專利名稱：帶有計(jì)算機(jī)控制電路的夫蘭克－赫茲實(shí)驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于物理實(shí)驗(yàn)儀器領(lǐng)域，特別涉及帶有微機(jī)控制電路的夫蘭-克赫茲實(shí)驗(yàn)儀。
夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)儀即F-H實(shí)驗(yàn)儀是為用實(shí)驗(yàn)的方法揭示原子內(nèi)部能量量子化效應(yīng)而提供的一種實(shí)驗(yàn)裝置，可以測量出原子第一激發(fā)能的電位值。目前常見的F-H實(shí)驗(yàn)儀多采用手動描點(diǎn)或X、Y函數(shù)記錄儀作用來完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。無論從實(shí)驗(yàn)精度上、資金占用上、實(shí)驗(yàn)手段現(xiàn)代化上，均不理想。
本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有的F-H實(shí)驗(yàn)儀存在的一些不足之處，提供一種可帶有計(jì)算機(jī)控制電路的F-H實(shí)驗(yàn)儀，以實(shí)現(xiàn)F-H儀的控制、數(shù)據(jù)采集及處理全微機(jī)化操作。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣的。經(jīng)過改進(jìn)的夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)儀包括電流表、電壓表、功能旋鈕、電源開關(guān)、X-Y函數(shù)記錄儀接線柱、電源指示燈、外接貢管、輸入增蓋調(diào)節(jié)旋鈕、電壓調(diào)節(jié)旋鈕、電源插座、保險(xiǎn)管座和輸入插座。其特征在于實(shí)驗(yàn)儀器內(nèi)裝有計(jì)算機(jī)控制電路，實(shí)驗(yàn)儀后面板上裝有可與計(jì)算機(jī)A／D、D／A卡相連接的計(jì)算機(jī)接口15芯插座。增加了計(jì)算機(jī)對夫蘭克赫茲(F-H)管的燈絲電壓、一柵與陰極間電壓、二柵與陽極間電壓的控制功能。計(jì)算機(jī)控制電路包括可與A／D、D／A卡相連接的計(jì)算機(jī)接口15芯插座、F-H管第二柵極與陽極間電壓放大及擴(kuò)流電路、F-H管第一柵極與陰極間電壓放大及擴(kuò)流電路及F-H管燈絲電壓放大及擴(kuò)流電路，各放大擴(kuò)流電路均與F-H管相連接。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了F-H實(shí)驗(yàn)儀專用的A／D、D／A卡，A／D、D／A卡采用PC總線結(jié)構(gòu)，卡上的接口電路由8255A接口芯片擔(dān)任，后續(xù)所有電路都須通過該接口與計(jì)算機(jī)通訊。F-H管所需要的燈絲電壓、一柵和陰極間電壓、二柵和陽極間電壓由A／D、D／A卡的D／A輸出經(jīng)放大、擴(kuò)流獲得。計(jì)算機(jī)控制信號放大及擴(kuò)流電路是用來將三個(gè)0-5V的D／A輸出信號線性放大并擴(kuò)流到F-H管各電極所要求的數(shù)值。這些數(shù)值的高低可通過在程序的運(yùn)行中由鍵盤確定。
本實(shí)用新型由于在F-H實(shí)驗(yàn)儀內(nèi)設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)控制電路，通過設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)A／D、D／A卡的D／A輸出，對F-H管的各電壓實(shí)施控制，實(shí)現(xiàn)了通過計(jì)算機(jī)鍵盤就可以隨意控制F-H管的各種電壓的目的，并有較高的精度，從而達(dá)到整個(gè)實(shí)驗(yàn)全過程全部可以通過計(jì)算機(jī)鍵盤完成之目的。
本實(shí)用新型的實(shí)施例結(jié)合附圖加以說明。


圖1為本實(shí)用新型的外觀結(jié)構(gòu)前面板示意圖。
圖2為本實(shí)用新型后面板示意圖。
圖3為本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)儀部分電路方框圖。
圖4為本實(shí)用新型A／D、D／A卡電路方框圖。
圖5為本實(shí)用新型F-H管第一柵極與陰極間電壓放大及擴(kuò)流電路圖。
圖6為本實(shí)用新型F-H管第二柵極與陽極間電壓放大及擴(kuò)流電路圖。
圖7為本實(shí)用新型F-H管燈絲電壓放大及擴(kuò)流電路圖。
