Методы электрофизических измерений

1) Элементы электрических цепей. Законы Киркгофа. Источники напряжения. Делители напряжения. Теорема об эквивалентном преобразовании источников. Идеальный вольтметр и амперметр. Источники тока. Реальные источники напряжения и измерительные приборы. Основные схемы включения измерительных приборов. Характеристики реальных приборов. Погрешности измерительных схем

2) Идеальный операционный усилитель и схемы на его основе. Свойства идеального операционного усилителя. Коэффициенты усиления дифференциального усилителя, коэффициент подавления синфазного сигнала, параметры операционного усилителя. Обратная связь, положительная и отрицательная обратная связь, частотно-зависимая обратная связь, амплитудно-зависимая обратная связь. Основные схемы на операционном усилителе: повторитель напряжения (буферный усилитель), инвертирующий и неинвертирующий усилители. Суммирование напряжений. Преобразователь ток-напряжение. Преобразователь напряжение-ток. Интегратор. Дифференциатор. Логарифмический усилитель. Дифференциальный усилитель. Инструментальный усилитель. Компаратор.

3) Характеристики реальных операционных усилителей. Погрешности операционных усилителей. Входной ток. Смещение нуля. Выходной ток. Токовый шум. Шум напряжения. Коэффициент подавления синфазного сигнала. Коэффициент ослабления влияния источников питания. Скорость нарастания выходного напряжения. Частотная характеристика операционного усилителя. Влияние обратной связи на работу схем на операционных услилителях. Свойства RC цепочки. Малосигнальные характеристики усилителя. Частотный диапазон усилителя с обратной связью. Входное сопротивление. Входное сопротивление преобразователя ток-напряжение. Выходное сопротивление. Скорость нарастания выходного напряжения, форма выходного высокочастотного сигнала большой амплитуды.

4) Электронные ключи, компараторы и аналого-цифровые преобразователи. Полевой транзистор. Полевой транзистор с изолированным затвором. Полевой транзистор с p-n переходом. Электронный ключ на полевом транзисторе - достоинства и недостатки по сравнению с электромагнитным реле.

5) Цифровая измерительная техника. Цифро-аналоговые преобразователи. Преобразователи последовательного приближения. Преобразователи параллельного приближения. Интегрирующие преобразователи.

6) Основные методы измерения электрических сигналов. Шумы и наводки, зависимость результатов измерений от выбора метода измерения. Теоретические пределы измерений. Шумовые параметры реальных усилителей и приборов. Шум 1/f. Проблема дрейфа (нуля, коэффициента усиления, ...) и ее решение. Измерение на переменном токе. Измерение с помощью синхронного детектора. Осциллографические наблюдения. Измерение кратковременных сигналов. Измерение сигналов, предшествующих основному. Накопление данных - многократное усреднение сигналов. Изучение непериодических сигналов повторяющейся формы. Измерение сигналов с неизвестным моментом прихода. Измерение периодических сигналов. Измерение постоянного напряжения - решения проблемы дрейфа термо-ЭДС спаев. Пути минимизации дрейфа (выбор материалов, изотермическое расположение, провода в изоляции, перекоммутация тока). Измерения с помощью усилителей с синхронным детектором. Измерения сверхпроводников и хорошо проводящих материалов (релаксация магнитного момента, СКВИДы).

7) Измерения малых напряжений, измерения низкоомных объектов. Электронные ключи, их достоинства и недостатки по сравнению с реле. Использование электронных ключей для измерений малых сигналов. Методы уменьшения дрейфа нуля.

8) Измерение малых токов. Измерение малых токов с помощью преобразователей ток-напряжение. Источники токовых шумов, методы борьбы с шумами тока.

9) Измерение потенциалов высокоомных объектов, электрометрические измерения. Источники шумов в электрометрических измерениях. Защитное экранирование. Уменьшение времени отклика измерительной схемы.

10) Измерение дифференциального сопротивления и нелинейных вольт-амперных характеристик. Понятие дифференциального сопротивления/дифференциальной проводимости. Режимы заданного тока и заданного напряжения. Выбор режима для измерения на примере измерения туннельных переходов и эффекта Джозефсона со ступенями Шапиро. Пример схемы для измерения в режиме заданного тока. Пример схемы для измерения в режиме заданного напряжения. Пример схемы для измерения при подаче ВЧ. Примеры схемы для комбинированных измерений в промежуточном режиме между режимами заданного тока и напряжения. Сравнение цифрового и аналогового дифференцирования при измерениях ВАХ.

11) Измерение второй производной. Выбор амплитуды модуляции.

12) Наводки. 2 основных типа наводок - электрические и магнитные. Методы борьбы с электрическими наводками. Методы борьбы с магнитными наводками. Правила подключения приборов.

14) Методы стабилизации температуры. Датчики температуры. Организация обратной связи. Компьютерная и аналоговая стабилизация температуры. Пропорционально-интегрально-дифференциальная стабилизация температуры. Пример схемы стабилизатора. Пример программы стабилизации.

15) Ввод данных в компьютер и системы автоматизации измерений. Присоединение приборов с помощью канала общего пользования (GPIB, IEEE-488), достоинства и недостатки Присоединение приборов с помощью RS232, достоинства и недостатки. Другие методы подключения приборов (ISA, EISA, PCI, USB, Ethernet).

16) Особенности проведения измерений при низких температурах. Тепловые схемы. Тепловые заземления. Термо-ЭДС. Измерения в магнитном поле. Перегрев ВЧ наводками.