eA] ns e
取一个回路，作环路积分
.dl
2e
A.dl
2e
B
黄昆《固体物理学》
超导中没有磁场，这就是通过环孔 的磁通量，左端为一周的相位增加， 为使波函数回到同一点不会发生实 质变化于是 B 2n
ns 2 ei2代入，经处理得
j 2q
ns1 4qk ns1 ns 2 sin(2 1 ) jc sin t
在外加电压为零时，有一超导电流，其数 值由位相差决定。 V
交流约瑟夫森效应
Supercon.1 Supercon.2
Ψ1
Ψ2
若在结的两侧加上电压，则方程变为 1 i qV 1 k 2 t
c
b
A.dl J .dl
b
c
2 d c 2 0
代入并整理后得
d
c
A.dl
2 a d 0
a
d
A.dl J .dl
d
a
2 1 2n
i 2 I C cos(
0
各国电压标准
各国电压标准电压标准是指在不同国家和地区，用于供电系统的电压参数规定。
各国电压标准的差异主要是由于历史、经济、技术等方面的原因，而这些差异也给国际贸易和旅行带来了一定的不便。
因此，了解各国电压标准对于国际贸易和旅行者来说是非常重要的。
在国际上，电压标准主要分为两种，交流电压标准和直流电压标准。
交流电压标准是指供电系统中交流电的电压参数，而直流电压标准则是指直流电的电压参数。
接下来，我们将分别介绍一些主要国家和地区的电压标准。
欧洲地区的电压标准主要分为220V和230V两种，其中西欧国家多数采用230V的标准，而东欧国家多数采用220V的标准。
此外，英国和爱尔兰地区采用的是230V的标准。
而在北美地区，美国和加拿大采用的是120V的标准，墨西哥则采用127V的标准。
亚洲地区的电压标准也存在一定的差异。
日本采用的是100V的标准，中国大陆地区采用的是220V的标准，而中国香港地区则采用的是200V的标准。
另外，印度采用的是230V的标准，韩国采用的是220V的标准。
在南美洲地区，巴西采用的是127V和220V两种标准，而阿根廷采用的是220V的标准。
而在非洲地区，南非采用的是230V的标准，埃及采用的是220V的标准。
除了上述国家和地区之外，还有一些国家和地区采用了其他特殊的电压标准。
例如，澳大利亚采用的是230V的标准，新西兰采用的是230V的标准，巴基斯坦采用的是230V的标准，俄罗斯采用的是220V的标准。
总的来说，各国电压标准的差异主要是由于历史、技术和经济等方面的原因所致。
了解各国电压标准对于国际贸易和旅行者来说是非常重要的，可以帮助他们更好地使用电器设备，并避免因电压不匹配而造成的损坏。
希望本文所述内容能够对读者有所帮助，谢谢阅读！。
约瑟夫森效应
5
6
自由电子经由间接的吸引力结合成库珀电子 对，库珀电子对互相也随着晶格振动产生的 正负电荷区间依序移动，彼此不在碰撞，也 就没有电阻的产生。
7
8
BCS理论可以得到磁通量子化的结论，即磁通 量子的电荷有效单位是2e而不是e。 由于BCS基态涉及的是库珀电子对，所以磁通 量子化中的电子对电荷2e是BCS理论的一个推论 。
15
图3-3 Sn-SnOx-Sn结构的电流和电压关系
3.3 直流约瑟夫森效应
图3-4 Sn-SnOx-Sn结的约瑟夫森电流和磁场的关系
16
3.3 交流约瑟夫森效应
U i
超导体
i
超导体
薄绝缘势垒
17
3.3 交流约瑟夫森效应
I
V
18
19
The End
19
BCS理论是第一个成功地解释了超导现象的微 观理论，也是目前唯一成功的超导微观理论。 后来，虽然又有了一些形式上的发展和完善， 但基本思想和物理图像则没有更大的改变。
9
3. 约瑟夫森效应
在两片超导中间夹 入一片薄薄的绝缘体， 在没有外加电压的情 况下，仍会有直流电 流通过绝缘体。
如果在超导体两端施上 一固定电压，则居然会出 现交流电流；我们可以从 交流电的频率得到非常准 确的物理常数。
10
3.1 电子隧道效应
在经典力学中，若两个空间区域被一个势垒分隔开，则只有粒子具有足够的能 量越过势垒时，它才会从一个空间进入另一个空间区域中去。 在量子力学中，一个能量不大的粒子也可能以一定的几率“穿过”势垒，这就 是所谓的隧道效应。 i 绝缘体通常阻挡从一种金属流 向另一种金属的传导电子。如果 阻挡层足够薄，则由于隧道效应 ，电子具有相当大几率穿越绝缘 层。
利用约瑟夫森电压标准装置测量直流电阻分压箱
ｕｅＪｓｐ ｓｎｖｌ ｇ ｔ ｄｒ Ｊ Ｓ ｏｄｒｃｌ ｍ ａｕｅｔ ｏｖｌ ｇ ｓａｄｃｌｕａ ｄｔｅ ｔ ．Ｉ ｓ ｏｅｈ ｏ ｏ ａｅｓ ｎ ａｄ（Ｖ ）ｔ ｉ ｔ ｅｓｒ ｅｔ ｏｔ ｅ ｎ ａ ｌ ｅ ｈ ｉ ｒ ｉ ｔ ｔ ａ ｅ ｙ ｈ ｗ ａ ｃ ｔ ｒ ａｏ源自 分压箱分压 比
Ｍ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔｏ ｃ Ｒｅ ｉｔ ｎ ｅ Ｖｏ ｔ ｇ ｖ ｄ ｒ ｗｉｈ ａｕ ｅ ｎ ｆｄ ｓｓ ａ ｃ ｌａ ｅ Ｄｉ ｉ ｅ ｔ
