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Étalons électriques fondamentaux actifsArticle de référence | Réf : R910 v1
Auteur(s) : Nicolas FELTIN, Laurent DEVOILLE
Date de publication : 10 juin 2007
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3.1 Stabilité d’une pompe dans le temps
La question de la stabilité temporelle est déterminante pour l’utilisation d’un dispositif monoélectronique comme étalon de courant. En métrologie, la stabilité d’un étalon mesure sa capacité à délivrer une valeur constante au cours du temps. Un bon outil mathématique permettant de quantifier cette grandeur est la variance d’Allan (AVAR), σ 2(τ ). Grâce à cette approche statistique des bruits, on peut distinguer notamment le bruit blanc du bruit en 1/f, phénomène qui limite la reproductibilité des mesures des étalons. La représentation graphique de l’écart-type d’Allan, σ (τ), en échelle log-log, est linéaire par morceaux, et la pente de chaque morceau est directement reliée à la nature du bruit [16] [17] [18].
Afin de caractériser la stabilité de la pompe à électrons, des mesures sur de longues durées à différentes fréquences de pompage sont réalisées. Le principe de la mesure, schématisé dans l’insert de la figure 17, est le suivant : des créneaux de courant sont réalisés en inversant la polarité du courant pour s’affranchir du bruit en 1/f. Les observations correspondent à des mesures espacées d’un temps τ 0 . À partir de l’ensemble de ces observations également espacées dans le temps, l’écart-type d’Allan est calculé pour chaque fréquence de pompage en fonction de la période d’échantillonnage τ = m · τ 0 (figure 17). Le bruit dominant de la pompe durant tout le temps de la mesure est sans ambiguïté un bruit blanc de fréquence (les fluctuations des fréquences ne sont pas corrélées), qui se traduit par une décroissance en τ –1/2. Ce comportement est valable pour toutes les fréquences appliquées.
Dans ce cas précis de régime de bruit blanc, la variance d’Allan est égale à la variance classique et l’écart-type expérimental de la moyenne, donné par la racine carrée de cette variance divisée par la racine carrée du nombre d’observations, est un estimateur sans biais de la statistique des courants mesurés. Sa valeur nous donne donc une parfaite évaluation...
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MESURES ET TESTS ÉLECTRONIQUES
(1) - GENEVÈS (G.) et coll - The BNM watt balance project. - IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 54, no 2, 850 (2005).
(2) - DEVORET (M.H.), ESTEVE (D.), LAFARGE (P.), POTIER (H.), ORFILA (P.F.), URBINA (C.) - L’électronique à un électron : état de l’art et perspectives. - Bulletin du BNM, 86, 7-25 (1991).
(3) - Single charge tunneling Coulomb blockade phenomena in nanostructures. - Édité par GRABERT H., NATO ASI series, series B : Physics, 294, Plenum Press (1991).
(4) - AVERIN (D.V.), LIHKAREV (K.K.) - Coulomb blockade of single-electron tunneling, and coherent oscillations in small tunnel junctions. - Journal of Low Temperature Physics, 62, 345-373 (1986).
(5) - FELTIN (N.), DEVOILLE (L.), STECK (B.), PIQUEMAL (F.), ULYSSE (C.), JIN (Y.) - Un nouvel outil pour la métrologie électrique : le dispositif à un électron. - Revue Française de métrologie, 2005-2, no 2, 11-34 (2005).
...
1.1 Instituts nationaux de métrologie cités
Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE), France http://www.lne.fr
Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), Australie http://www.csiro.au
Métrologie et accréditation suisse (METAS), Berne, Suisse http://www.metas.ch
National Institute of Standards and Technology (NIST), Boulder CO et Gaithersburg WA, États-Unis http://www.nist.gov
National Physical Laboratory (NPL), Teddington, Royaume-Uni http://www.npl.co.uk
Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Berlin et Braunschweig, Allemagne http:/www.ptb.de
HAUT DE PAGE
Laboratoire de photonique et de nanostructures (CNRS/LPN), Marcoussis, France http://www.lpn.cnrs.fr
Groupe quantronique du CEA-Saclay, Saclay, France http://www-drecam.cea.fr/drecam/spec/Pres/Quantro/
Watson Research Center d’IBM, Cambridge MA, États-Unis http://www.research.ibm.com
Laboratoire de recherche de Philips, Eindhoven, Pays-Bas http://www.research.philips.com
Université...
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