如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型包括電流表(1)、電壓表(2)、功能旋鈕(3、4、5、11、12、13)、電源開關(guān)(6)、X-Y函數(shù)記錄儀、接線柱(7、8、9、10)、電源指示燈(14)、外接貢管(15)、輸入增益調(diào)節(jié)旋鈕(16)、電壓調(diào)節(jié)旋鈕(17)、電源插座(18)、保險(xiǎn)管座(19)、計(jì)算機(jī)接口15芯插座(20)、輸入插座(21)和(22)。上述零部件及連接關(guān)系與現(xiàn)有夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)儀的結(jié)構(gòu)大致相同。
如圖3所示，計(jì)算機(jī)控制電路各個(gè)部分為23-觸發(fā)控制信號產(chǎn)生電路24-0-100V掃描電壓信號放大及擴(kuò)流電路25-鋸齒波形成電路26-掃描電源輸出電路27-計(jì)算機(jī)D／A2輸出0-5V信號28-計(jì)算機(jī)D／A3輸出0-5V信號29-計(jì)算機(jī)D／A4輸出0-5V信號30-F-H管第二柵極與陽極間電壓放大及擴(kuò)流電路31-F-H管第一柵極與陰極間電壓放大及擴(kuò)流電路32-F-H管燈絲電壓放大及擴(kuò)流電路33-F-H管34-微電流放大器35-光耦電路36-低通濾波器37-低通濾波器38-輸入至函數(shù)記錄儀Y輸出39-輸出至函數(shù)記錄儀X輸出40-輸出至示波器Y輸入41-輸出至示波器X輸入42-輸出至計(jì)算機(jī)A／D1輸入43-輸出至計(jì)算機(jī)A／D2輸出44-手動掃描控制。從圖上可以看出，觸發(fā)控制信號產(chǎn)生電路(23)與鋸齒波形成電路(25)通過四擲開關(guān)K1a相連接。通過(23)電路的觸發(fā)信號控制(25)電路的鋸齒波頻率與相位，以得到示波器顯示能普用掃描電壓。該電壓由四擲開關(guān)K1a相連接。通過(23)電路的觸發(fā)信號控制(25)電路的鋸齒波頻率與相位，以得到示波器顯示能普用掃描電壓。該電壓由四擲開關(guān)K1b連接至掃描電源輸出電路(26)放大到0-100V后由開關(guān)K1c連接送至F-H管(33)的第二柵極。由計(jì)算機(jī)D／A1輸出的0-5V信號(45)直接送至0-100V掃描電壓信號放大及擴(kuò)流電路(24)后由開關(guān)K1b連接傳送至掃描輸出電路(26)，放大到0-100V后由開關(guān)K1c轉(zhuǎn)換連接至F-H管(33)的第二柵極控制掃描。由計(jì)算機(jī)A／D、D／A卡D／A3輸出的0-5V電壓(28)送至放大及擴(kuò)流電路(31)放大擴(kuò)流后直接接至F-H管的第一柵極，控制一柵與陰極間的電壓。計(jì)算機(jī)A／D、D／A卡輸出的0-5V電壓(29)、經(jīng)F-H管燈絲電壓放大及擴(kuò)流電流(32)放大擴(kuò)流后直接接至F-H管(33)的燈絲上，使燈絲發(fā)熱加熱陰極發(fā)射電子。F-H管(33)陽極輸出電流接至微電流放大器(34)將能譜電流放大后送到低通濾波器(37)去除10HZ以上的干擾信號后，送計(jì)算機(jī)A／D、D／A卡的A／D1輸入(42)，同時(shí)也送到電流表(μA)和函數(shù)記錄儀Y輸入(38)及示波器Y輸入(40)。F-H管第二柵極上的掃描信號接低通濾波器(36)濾除10HZ以上的干擾信號后，送計(jì)算機(jī)A／D、D／A卡的A／D2輸入(43)，同時(shí)也送至電壓表(V)、函數(shù)記錄儀X輸入(39)，及經(jīng)光耦電路(35)后送示濾器X輸入(41)。
如圖4所示，A／D、D／A卡包括接口電路(48)、光耦合電路(49)、(50)、(61)、(62)，數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路(51)、(53)、(55)、(57)，模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路(59)、(63)?？蓪?shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路(51)、(53)、(55)、(57)輸出連接至計(jì)算機(jī)接口15芯座(20)。型號為8255A的接口電路(48)與計(jì)算機(jī)PC總線(47)相連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。接口電路(48)有3個(gè)口，其中PA口用于D／A數(shù)據(jù)輸出，通過數(shù)據(jù)總線(65)直接接到兩片型號為DAC0832的數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路(55)、(57)的數(shù)據(jù)線上。