Ｊ ｓ ｐ ｓ ｎ Ｖｏｔ ｇ ｔ ｎ ａ ｄ ｏ ｅ ｈ ｏ ｌ ｅＳ ｄ ｒ ａ ａ
ＹＡＮ ｎ Ｍｉ ｇ
ｃｐｅ ｏ Ｖ ｎ ｃ ｒｓ ｔｎ ｅｖ ｌ ｇ ｉｉｅ ｎ ｈ ｅ ｈ ｏｏ ｙｏ ａ ｕｉｇ ｖ ｌ ｇ ａｉ ｒｅａｓ ｎ ｉｌ ｆ Ｓ ａ ｄ ｄ ｅｉ ａ ｃ ｏｔ ｅ ｄｖｄ ｒａ ｄ ｔｅｔｃ ｎ ｌｇ ｆｍｅ ｓ ｒ ｏｔ ｅ ｒｔ Ｊ ｓ ａ ｎ ａ ｏ，ａ ｌ ｉ— ｏ ｔ ｄ ｃ ｄ ｈ ｒ． Ｊ ａ ａ ｕｅ １ ｏ ａ ｅ ａ ｄ １ ｏｔｇ ｏ ｔ ｕ ｕ ｌ． Ｗ ｉ ｏ ｄ ｄ ｓｇ ｆ ｔｓｉｇ ｒ ｕ ｅ ｅｅ ＶＳ ｃ ｎ ｍｅ ｓ ｒ ０ ｖ ｈ ｇ ｎ ｖ ｌ ｅ ｃ ｎｉ ｏ ｓ ｏ ａ ｎ ｙ ｔ ｇ ｏ ｅｉｎ ｏ ｅｔ ｈ ｎ
方法和步骤 ， 消除了以往测量方法 中引线和其他测试设备 以及电阻温度漂 移的干扰 ， 能够更加准确地测量 出分压箱
的分压 比和线性度等指标 ， 当测量分压箱 比率为 １： 和 １０１ ， ０１ ０ ： 时 测量的不确定度可分别达到 １ １ 和 ３×１ ～。 ×０ ０
关 键 词 约瑟夫森 电压标准
２１ ０ ０年 ８月
宇航 计 测 技 术
基于约瑟夫森效应的交流电压标准研究
１ 引 言
处 于超 导状 态 下 的约 瑟 夫森 结 在微 波辐 照 下 ，
随着科 学 技 术 的 日益 发 展 ， 约瑟 夫 森结 阵 的研 究 得 到长足 发展 ， 加工 工艺 也越来 越成 熟 ， 响应 速 其 度 快 ， 阶电压 宽 ， 能稳 定 可 靠 ， 量 子交 流 电压 台 性 为 标 准 的研究 奠 定 了基 础 。 国际上开 始研究 用约 瑟夫 森效 应直 接复 现交 流 电压 ， 建立 量子 交流 电压标 准 ， 现 已取得 了很 大 进 展 。 目前 ， 国正 在 开 展 约森 夫 我
－
３・ ２
宇航 计 测技 术
２ １ 波 形合成 法 ．
利用 波形合 成法 来实 现约瑟 夫森 交流 电压标 准 所使 用 的超导结 为 二 进 制约 瑟 夫 森结 阵 ， 即各 段 结
阵 的单结 数 量 按 二 进 制 的排 列 为 １ ２ ） １ ２ ） ２ （ 。 ， （ 。 ，
（ ，（ ，（ ， ，Ⅳ ２ ） 阵 列 中共 有 ２ ２）４ ２ ）８ ２ ） … ２．（ ，
ＺＨＵ ｕ ＫＡＮＧ ｎ Ｗ ＡＮＧ ＨＵ ．ｅ Ｚｈ Ｙａ Ｌｕ Ｙｉｆｉ
（ ｅ ｉｇＩｓ ｔ ｅｏ ａｉ Ｍｅ ｏ ｇ ｎ ａｕｅ ｅ ｔ Ｂ ｉｎ ００ ９ Ｂ ｒｎ ｔｕ ｆ ｄｏ ｔ ｌ ｙａｄＭｅｓｒｍ ｎ ， ｅ ｉ １０ ３ ） ｎ ｉｔ Ｒ ｒｏ ｊｇ
文章编 号 ：００ ７０ （０ ２ ３ ０ ３ — ４ １０ — ２ ２ ２ １ ）０ — ０ １ ０
中图分类号 ： Ｍ ３ ． １ Ｔ ９ ３ ２
文献标识码 ： Ａ
基 于 约 瑟 夫 森 效 应 的 交 流 电压 标 准 研 究
朱 珠 康 焱 王 路 胡毅 飞
英国标准电压
英国标准电压
英国标准电压是230伏特，是英国家庭使用电力的基本系统。
它的正式标准名称是“家用交流电的电压律”，简称BS 1363。
它的官方分类是HV-EL 5 类。
根据法律规定，英国所有家庭使用电力的设备都必须遵守这一标准。
如果设备不符合这一标准，它将不能正常工作，甚至可能发生火灾，因此有必要提高使用这一标准的认识，防止意外发生。
英国标准电压是230伏特，它是一种家庭使用电力的系统，主要指交流电压，并且最突出的特点就是电压稳定，其电压范围在220V-235V之间，其中230V是它的标准电压，因此常被称为“英国标准电压”。
英国的电压调节是在家中进行的，而不是在电力厂。
另外，英国标准电压还包括电压等级、电流、频率等。
首先，电压等级与接口尺寸有关，允许在220V-235V电压范围内使用；其次，电流最高为16A；再次，电频率规定为50hz,和国际一致。
最后，要注意的是，即使是符合英国标准的电子产品，如果它们在任何一个不合格的用电环境中使用，都会损坏电子产品，因此，在使用这类产品时，一定要注意它的安全参数，使用的条件允许的范围之内，才是正确的。
总之，英国标准电压对我们的日常生活有着重要的作用，我们应该积极采取一些措施，加强我们对电压等级、电流、频率等的认知，避免因为不熟悉英国标准而造成的意外损害。
约瑟夫森效应_实验报告
一、实验目的1. 了解约瑟夫森效应的基本原理。
2. 观察并测量约瑟夫森效应现象。
3. 分析约瑟夫森效应的电流-电压关系。
二、实验原理约瑟夫森效应是指当两个超导体之间被一个极薄的绝缘层隔开时，在超导状态下，电流可以无损耗地通过这个绝缘层。
这一现象是由英国物理学家布赖恩·约瑟夫森在1962年提出的。
