超导探测器用直流偏置源，由固定偏置电路、模拟扫描电路、偏置控制及监测电路和单片机智能控制电路组成，偏置控制及监测电路的第一输出端通过ADC电路和单片机智能控制电路的信号输入端连接，偏置控制及监测电路的偏压设定端通过选择开关选择和DAC电路输出端或模拟扫描电路电压输出端或固定偏置电路电压输出端连接；当偏置控制及监测电路的偏压设定端和DAC电路输出端连接时，超导探测用直流偏置源的工作方式为智能方式，当偏置控制及监测电路的偏压设定端和模拟扫描电路电压输出端连接或固定偏置电路电压输出端连接时，偏置源的工作方式为手动方式。
【技术实现步骤摘要】
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。超导SIS混频器和超导HEB混频器目前已经用于毫米波和亚毫米波射电望远镜上作为探测器进行天文及大气分子谱线的观测。超导探测器需要一定的偏置电压或者偏置电流才能工作。直流偏置电源是为超导探测器正常工作提供偏置的仪器。超导SIS混频器和超导HEB混频器的工作稳定性与偏置电源的性能密切相关。本专利技术涉及一种直流偏置电源，特别是一种用于超导SIS探测器和超导HEB探测器的直流偏置电源。
技术介绍
超导探测器件，由于是用于低噪声小信号的检测，对提供其电源的偏置电路提出了很高要求，无论是恒压源还是恒流源电路，一定要具有低噪声、高灵敏度、高稳定度等特点。现在通用的偏置电源(比如Agilent公司的数字源表)存在以下特点功率大，电压和电流调节范围大，噪声波纹大，采用220V市电直接供电干扰大，多数采用模拟电路实现。 因此现在通用的偏置电源无法满足微弱信号检测的超导探测器需要高稳定、低噪声的工作要求，同时不利于实现智能化操作，特别在实际应用中进行系统集成控制时这个缺点尤其明显，针对以上不足，鉴于实验室中对SIS和HEB混频器的性能评估和实际工作使用中的不同要求，并考虑到今后类似空间应用等对可靠性和体积重量等多方面的要求，开发集模拟偏置源的实用性和数字偏置源的方便灵活性于一身的混合直流偏置电源，满足电源功率小，电压和电流调节范围小，噪声低，利用电池供电干扰小的要求，可进行智能化操作，才能更好地适用于实验室测试和实际观测设备中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种超导探测器用直流偏置源，直流偏置源具备远程控制通信能力和可靠性，其输出电压范围、最大输出电流、测量超导探测器上电压和电流波动幅度、电磁屏蔽性能指标满足超导探测器实际应用要求。即满足以下关于超导探测器用直流偏置源的一些技术指标(I)固定偏置电路输出电压范围为O IOV,模拟扫描电路输出电压范围为-IOV 10V，单片机智能控制电路输出电压范围为-IOV IOV ;(2)输出最大电流为ImA ；(3)测量超导探测器上电压波动幅度小于30 μ V，电流波动幅度小于O. 5 μ Α。实现本专利技术目的的技术方案是超导探测器用直流偏置源，由固定偏置电路、模拟扫描电路、偏置控制及监测电路和单片机智能控制电路组成，单片机智能控制电路的第一输出端通过工作模式控制电路和偏置控制及监测电路的控制端连接，单片机智能控制电路的电压设定端和DA电路输入端连接；所述偏置控制及监测电路的第一输出端通过ADC电路和单片机智能控制电路的信号输入端连接，所述偏置控制及监测电路的偏压设定端通过选择开关选择和DAC电路输出端或模拟扫描电路电压输出端或固定偏置电路电压输出端连接；当偏置控制及监测电路的偏压设定端和DAC电路输出端连接时，超导探测器用直流偏置源的工作方式为智能方式，当偏置控制及监测电路的偏压设定端和模拟扫描电路电压输出端连接或固定偏置电路电压输出端连接时，偏置源的工作方式为手动方式；所述偏置控制及监测电路中设有恒压电路和恒流电路、6线法测量电路和4线法测量电路、IV扫描电路和PV扫描电路，手动方式下设有模拟开关对这些电路选择连接，智能方式下通过单片机智能控制电路控制，对这些电路进行选择链接；所述单片机智能控制电路用于与上位机进行通信，通信内容包括接收上位机控制命令、向上位机发送偏置源工作状态信息和测量数据，检测超导探测器用直流偏置源工作方式和偏置控制及监测电路输出状态，并将状态信息发送给上位机，根据状态信息判定后续动作和指令；所述偏置控制及监测电路根据单片机发出的模式选择信号完成工作模式的选择， 