同時(shí)經(jīng)光耦電路(49)隔離后接至兩片數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路(51)、(53)的數(shù)據(jù)線上。D／A轉(zhuǎn)換電路(55)、(57)、(51)、(53)將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量后，分別通過D／A2輸出(56)、D／A4輸出(58)、D／A1輸出(52)、D／A3輸出(54)連接到15芯插座(20)上。PB口做為數(shù)據(jù)輸入口接收二路A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信號。通過數(shù)據(jù)總線(66)與型號為ADC0809的A／D轉(zhuǎn)換芯片(59)相連接。來自A／D1輸入(60)的能譜電流信號經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后送數(shù)據(jù)總線(66)。來自A／D2輸入(64)的掃描電壓信號接至型號為ADC0809的模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路(63)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后接至光耦電路(62)，隔離后送數(shù)據(jù)總線(66)。PC口作為控制口輸出控制信號使各模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路分時(shí)工作。其中(67)是型號為DAC0832的數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路(51)的讀／寫控制信號，連接至光耦電路(50)，隔離后的信號連接至D／A轉(zhuǎn)換電路(51)的讀／寫控制端。(68)是型號為DAC0832的數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路(53)的讀／寫控制信號，經(jīng)光耦電路(50)后連接至(53)的讀／寫控制端。(69)是型號為DAC0832數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路的讀／寫控制信號，直接連接到(55)的讀／寫控制端。(70)是型號為DAC0832的數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路(57)的讀寫控制信號，直接接到(57)的讀／寫控制端。(71)、(72)是型號為ADC0809的模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路(63)的“啟動轉(zhuǎn)換”和“讀數(shù)據(jù)”信號，連接到光耦電路(61)上，隔離后的信號直接接到(63)的相應(yīng)端子上，(73)、(74)是模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路(59)的“啟動轉(zhuǎn)換”和“讀數(shù)據(jù)”信號，它直接連接到(59)的相應(yīng)端子上，控制型號為ADC0809的模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路(59)的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)輸送到數(shù)據(jù)總線(66)上。
如圖5所示，F(xiàn)-H管第一柵極與陰極間電壓放大及擴(kuò)流電路(31)包括運(yùn)算放大器IC2(LM324)、晶體管T3、電容C3、C4，電阻R5、R6、R7，電阻R5的導(dǎo)線與IC2的正極相連接，電容C3、C4的導(dǎo)線與IC2的負(fù)極相連接。
如圖6所示，F(xiàn)-H管第二柵極與陽極間電壓放大及擴(kuò)流電路(30)包括運(yùn)算放大器IC3(LM324)、晶體管T4和電容C5、C6，可變電阻W2及電阻R8、R9、R10、R11、R12，運(yùn)算放大器IC3與晶體管T4相連接，電阻R8的導(dǎo)線與運(yùn)算放大器IC3的正極相連接，電阻R10、R11的導(dǎo)線與IC3的負(fù)極相連接。
如圖7所示，F(xiàn)-H管燈絲電壓放大及擴(kuò)流電路(32)包括運(yùn)算放大器IC1、晶體管T1、T2、電容C1、C2、可變電阻W1和電阻R1、R2及R3，運(yùn)算放大器1C1(LM324)與晶體管T1、T2相連接，電阻R1的導(dǎo)線與IC1的正極相連接，電阻R3、W1的導(dǎo)線與IC1的負(fù)極相連接。