约瑟夫森效应是宏观量子效应的一种体现，其基本原理可以由以下方程式描述：\[ I = \frac{2e}{h} \frac{V}{2\pi} \]其中，\( I \) 是流过约瑟夫森结的电流，\( e \) 是电子电荷，\( h \) 是普朗克常数，\( V \) 是约瑟夫森结两端的电压差。
三、实验仪器与材料1. 约瑟夫森结2. 电流计3. 电压源4. 数字示波器5. 低温设备6. 超导材料7. 绝缘层四、实验步骤1. 准备实验装置，包括搭建低温环境，确保约瑟夫森结处于超导状态。
2. 使用电压源对约瑟夫森结施加直流电压，调整电压大小，观察电流计的读数。
3. 利用数字示波器记录不同电压下的电流波形。
4. 改变电压源，重复步骤2和3，得到一系列的电流-电压数据。
5. 分析数据，绘制电流-电压曲线，并拟合出约瑟夫森效应的电流-电压关系。
五、实验结果与分析1. 实验中观察到，当电压低于某一临界值时，电流几乎为零；当电压超过临界值时，电流随电压的增大而线性增加。
2. 根据实验数据，绘制了电流-电压曲线，并与理论公式进行了比较。
结果显示，实验结果与理论预测吻合较好。
3. 通过拟合电流-电压曲线，得到了约瑟夫森效应的临界电流值和比例常数。
六、实验结论1. 通过实验验证了约瑟夫森效应的存在，并观察到了其电流-电压关系。
2. 实验结果与理论预测相符，进一步证实了约瑟夫森效应的宏观量子特性。
3. 约瑟夫森效应在量子技术、超导电子学等领域具有广泛的应用前景。
七、实验讨论1. 实验过程中，低温设备的稳定性对实验结果有较大影响。
关于对消法测定电池电动势实验中标准电池的讨论
大 学 化 学Univ. Chem. 2022, 37 (6), 2108030 (1 of 6)收稿：2021-08-13；录用：2021-10-11；网络发表：2021-12-01*通讯作者：基金资助：教育部高等学校化学类专业教学指导委员会教学研究与实践项目(H20210602，H20210603)；2019年陕西省线下一流本科课程建设项目(物理化学)；西北大学首批课程思政建设专项优秀教学团队“三寓三式”课程思政化学教育团队(xm05201461)•师生笔谈• doi: 10.3866/PKU.DXHX202108030 关于对消法测定电池电动势实验中标准电池的讨论郭慧林*，许文华西北大学化学与材料科学学院，西安 710127摘要：韦斯顿标准电池，作为很长时间里的国际电压标准，为电化学的发展做出了很大贡献。
大学物理化学的常见实验“对消法测定电池电动势”即采用了标准电池。
然而目前物理化学教材中关于标准电池的内容较为简单，且学生容易将汞齐电极与一般金属电极混淆。
本文从标准电池的表达式、电极反应与电池反应出发，利用能斯特方程分析了影响电池电动势的主要因素，讨论了电解质不饱和与饱和时电动势的可逆性、负极标准电极电势的内涵，并结合电池温度系数讨论了电池电动势的稳定性，探讨了对消法实验中标准电池的选择对测量结果的影响。
讨论结果弥补了教材和教学中存在的不足，可为同行教学与学生学习提供一定参考。
关键词：标准电池；韦斯顿电池；电动势；汞齐电极；标准电极电势中图分类号：G64；O6Discussion on Standard Cells during the Measurement of Cell Potential Using the Compensation MethodHuilin Guo *, Wenhua XuCollege of Chemistry and Materials Science, Northwest University, Xi’an 710127, China.Abstract: As the voltage standard used for a very long time, Weston standard cells have made great contributions to electrochemistry. They also appear in the college-level physical chemistry experiment “Reversible cell potential measurement of electrochemical cells using the compensation method”. However, the content on standard cells in physical chemistry textbooks is relatively brief and students are prone to confusing amalgam and metal electrodes. Several aspects of standard cells are presented in