接受偏置设定电压，将偏置电压输出到与电路相连的外部超导探测器负载电路，并完成超导结上电压和电流的放大处理；所述偏置设定电压由偏压设定端输入，偏置设定电压为模拟扫描电路、模拟固定偏置电路或单片机控制DAC输出电路三者之一的输出电压；所述固定偏置电路通过恒温基准源结合粗调电位器和细调电位器电路，调节和输出固定偏置电压；所述模拟扫描电路通过双运放结合频率调节电位器、快扫慢扫选择开关和输出幅度调节电位器电路，调节和输出模拟扫描电压，为偏置控制及监测电路提供预定偏置电压。本专利技术中设定了可供选择的三种偏置预定电压，包括模拟设定电压和数字设定电压，所以本专利技术的超导探测器用直流偏置源是模拟偏置源和数字偏置源的混合版本。作为本专利技术的进一步改进，当超导探测器用直流偏置源处于手动工作方式时，单片机智能控制电路控制ADC转换电路定时检测超导探测器超导结上的电压和电流，将电压和电流显示在液晶屏上；当超导探测器用直流偏置源处于智能工作方式时，单片机智能控制电路接收上位机的控制命令，设定DAC电路偏置输出，设定恒压模式或恒流模式工作，设定选择6线法或4线法测量电流，设定预定偏置电压，设定对超导探测器超导结进行IV扫描或PV扫描。作为本专利技术的进一步改进，在工作模式控制电路输出端与偏置控制和监测电路中实现模式选择的开关之间设有光电隔离器，单片机通过数字光电隔离IO方式控制光电隔离器状态的切换实现模式的选择，光电隔离器实现数字地与模拟地的隔离，减小数字部分干扰对模拟电路的影响。作为本专利技术的进一步改进，所述固定偏置电路通过恒温基准源结合粗调电位器和细调电位器电路实现固定偏置的精确调节和稳定输出。作为本专利技术的进一步改进，所述模拟扫描电路的核心电路是由双运算放大器构成三角波扫描电路，通过开关的通断提供模拟方式的快速扫描和慢速扫描。作为本专利技术的进一步改进，为了提高所述直流偏置源的最大输出电流，在偏置控制及监测电路处于恒流模式下，所述直流偏置源中的总串联电阻Rs为10ΚΩ。作为本专利技术的进一步改进，在偏置控制及监测电路处于恒压模式下，远程控制计算机在设置预定电压时按下式进行预补偿，\ — TlVj ^Vs + --X Vs,Kj+ηRsη =——RjGv其中Vs为设置电压，Vj为超导结上反馈电压(放大Gv = 1000倍后)，Vc为运放控制输出电压，Rs为直流偏置源中的总串联电阻，Rj为工作中超导结在能隙以下的等效电阻，Gv为电压放大倍数。作为本专利技术的进一步改进，所述超导探测器用直流偏置源的电路部分设置在电路板上，电路板设置在机壳内，所有调整电位器和开关被安置在机壳前板，而输入输出接头则被安排在机壳后板，通过边框机壳保护地线和中间保护地屏蔽隔离相应部分，辅以底盖和顶盖的屏蔽，预期实现模拟和数字部分的良好隔离。附图说明图I为超导探测器用直流偏置源结构框图2为固定偏置电路结构示意图3为模拟扫描电路图4为单片机智能控制电路的控制程序流程图图5为偏置电压反馈控制电路图6为检测输出总电路的电路图7为面板结构意图8为背板结构意图9为利用超导探测器用直流偏置源测量低温下超导HEB的IV曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例做进一步说明。超导探测器用直流偏置源是模拟偏置源和数字偏置源的混合版本，基本结构如图I所示。超导探测器用直流偏置源由固定偏置电路、模拟扫描电路、偏置控制及监测电路和单片机智能控制电路组成，单片机智能控制电路的第一输出端通过工作模式控制电路和偏置控制及监测电路的控制端连接，单片机智能控制电路的电压设定端和DAC电路输入端连接；偏置控制及监测电路的第一输出端本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姚骑均，张坤，
申请(专利权)人：中国科学院紫金山天文台，
类型：发明
国别省市：
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