權(quán)利要求1．帶有計(jì)算機(jī)控制電路的夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)儀，包括電流表(1)、電壓表(2)、功能旋鈕(3、4、5、11、12、13)、電源開關(guān)(6)、X-Y函數(shù)記錄儀接線柱(7、8、9、10)、電源指示燈(14)、外接貢管(15)、輸入增益調(diào)節(jié)旋鈕(16)、電壓調(diào)節(jié)旋鈕(17)、電源插座(18)、保險(xiǎn)管座(19)、輸入插座(21)和(22)，其特征在于實(shí)驗(yàn)儀器內(nèi)裝有計(jì)算機(jī)控制電路，實(shí)驗(yàn)儀后面板上裝有可與計(jì)算機(jī)A／D、D／A卡相連接的計(jì)算機(jī)接口15芯插座(20)，計(jì)算機(jī)控制電路包括可與A／D、D／A卡相連接的計(jì)算機(jī)接口15芯插座(20)、F-H管第二柵極與陽極間電壓放大及擴(kuò)流電路(30)、F-H管第一柵極與陰極間電壓放大及擴(kuò)流電路(31)及F-H管燈絲電壓放大及擴(kuò)流電路(32)，各放大擴(kuò)流電路均與F-H管(33)相連接；A／D、D／A卡包括接口電路(48)、光耦合電路(49)(50)(61)(62)、數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路(51)(53)(55)(57)，模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路(59)(63)，可將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的數(shù)／模轉(zhuǎn)換電路(51)、(53)、(55)、(57)輸出連接至計(jì)算機(jī)接口15芯座(20)，接口電路(48)與計(jì)算機(jī)PC總線(47)相連接。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有計(jì)算機(jī)控制電路的夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于F-H管第二柵極與陽極間電壓放大及擴(kuò)流電路(30)包括運(yùn)算放大器IC3、晶體管T4和電容C5、C6，可變電阻W2及電阻R8、R9、R10、R11、R12，運(yùn)算放大器IC3與晶體管T4相連接，電阻R8的導(dǎo)線與運(yùn)算放大器IC3的正極相連接，電阻R10、R11的導(dǎo)線與IC3的負(fù)極相連接。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有計(jì)算機(jī)控制電路的夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于F-H管第一柵極與陰極間電壓放大及擴(kuò)流電路(31)包括運(yùn)算放大器IC2、晶體管T3、電容C3、C4，電阻R5、R6、R7，電阻R5的導(dǎo)線與IC2的正極相連接，電容C3、C4的導(dǎo)線與IC2的負(fù)極相連接。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有計(jì)算機(jī)控制電路的夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)儀，其特征在于F-H管燈絲電壓放大及擴(kuò)流電路(32)包括運(yùn)算放大器IC1、晶體管T1、T2、電容C1、C2、可變電阻W1和電阻R1、R2和R3，運(yùn)算放大器IC1與晶體管T1和T2相連接，電阻R1的導(dǎo)線與IC1的正極相連接，電阻R3、W1的導(dǎo)線與IC1的負(fù)極相連接。
專利摘要本實(shí)用新型屬于物理實(shí)驗(yàn)儀器領(lǐng)域。為了實(shí)現(xiàn)夫蘭克－赫茲實(shí)驗(yàn)儀的控制、數(shù)據(jù)采集及處理全微機(jī)化操作,在原有的夫蘭克－赫茲實(shí)驗(yàn)儀的基礎(chǔ)上,本實(shí)用新型在實(shí)驗(yàn)儀內(nèi)裝有計(jì)算機(jī)控制電路,設(shè)計(jì)了專用A/D、D/A卡,增加了計(jì)算機(jī)對夫蘭克－赫茲(F－H)管的燈絲電壓、一柵與陰極間電壓、二柵與陽極間電壓的控制功能。實(shí)現(xiàn)了通過計(jì)算機(jī)鍵盤就可隨意控制F－H管的各種電壓的目的,并有較高的精度,從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)全過程可通過計(jì)算機(jī)鍵盤完成之目的。
文檔編號G01N33/00GK2306506SQ97223048
公開日1999年2月3日 申請日期1997年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月28日
發(fā)明者楊澤林 申請人:寧夏教育學(xué)院