3-Ma’ruza Mavzu: O‘lchash qurilmalarining element­larini asosiy xossalar va texnikaviy vositalari

3.3. Elektr potentsiallarning xilma-xilligi

3.2-rasmda odatdagi elektrkimyoviy etalon elementi (Veston me’yoriy elementi) bilan ta’minlangan elektr potentsiallar xilma-xilligining boshlang’ich etaloni ko’rsatilgan. Veston elementining 20˚S temperaturadagi kuchlanishi, 3·10 ^-6 xatolar bilan qulay sharoitlarda taxminan 1,01860 Vga teng. Bu qulay sharoitlar shundan iboratki, temperaturaning o’zgarishi 10^-3 K dan oshmaydi, yuklama – og’irlik tushmaydi, vibratsiya – tebranish ham, silkinish ham yo’q. Veston elementi harakatdan so’ng, issiqlikni uzoq ushlab turadi. Element 30˚S gacha qizdirilgandan so’ng kuchlanish butunlay mustahkamlanib va 20˚S da nominal qiymati 0,3 mkV dan farq qilmaguncha 6 oy kerak bo’ladi. Bundan tashqari, Veston elementi vaqt o’tishi bilan eskiradi, bu esa uning ichki qarshiligining oshishi (R ¹=500 – 1000 Om) va kuchlanishning bir necha mikrovolьtga kamayishiga olib keladi (dastlabki yillar mobaynida).
Ancha past tartibdagi etalonlar uchun, zenerov tayanch elementlari (stabilitronlar) yetarli bo’ladi. Zenerov elementi orqali doimiy tok – elektr quvvati o’tkaziladi va uni doimiy temperaturada ushlab turiladi. U 10^-5 dan kam xatolar bilan ta’minlashi mumkin. Zenerov elementlari, ko’tarib yurish mumkin bo’lgan etalonlar sifatida juda foydali, ularni ko’pincha ko’tarib yurishga qulay, portativ apparat tarzida qo’llaydilar.
Etalon elementlarining mo’rtligi va xatolarning nisbatan ko’pligi doimiy va qayta ishlab chiqarilishi oson bo’lgan, kuchlanish etalonlarini qidirib topishga majbur qiladi. Bunday qidiruv natijasi sifatida, kuchlanish etalonlari sifatida foydalaniladigan Djozefson effekti topildi. Bu effekt 1962 yili ingliz studenti Brayen Djozefson tomonidan bashorat qilinib, ikkita o’ta o’tkazgichlar, bir-biriga juda yaqin joylashgan bo’lsa, (10^-9 m masofa oralig’ida) kvant to’lqinli funktsiyalar, kuchsiz bog’langan holatdaligi kuzatiladi.

3.2-rasm. Elektr potentsiallar xilma-xilligining boshlang’ich etaloni sifatida, foydalaniladigan Veston elementining sxemalashtirilgan tasviri.

Odatda yarim o’tkazgichlar sifatida, o’tish nuqtasi eng past temperaturagacha, muzlatilgan yupqa qo’rg’oshin qatlamidan foydalaniladi. Bu qatlamlar 1 nm qalinlikdagi okisel qatlami bilan ajratilgan. Elektronlar bu sharoitlarda paydo bo’layotgan kontakt orqali, tunneldan o’tish imkoniga ega bo’ladilar. Tunneldan o’tuvchi bu elektr toki, kontaktga nisbatan perpendikulyar yo’nalishda, yuqori chastotali elektr maydoniga (f₀ chastotadan) joylashadi. Natijada, elektr tokining kuchlanishga bog’liqligi 2.3-rasmda ko’rsatilganidek, pog’onali ko’rinishga ega bo’ladi. Bu bog’liqlik V₁ kuchlanishda, aniq djonson kvant qiymatlarida, elektr tokining sakrashi bilan xarakterlanadi. Kuchlanish - V₁ (n), n – sakrashga nisbatan (n – butun son), qoida bo’yicha f₀ chastotasiga bog’liq bo’ladi: V₁ (n)=nf₀ (h / 2q), bu yerda h va q – doimiy fizik fundamental – mustahkam birliklar, ayniqsa h – doimiy Planka, va q – elektron zaryadi. Butun metrologiya uchun 2q / h ning qiymati 483597,9 GGts/V ga teng deb qabul qilingan. Kontaktlar ketma-ketlikda bog’lanar ekan, atigi 4×10^-7 (f₀ =10 GGts va 4 K temperaturada) xatoliklar bilan 10 mV tartibdagi kuchlanishni olish mumkin.

3.3-rasm. Hozirgi vaqtda elektron potentsiallar (kuchlanish) etalonlarining xilma-xilligidan foydalanishda, Djozefson kontakti orqali o’tayotgan kuchlanishning elektr tokiga bog’liqligi.