this paper. The reactions occurring at the negative and positive electrode, as well as the overall reaction, the factors influencing the reversible cell potential have been analyzed using the Nernst equation. The stability of the reversible cell potential has been discussed in terms of the cell temperature coefficient. Moreover, the reversibility and role of amalgam electrodes have been clarified. The effect of the selection of standard cells on the measurement results has also been discussed. These make up for the shortcomings in teaching and teaching materials, and may provide reference for both peer teaching and student learning.Key Words: Standard cells; Weston cells; Reversible cell potential; Amalgam electrodes;Standard electrode potential采用对消法测定电池电动势时，除电位差计之外，还需要一个电动势已知且稳定不变的标准电池——韦斯顿电池。
约瑟夫森结I-V特性及非线性Matlab模拟
约瑟夫森结I-V特性及非线性的数值模拟彭加福（江苏科技大学数理学院，应用物理，0640502112）摘要：本文基于Matlab对约瑟夫森结（Josephson Junction）RCSJ模型的交直流I-V特性及非线性混沌现象进行数值模拟。
通过计算机数值模拟得到该模型的非线性微分方程数值解，研究了RCSJ模型中各参量对约瑟夫森结的影响，进而简要分析其I-V特性和非线性混沌现象的产生机理，绘制出约瑟夫森结的交直流I-V特性曲线、非线性微分方程的相图及因其高度非线性而引起的通过倍周期分岔和阵发性原理进入混沌状态的分岔图。
关键词：超导器件隧道效应约瑟夫森结弱耦合倍周期分岔庞加莱截面混沌1．引言自1911年荷兰科学家昂纳斯（H. K. Onnes）发现汞的超导现象以来，人们对超导进行了大量开拓性的研究，使超导理论]1[日趋成熟，与此同时，超导技术也在各个领域得到深入而广泛的应用]2[。
约瑟夫森效应的发现开拓了超导量子干涉仪（SQUID）在弱电方面的应用。
人们在对约瑟夫森效应进行研究的过程中发明了各种超导器件及应用电路]3[，促使超导技术应用的新领域——超导电子学逐渐发展起来。
在其中，因具有各种独特性（量子干涉、特殊的I-V 特性和高度的非线性等），约瑟夫森结得到广泛的研究和应用，并成为超导电子器件的核心部件。
实际使用中的约瑟夫森结总处于某一电路之中，因此，利用等效电路理论来研究和分析约瑟夫森结的物理行为是一种很有效的方法。
在各模型中，其物理行为均可用微分方程来描述，但这些方程大多不易直接求解析解，因而发展了很多间接解法]5[],4[。
其中，利用电路模拟（RCSJ模型和RSJ模型等等），如图1、图2所示，并用数值计算来研究约瑟夫森结的方法最直接，简易。
图1：RCSJ模型等效电路图2：RSJ模型等效电路Resistively Capacitance Shunted Junction Resistively Shunted Junction2． 约瑟夫森效应及约瑟夫森结简介1962年，约瑟夫森（B. D. Josephson ）提出：两块用绝缘薄层隔开且紧密地接近的超导体间，甚至在没有电势差的情况下，电子仍能够穿过绝缘薄层（隧道现象）。
约瑟夫森效应的原理与应用
约瑟夫森效应的原理与应用约瑟夫森效应是电子对通过两块超导金属间的薄绝缘层（厚度约为10 ）时发生的量子力学隧道效应。
1962年,英国牛津大学研究生B.D.约瑟夫森首先从理论上对超导电子对的隧道效应作了预言，不久就为P.W.安德森和J.M.罗厄耳的实验观测所证实。
十多年来，它已在超导电性的研究领域内逐渐发展成为一个新的重要分支──约瑟夫森效应和超导结电子学。
直流约瑟夫森效应当直流电流通过超导隧道结时，只要电流值低于某一临界电流I c，则与一块超导体相似，结上不存在任何电压，即流过结的是超导电流。
但一旦超过临界电流值，结上即出现一个有限的电压，结的性状过渡到正常电子的隧道特性。
