Josephson gerilim standartları kullanılarak sayısal metrolojinin iyileştirilmesi
Improving digital metrology by using Josephson voltage standards
Yazar: TEZGÜL COŞKUN ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. SARP ERTÜRK
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tezin amacı gelişen sayısal metrolojinin kalbi olan DAC ve ADC'lerin kalibrasyonlarını yeni nesil Josphson Gerilim standartları kullanarak iyileştirmektir.
Tezin ilk bölümünde Josphson etkisi ve bu etkiyi kullanan geleneksel ve yeni nesil Josphson Gerilim Standartları tanıtılmıştır. Josphson Gerilim Standartlarının tarihçesi ve elektriksel metrolojideki kullanım alanları literatür taranarak ortaya konulmuştur.
Tezin ikinci bölümünde sayısal teknikler kullanarak gerilim ölçmek üzere geliştirilen sistemler tanıtılmıştır. Sistemlerden biri uluslararası karşılaştırma ölçümlerinde kullanılmış ve karşılaştırma ölçümleri ayrıntılı belirsizlik analizi ile birlikte sunulmuştur.
Tezin üçüncü bölümünde Programlanabilir Josephson Gerilim Standardı olarak bilinen standardın kurulumu, programlanması ve kullanımı ayrıntılarıyla anlatılmıştır. Kurulan standartla üretilen gerilimlerin kuantum durumunu araştırmakta kullanılan ve standardın bir parçası olan ADC statik koşullarda ölçülmüş, bu ölçüme ait ayrıntılı belirsizlik analizi verilmiştir. Kurulan standardın çıkışı yarıiletken gerilim standardı ile karşılaştırılarak test edilmiştir. Bu testin sonuçları ve belirsizlik analizi sunulmuştur. Sistemdeki ADC dinamik koşullarda da kurulan standartla karakterize edilmiştir. Ölçüm sonuçları ve bu ölçüme ait belirsizlik ayrıntılarıyla değerlendirilmiştir. Yüksek Hızlı "Sigma-Delta" ADC'nin kazancı da kurulan standart kullanılarak farklı tarihlerde ölçülmüş ve ölçüm sonuçları sunulmuştur. ADC'lerin yanı sıra tezin ikinci bölümünde bahsi geçen karşılaştırmada transfer cihazı olarak kullanılan ultra kararlı DACın benzeri bir cihaz da kurulan standart ile ölçülmüştür. Bu ölçümle kurulu AC gerilim metrolojisinin iyileştirilebildiği gösterilmiştir.
Tezin Dördüncü bölümünde Josephson Rastgele Dalga Üreteci olarak adlandırılan sistemin kurulumu anlatılmıştır. Kurulan sistemle tezin ikinci bölümünde geliştirilen sistemler ölçülmüş ve ölçüm sonuçları sunulmuştur.
Bu tez çalışmasıyla, DAC ve ADC'lerin kurulu AC gerilim metrolojisi yerine yeni nesil JGS ile kalibre edildiğinde daha düşük belirsizliklerin elde edilebileceği gösterilmiştir.

Abstract:
The aim of this thesis is to improve the calibration of the DAC and ADCs, which are the heart of the developing digital metrology, by using new generation Josphson Voltage standards.
In the first part of the thesis, the Josphson effect, traditional and new generation Josphson Voltage Standards that use this effect are introduced. The history of the Josphson Voltage Standards and their usage in electrical metrology are presented by searching the literature.
In the second part of the thesis, Developed Systems that measure voltage using digital techniques are introduced. The developed system was used in international comparison and comparison measurements were presented with detailed uncertainty analysis.
In the third part of the thesis, the installation, programming and usage of the standard known as Programmable Josephson Voltage Standard is explained in detail. ADC, which is used to investigate the quantum state of the generated voltages, and which is part of the standard, is characterized in static conditions, detailed uncertainty analysis of this characterization is given. The output of the instaled standard was also compared with a semiconductor voltage standard. The results of this comparison and uncertainty analysis is presented. The gain of the ADC which is the part of the sytem is characterized by the established standard under dynamic conditions. The measurement results and the uncertainty of this measurement were evaluated in detail. The gain of the High-Speed ADC was also measured and measurement results were presented. An-ultra-stable DAC similar to the used as a transfer device in the international comparison in the second part of the thesis, was also measured with the standard developed. With this measurement, it has been shown that the installed AC voltage metrology can be improved
In the fourth part of the thesis, the installation of the system called Josephson Arbitrary Waveform Generator is explained. The systems developed in the second part of the thesis were measured with this system and measurement results were presented.
With this thesis, it has been shown that lower uncertainties can be achieved when DACs and ADCs are calibrated with the new generation JGSs instead of the conventional AC voltage metrology.