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本论文介绍了可以在4.4-300K连续变温测量磁阻的一套自平衡电桥的设计和搭建。内容包含两部分:
第一部分为商用脉冲管制冷机的几点重要改进:
(1)减小不锈钢支撑杆的厚度,并在40K光学窗口上放置光学隔离窗来减小室温对冷端的漏热。
(2)设计了一种新的热沉结构,其特点是将热交换的两部分功能分由两个部件完成:由软的铜弹簧夹来实现热交换,用外部弹簧提供必要的界面接触压力。这种新的设计方法有效地降低了样品座与冷头之间的界面热阻,提高了样品杆热沉与40K防辐射屏之间的热交换效率。
(3)设计了一种特殊的高效热开关结构。新的设计可以实现样品座在4.4-300K之间连续控温。
(4)精心设计了一对亥姆霍兹线圈,能够提供9高斯的交流调制磁场。
第二部分介绍了相干双交流自平衡电桥的设计和实现。电桥的设计特点包括:
(1)利用相干双交流测量方法提高系统的检测灵敏度。
(2)设计一套自平衡电路,避免温度、磁场变化导致的电桥失衡。自平衡电路可以将电桥的不平衡电压控制在8nV以内,确保锁放的前置放大器总是工作在最优状态,实现精确测量。
(3)利用变压器隔离电源“地”噪声,并采用两级锁放技术有效地降低共模、差模背景信号。
这套系统的检测灵敏度小于1nV,电桥的设计尤其有利于连续扫温模式下的磁阻测量。