图1给出了典型的I-V特性曲线。
这种超导隧道结能够承载直流超导电流的现象，称为直流约瑟夫森效应。
对于典型的结，临界电流一般在几十微安到几十毫安之间。
图1 Sn-SnO x-Sn结构的电流和电压关系超导隧道结的临界电流对于外加磁场十分敏感。
I c不是外加磁场的单调函数，而是随着外磁场的增高，呈现如图2所示的周期性变化，类似于光学中的夫琅和费衍射图样。
相邻两最小值之间的磁场间隔H0与结面积的乘积正好等于一个磁通量子，即φ0= h/2e = 2.07×10－15韦伯。
图2 Sn-SnO x-Sn结的约瑟夫森电流和磁场的关系交流约瑟夫森效应如果在超导结的结区两端加上一直流电压V（当然，这时电流大于临界电流）,在结区就出现高频的超导正弦波电流，其频率与所施加的直流电压成正比，有如下关系式hω /2π = 2e/V 或 ν ＝ (2e/h)V比例常数2e/h=483.6×106 Hz/μV。
这时，结区以同样的频率（若所加电压是几微伏，则在微波区域；若为几毫伏，则在远红外波段）向外辐射电磁波。
超导隧道结这种能在直流电压作用下，产生超导交流电流，从而能辐射电磁波的特性，称为交流约瑟夫森效应。
如果用频率为□的微波辐照约瑟夫森结,当结的约瑟夫森频率ν等于ν~的n次倍频，即nν~＝2eV n/h (n＝0,1,2,…)时,外加微波和结辐射的电磁波发生共振，则在I-V特性上可以测到恒压电流,随着n=0,1,2,…, 在I-V特性上出现阶梯效应，如图3所示。
采用约瑟夫森电压基准参加_直流电压比率_的国际比对
采用约瑟夫森电压基准参加“直流电压比率”的国际比对高原, 李红晖, 沈雪槎(中国计量科学研究院, 北京100013)摘要: 2000年4月17日至19日, 采用约瑟夫森电压基准对国际比对所选定的传递标准: 直流电压比例分压器的两个比率值进行了测量, 这次测量是关键国际比对项目“直流电压比率比对”的一部份。
测量不确定度优于214×10- 7。
关键词: 约瑟夫森电压基准; 直流电压比率; 国际比对中图分类号: TB 971 文献标识码: A引言直流电压测量是电磁计量中重要的基础测量之一。
直流电压的测量及校准常常借助于直流电压比例分压器, 以溯源到直流电压工作基准。
分压器比例测量准确度的提高, 将大大降低直流电压测量及校准的不确定度, 正因如此, 国际计量局(B IP M ) 将直流电压比例分压器的测量确定为国际关键比对项目之一, 以反映各国对直流电压进行量值传递的水平。
此次“直流电压比率比对”由意大利国家实验室( IEN ) 负责组织和实施, 共有包括中国、美国、英国、法国、俄罗斯、加拿大及日本等14个国家的实验室参加, 时间是从1999年2月至2001年5月。
中国计量科学研究院(N I M) 被安排在第七站, 于2000年4月进行比对。
比对采用一只D a t ro n 公司制造的直流电压分压器4902S (序列号s/n 20335) 作为传递标准, 并采用“轮辐式”方法, 即每次在一个实验室的比对结束后, 传递标准立即被送回IEN 的主导实验室进行校准, 然后再送到下一个参加比对的实验室。
各个国家实验室用各自的方法对传递标准的比率进行一系列测量, 测量结果经整理后送交IEN 。
全部比对结束后由IEN 公布比对结果报告。
比对要求测量分压器传递标准的6个比率值, 其中两个必测点, 4个选测点。
计量院电磁处主要承担这次国际比对的任务, 并决定采用电桥法进行测量。
计量院量子电压实验室拥有国家1V 和10V 约瑟夫森电压基准, 其测量不确定度分别为6 ×10- 9 及514×10- 9 , 测量准确度大大高于其它测量手段。
非线性电路中的混沌现象实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除非线性电路中的混沌现象实验报告篇一：非线性电路混沌实验报告近代物理实验报告指导教师：得分：实验时间：20XX年11月8日，第十一周，周一，第5-8节实验者：班级材料0705学号20XX67025姓名童凌炜同组者：班级材料0705学号20XX67007姓名车宏龙实验地点：综合楼404实验条件：室内温度℃，相对湿度%，室内气压实验题目：非线性电路混沌实验仪器：（注明规格和型号）1.约结电子模拟器约结电子模拟器的主要电路包括:1.1,一个压控震荡电路,根据约瑟夫方程,用以模拟理想的约结1.2,一个加法电路器,更具电路方程9-1-10,用以模拟结电阻、结电容和理想的约结三者相并联的关系1.3，100khz正弦波振荡波作为参考信号2.低频信号发生器用以输出正弦波信号，提供给约结作为交流信号3.数字示波器用以测量结电压、超流、混沌特性和参考信号等各个物理量的波形实验目的：1.了解混沌的产生和特点2.掌握吸引子。
