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物理量を電気信号に変換する各種センサの最小検出分解能は、センサの構成要素である電子回路や磁心の雑音で規定された。従って、センサを高分解能化するには、増幅器自身を低雑音化すると同時に、被検出諸量の大きさに対応して定める基準電圧の低雑音・低揺らぎ化も実現しなければならなかった。
本研究では、センサ回路に実装可能で汎用性に富む基準電圧の実現を目指して検討した.基準電圧で解決しなければならない問題は、(1)ゆらぎと雑音(2)温度依存性であった。
(1)の問題に対しては、ツェナーダイオードに極めて低雑音のリチウム電池を抵抗を介して並列接続する方式を提案した。(2)に対しては、ダイオードとリチウム電池の両者に温度制御を施すことにし、10mm厚の銅板を用いて二重構造の恒温槽を構成しで対応した。その結果、内槽に5×10^<-5>℃(p-p)の変動と平均レベル1.5×10^<-5>℃程度のゆらぎを許せば、内槽は室温フリーとなるものを実現した。このことにより、8.45ppm/℃であった温度依存性を0.45ppm/℃までに改善できた。
提案する重畳する雑音は100nV以下と微小であるため、これを市販のデジタルマルチメータ等で直接計測することは不可能であった。これに対し、雑音電圧を一旦増幅して計測する方式について検討した。ここで、増幅器に混入する外来電磁雑音に対してば、二重のパーマロイパイプで構成する磁気シール装置と増幅器の並列接続による低雑音化により、300nVであったマルチメータの分解能を単一周波数ではあるが、8nVまでに下げることができた。
この測定法により、基準電圧の1Hz以下の揺らぎは1.5μV(p-p)以下で、1Hzから2MHzまでの雑音は、0.9μV(rms)以下であることが明らかになり、極めて高性能の電源を実現した。
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