[发明专利]一种用于低温环境的大电流伏安测量仪器

说明书

技术领域

本发明属于测量仪表领域，特别涉及在低温环境下的材料/器件伏安特性测量仪器，具体涉及一种用于低温环境的大电流伏安测量仪器。

背景技术

需要测量材料或器件在低温环境下的伏安特性，如电阻率、PN结压降、超导临界电流等参数时，通常需要把被测材料或器件制成试样，浸泡在液氮或液氦等低温液体中，使试样冷却到液氮温度(77K/-196℃)或液氦温度(4K/-269℃)后再连接仪表进行测量。低温液体特别是液氦成本很高，为了节约低温液体，测量时试样通常只能通很小的电流，控制试样的发热量在毫瓦或微瓦量级。

但有时必须测量材料或器件在低温下通过较大电流时的伏安特性，此时试样会大量发热，造成低温液体迅速蒸发，从而大大增加了测量成本；同时试样发热造成本身温度上升，使得测量结果不准确。因此有必要实现一种既能实现大电流又不会大量发热的测量仪器。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够在低温下测量材料或器件的大电流伏安特性、同时又不会使得被测试样大量发热的测量仪器。

为了实现上述发明目的，本发明的具体技术方案如下：

本发明的用于低温环境的大电流伏安测量仪器，包括振荡器1、单稳态触发器2、开关器件3、电感4和取样电阻5；

所述振荡器1与单稳态触发器2相连，所述单稳态触发器2与开关器件3相连；所述开关器件3一端连接电感4，另一端连接取样电阻5，使开关器件3、电感4和取样电阻5三者串联；

所述电感4反向并联一个二极管10。

根据本发明的测量仪器，其中，所述测量仪器还可以包括阈值比较器6，所述阈值比较器6连接于单稳态触发器2与取样电阻5之间。

根据本发明的测量仪器，其中，所述测量仪器还包括示波器7，所述示波器7通过探头与取样电阻5两端相连，并且所述示波器7通过探头与被测样品的两端相连。

根据本发明所述的测量仪器，其中，所述电感4另一端与被测样品相连；所述测量仪器还包括电源8，其除与各组件连接外，还连接于被测样品，负责给各组件以及被测样品同时供电。

根据本发明的测量仪器，其中，所述单稳态触发器2受一路开关信号控制其工作与否。

根据本发明的测量仪器，其中，所述开关器件3可以为晶体管、场效应管、晶闸管中的一种。

具体地，本发明的用于低温环境的大电流伏安测量仪器中：

所述振荡器1，输出方波信号；

所述单稳态触发器2，受所述方波信号边沿的控制，输出周期与前述方波信号相同、宽度很窄的脉冲信号，其占空比很小；

所述单稳态触发器2还可以受一路开关信号控制其工作与否。

所述开关器件3，可以是晶体管、场效应管、晶闸管等，受所述窄脉冲信号的控制，在一个周期内只有极短的时间导通，大部分时间处于关断状态；

所述开关器件3与被测试样9、一个电感4、一个取样电阻5串联。

被测试样9两端连接探头，与示波器7相连，用于测量试样两端电压。

所述电感4反向并联一个二极管。当开关器件导通时，通过电感的电流按dI/dt＝V/L规律上升，二极管不导通；开关器件关断时电感电流通过二极管构成回路并迅速降低到零。

所述取样电阻5两端也连接探头，与示波器相连。在开关器件导通时，可以测量取样电阻两端的电压，根据关系I＝V/R得到通过取样电阻的电流，也就是通过被测试样的电流。

所述取样电阻5还可以与阈值比较器6相连，用于限制开关支路的电流上限。阈值比较器输出一路开关信号控制前述单稳态触发器，取样电阻两端电压小于阈值时此开关信号为开，超过阈值时开关信号为关，使前述单稳态触发器输出的脉冲提前截止，从而使开关器件提前关断。

与传统测试装置相比，本发明提供的测量仪器具有以下技术效果：

1、传统测试装置中被测试样发热量大，会大量消耗低温液体，成本高；本发明提供的测量仪器由于试样只在极短的时间内通过大电流，因此被测试样的发热量极小，从而减少了低温液体的消耗，降低了测试成本；

2、传统测试装置中被测试样发热量大，使得被测试样温度上升，测得的数据不准确；本发明提供的测量仪器中被测试样的发热量极小，测试过程中被测试样本身的温度变化可以忽略，因此测得的数据更准确。

本发明可用于液氮温度(77K/-196℃)直到液氦温度(4K/-269℃)、测量材料或器件通过10A以上、最高可达1000A以上大电流时的伏安性能。

附图说明