倍周期和分岔等概念3.观察非线性电路的混沌现象实验原理简述：混沌不是具有周期性和对称性的有序，也不是绝对的无序，而是可以用奇怪吸引子等来描述的复杂有序——混沌而呈现非周期性的有序。
混沌的最本质特征是对初始条件极为敏感。
1.非线性线性和非线性，首先区别于对于函数y=f(x)与其自变量x的依赖关系。
除此之外，非线性关系还具有某些不同于线性关系的共性：1.1线性关系是简单的比例关系，而非线性是对这种关系的偏移1.3线性关系保持信号的频率成分不变，而非线性使得频率结构发生变化1.4非线性是引起行为突变的原因2.倍周期，分岔，吸引子，混沌借用T.R.malthas的人口和虫口理论，以说明非线性关系中的最基本概念。
虫口方程如下：xn?1xn(1?xn)μ是与虫口增长率有关的控制参数，当1 1?，这个值就叫做周期或者不动点。
在通过迭代法解方程的过程中，最终会得到一个不随时间变化的固定值。
可编程约瑟夫森量子电压基准研究
间的差在ｌ×１０１的量级，比对结果达到先进水平。 （６）利用ＰＪＶＳ生成的伏秒磁通的复现不确定度２ ×１０一。建立伏秒基准后，有望将磁通测量的不确定度 提高２到３个数量级。此项技术属于创新型科研成果。
为建立交流量子电压基准奠定基础。课题于２０１０年８月
通过验收。
３研究意义
课题完成后，我国直流１伏量值传递能力大幅提升， １伏电压量值传递的技术水平重新回到国际先进行列，
必行。由于电压测量的不确定度会对质量自然基准的测量
度达到３．１×１０－６，优于课题预定５×１０－６的技术指标， 与国家交直流转换标准的间接比对在２“Ｖ以内。
不确定度产生２倍影响，因此，直流１Ｖ量值传递水平的 提高同时还能够为我国质量自然基准的研究项目提供重要 支持，具有重要意义。课题完成的直流电压测量不确定度 小于２×１０＿９，保证了电压对质量测量的影响在１０＿ｓ量级。 目前国内交流电压基准仍然使用实物基准，由于实 物基准稳定性不高，随着时间的推移，量值难免发生微 小的变化，交流量子电压的成功合成为进一步用自然基 准取代实物基准奠定了基础。课题自主研发的交流量子 电压合成装置能够成功合成频率２００Ｈｚ以下，峰值ｌＶ
术保障。嘲
国家科技支撑计划课题（２００６ＢＡＦ０６８０２）。
万方数据
可编程约瑟夫森量子电压基准研究
刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 中国科技成果 CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY ACHIEVEMENTS 2011(9)
本文链接：/Periodical_zgkjcg201109009.aspx
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为进一步建立我国交流电压自然基准奠定了良好基础， 并有望今后进一步开展将交流约瑟夫森电压的应用扩展 到建立功率基准、校准热电偶等领域，为我国电学计量 工作的进步开展更丰富的研究工作。 可编程约瑟夫森量子电压基准的建立极大拓展了量 子电压的应用领域，同时进一步提高了国内整体直流电 压测量和检定的测量精度，为我国的高科技领域如国防 工业、航天航空以及精密仪器事业的发展提供了关键技
约瑟夫森结阵电压输出方法、装置、设备和存储介质[发明专利]
![约瑟夫森结阵电压输出方法、装置、设备和存储介质[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/80f62fc5bcd126fff6050b65.png)
专利名称：约瑟夫森结阵电压输出方法、装置、设备和存储介质
专利类型：发明专利
发明人：曹文会,李劲劲,钟源,钟青,王雪深,徐达,徐晓龙
申请号：CN202011608023.2
申请日：20201230
公开号：CN112632894A
公开日：
20210409
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本申请涉及一种约瑟夫森结阵电压输出方法、装置、设备和存储介质。
该方法包括：在目标工作频率下，获取与目标电压值对应的约瑟夫森结阵的结数，得到目标结数；获取二进制或三进制中的至少一种数值序列，并对至少一种数值序列进行插值处理，得到结阵组合值集；将结阵组合值集中的每一结阵组合值与目标结数作差，得到结阵差值集，并将结阵差值集中的最小差值对应的结阵组合值，确定为目标组合值；用最小差值替换目标结数，返回执行，直到最小差值小于或等于结阵组合值集中的最小结阵组合值，获取已确定的至少一个目标组合值；在预设频率范围内调节目标工作频率，以使约瑟夫森结阵输出目标电压值。
从而能够精确地输出期望的电压值。
申请人：中国计量科学研究院
地址：100029 北京市朝阳区北三环东路18号
国籍：CN
代理机构：北京华进京联知识产权代理有限公司
代理人：朱五云
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约瑟夫森电压标准的低温系统
宇航 计 测 技 术
Ｊ ｕｎ ｌｏ ｔｏ ａ ｔ ｔ ｌｇ ｎ ａ ｕｅ ｎ ｏ ｒ ａ ｆＡｓ ｎ ｕｉ Ｍｅｒ ｏ ｙ ａ ｄ Ｍｅ ｓ ｒｍｅ ｔ ｒ ｃ ｏ
Ｏ ｔ ２０ ｃ ．， ０ ６ Ｖｏ ． ６． ． １２ Ｎｏ ５
第２ ６卷
第 ５期
文章编号 ： ０ ７０ （ ０６ ５— ０ ４— ６ １ ０— ２ ２ ２ ０ ）０ ０ ２ ０ ０
中图分类号 ： Ｍ ３ ． Ｔ ９３１
文献 标 识 码 ： Ａ
约 瑟 夫 森 电压 标 准 的 低 温 系 统
王 路 康 焱
（ 北京 无线 电计 量测 试研 究所 ， 北京 １０ ３ ） ０ ０９
Ｗ ＡＮＧ ｕ Ｌ
ＫＡＮＧ ｎ Ｙａ
（ ｅ ｉｇＩｓｔｔ ｏ ａｉ Ｍｅ ｏ ｇ Ｂ ｉｎ ｔｕｅ ｆ ｄｏ ｔ ｌ ｙ＆ Ｍ ａｕｅ ｅｔ ｅ ｉ ０ ０ ９ ｊ ｎ ｉ Ｒ ｒｏ ｅｓｒｍ ｎ，Ｂ ｉｎ １０ ３ ） ｊｇ
Ａ ｓ ａ ｔ Ｍａ ｌ ｉ ｒｄ ｃ ｓ ｏ ｍｐｒｔｒ ｙｔｍ ｕｅ ｏｅ ｈｉｎＶ ｌ ｇ ｔ ｄ ｒ Ｊ Ｓ ｂ ｔ ｃ ｉ ｙ ｎ ｏ ｕ ｅ Ｌ ｗ ｔ ｅａ ｅｓｓ ｓｄｉ Ｊｓｐ ｓ ｏｔ ｅＳａ ａ ｒ ｎ ｔ ａ ｅ ｕ ｅ ｎ ｏ ａ ｎ ｄ（Ｖ ）
第 ５期
约瑟夫森电压标准的低温系统
的全 自动化运行模 式 ， 简化 了操作步骤 ， 高了工作效率 。 提
关键 词 约瑟夫森电压标准 低温系统 Ｇ— Ｍ制冷机 零损耗杜瓦
Ｌｏ Ｔｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ｙ ｔｍ ｆＪ ｓ ｐ ｓ ｎ Ｖｏｔ ｇ ｔ ｎ ａ ｄ ｗ ｍ ｅ ａ ｕ ｅ Ｓ ｓｅ ｏ ｏ ｅ ｈ ｏ ｌ ｅ Ｓ ｄ ｒ ａ ａ
标准电压概述
标准电压概述
1.系统标称电压(nominal system voltage)
用以标志或识别系统电压的给定值。
2.系统最高电压(highest voltage ofasystem)在正常运行条件下，在系统的任何时间
和任何点上出现的电压的最高值。
不包括瞬变电压，比如，由于系统的开关操作及暂态的电
压波动所出现的电压值。
3.系统最低电压(lowest voltage ofasystem)在正常运行条件下，在系统的任何时间和
任何点上出现的电压的最低值。
不包括瞬变电压，比如，由于系统的开关操作及暂态的电压
波动所出现的电压值。
4.设备额定电压(ratedvoltageofequipment)通常由制造厂商确定，用以规定元件、器
件或设备的额定工作条件的电压。
5.设备最高电压(highest voltage for equipment)规定设备的最高电压是用以表示绝缘
性能和在相关设备性能中可以依据这个最高电压的其他特性。
设备的最高电压就是该设备可以应用的“系统最高电压”的最大值。
(1)设备最高电压仅指高于1000V的系统标称电压。
须知，对某些系统标称电压，不能
保证那些对电压具有敏感特性(如电容器的损耗、变压器励磁电流等)的设备在最高电压下
正常运行。
"
在这些情况下，相关的性能必须规定能够保证该设备正常运行的电压限值。
(2)对用于标称电压不超过1000V系统的设备，运行和绝缘仅依据系统标称电压作具体
规定。
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本文介绍适用于电压校准达到 １ ０ Ｖ， 频率达到 １ 千
赫兹 情 况 的可编 程 约瑟 夫森 电压 标 准系统 。该 系统是 一 个 交流 量子 电压表 ， 通 过零检 测器 配置下 的快速 数字采样
器（ Ｉ Ｏ Ｍ Ｓ ／ ｓ ） ， 在工业校准实验室中对其性能进行现场测试， 被测对象是 目前最先 进 的福 禄克 ５ ７ ０ ０系列校 准器 ， 该校 准 器被广泛用于计量机构 和校准服务 公 司。分析 校准器 电压 的长期稳定度 以及泄漏 电流对不确定度 的影 响。
几 个福禄克 ５ ７ ０ ０ Ａ系列校准器 ， 其电压为 １ ０ Ｖ， 频率是 ｌ ｋ Ｈ ｚ了解 到该 系统在 工业环境 中的性 能和操作 方法。交流电压 标准的测量 不确定度小于 １ Ｘ１ ０ 关键词 ： 福禄克 ５ ７ ０ ０校 准器 ； 可编程约瑟夫森 电压标准
中图分类号 ： Ｔ Ｍ９ ３ ３ ． ２ 文献标识码 ： Ａ 国家标准学科分类代码 ： ４ ６ ０ ． ４ ０ ３ ０
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ ５ ９ ８ ８ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ０ ０ ４— ６ ９ ４ １ ． ２ ０ １ ６ ． ０ ４ ． ０ １ ５
Ｔｈ ｅ Ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｎ ＡＣ Ｊ ｏ ｓ ｅ ｐ ｈ ｓ ｏ ｎ Ｖｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ Ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
计量与测试技 术》 ２ ０ １ ６丰 第４ ３ 卷 第４期
交流 约 瑟夫 森 电压 标 准 系统 的介 绍
李 安 香
（ 哈尔滨市计量检定 测试 院 ， 黑龙 江 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ３ ６ ）
摘
要： 本 文 介 绍 了交 流 约 瑟 夫 森 电压 标 准 系 统 的性 能 。该 系 统 是 一 种 新 型 的交 流 量 子 电压 计 量 装 置 ， 用 于 校 准 常 用 的 直 流 和 交 流 电 压 标 准 。 通 过 测 试
心 的额定 电流 。仪 器 同步 是 必 要 条 件 ， 利 用 快 速 傅 里 叶 变换 从 采样 数据 中评 价 相位 噪声 。
４ 校准 器测 量
交 流 电压校 准器 的测 量不 同于具 有相 同振 幅 和相 位
的阶梯式约瑟夫森波形。该系统采用约瑟夫森波形每周
期２ ０步 的方 式近 似 正 弦 波 。这 样 从 大 量 的不 同波 形 周 期 中采 样 ， 再 将 数据 进 行 平 均 以精 确 波 形 周 期 。结 合 调 整后 的约瑟 夫森 电压 和采 样 器 的增 益 及 偏 移 ， 从 重 构 波 形 中计算 均方 根 。默 认 每 秒 捕 获 一 次 数 据 ， 并 且 每 循 环
２ 设 置
交流 量 子 电压表 是 基 于 ７ ０ Ｇ Ｈｚ微 波 频 率 驱 动 的 １ ０ Ｖ 可编程 约 瑟 夫森 电压 标 准 结 阵 。快 速 的 １ ７通 道 偏 置 源提 供 最 大 电 压 １ 阵 。 双 通道 多路 转换 器 为 直 流 和 交 流测 量 提 供 不 同 的配 置 。 直 流校 准方 面 ， 约 瑟夫 森 电压 标 准 结 阵 与 直 流 电压 标 准 相 连 以进 行 校 准 ， 选 择吉 时 利 ２ １ ８ ２ Ａ型 纳伏 表 作 为零 检 测器 ， 多路 转换 器进 行极 性 逆转 操作 。
近 年来 ， 可 编程 约 瑟夫 森 电压 标 准 在 交 流 电压 计 量 方 面越 来越 引入 注 目。 目前 ， 国 际上 在 约 瑟 夫 森 交 流 电
压标 准 的实 现上 有 两种 不 同 的方 法 ， 分 别 为波 形 合 成 法
和脉 冲 调制 法 。结合 约 瑟 夫 森 结 阵 ， 抽 样 技 术 和 锁 定 合
ｌ ０次计 算 均方 根 和 Ａ类 不确 定 度 。
阵的 ＨＩ 端 与福禄 克 ５ ７ ０ ０ Ａ校 准器 的 Ｈ Ｉ 端 相 连接 ， 快 速 采 样器 Ｎ Ｉ Ｐ Ｘ Ｉ ５ ９ ２ ２对 Ｌ Ｏ端 的电压 差进 行 数 字化 处 理 。 因为 采样 器接 地 ， 所 以避 免 了不 完 全 共 模 抑 制 造成 的 系
交 流 校准方 面 ， 多 路 转 换 器 将 约 瑟 夫 森 电 压标 准 结
通信 ， 临界 电流 ， 以及整个 约瑟 夫森结 阵电压 步幅 的宽 度 。必要 时优 化微 波 频 率 和功 率 以增 加 测量 范 围 （ 步 长 大于 ０ ． ７ ｍ Ａ） 。然 后 ， 通 过 直 接 测 量 约 瑟 夫 森 标 准 电 压 确定 采样 器 的增 益 和偏 移 。最 后 ， 将 相 位 对 齐 于 校 准 器 波形 和约 瑟夫 森 电压 标 准波形 之 间 。 除 了交 流波 形前 十次 谐 波 的均 方 根 ， 还 需 要 确定 ５ ０ Ｈ ｚ的频 率 。为 了保 证 约瑟 夫 森 电压 标 准结 阵在 平 缓 台 阶下 进行 操作 ， 我们使 用 不 同的偏 置 电流 每次 测量 三 次 ， 包括 ， Ｇ 一１ ０ ０ １ ｘ Ａ， ， ｃ ， ， ＋１ ０ ０ １ ． ￣ Ａ， 其中， 。 表 示 夏皮 罗 级 中
Ｌ ｉ Ａｎ ｘ ｉ ａ ｎ ｇ
１ 引 言
自动 运行 ， 装 配 的软件 也 能够远 程 控制 。在 使用 ６ ５升 液 氮 杜 瓦瓶 的情 况下 （ 每 天 消 耗 约 ４升 ） ， 系统 能够 操 作 ３ 周 。集成 芯 片加 热器 能 够 在 几 秒 内加 热 约 瑟夫 森 结 阵 ， 使 其 达 到捕获 磁通 量 的 临 界 温度 ， 而 且 加 热 操 作 不 需 要 举 起 冷冻 探针 。 系统 初始 化过 程 从 自检 开 始 ， 包 括 检 查 设 备 的 内部