专利名称：带有计算机控制电路的夫兰克－赫兹实验仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于物理实验仪器领域，特别涉及带有微机控制电路的夫兰-克赫兹实验仪。
夫兰克-赫兹实验仪即F-H实验仪是为用实验的方法揭示原子内部能量量子化效应而提供的一种实验装置，可以测量出原子第一激发能的电位值。目前常见的F-H实验仪多采用手动描点或X、Y函数记录仪作用来完成实验内容。无论从实验精度上、资金占用上、实验手段现代化上，均不理想。
本实用新型的目的是针对现有的F-H实验仪存在的一些不足之处，提供一种可带有计算机控制电路的F-H实验仪，以实现F-H仪的控制、数据采集及处理全微机化操作。
本实用新型的技术方案是这样的。经过改进的夫兰克-赫兹实验仪包括电流表、电压表、功能旋钮、电源开关、X-Y函数记录仪接线柱、电源指示灯、外接贡管、输入增盖调节旋钮、电压调节旋钮、电源插座、保险管座和输入插座。其特征在于实验仪器内装有计算机控制电路，实验仪后面板上装有可与计算机A／D、D／A卡相连接的计算机接口15芯插座。增加了计算机对夫兰克赫兹(F-H)管的灯丝电压、一栅与阴极间电压、二栅与阳极间电压的控制功能。计算机控制电路包括可与A／D、D／A卡相连接的计算机接口15芯插座、F-H管第二栅极与阳极间电压放大及扩流电路、F-H管第一栅极与阴极间电压放大及扩流电路及F-H管灯丝电压放大及扩流电路，各放大扩流电路均与F-H管相连接。本实用新型设计了F-H实验仪专用的A／D、D／A卡，A／D、D／A卡采用PC总线结构，卡上的接口电路由8255A接口芯片担任，后续所有电路都须通过该接口与计算机通讯。F-H管所需要的灯丝电压、一栅和阴极间电压、二栅和阳极间电压由A／D、D／A卡的D／A输出经放大、扩流获得。计算机控制信号放大及扩流电路是用来将三个0-5V的D／A输出信号线性放大并扩流到F-H管各电极所要求的数值。这些数值的高低可通过在程序的运行中由键盘确定。
本实用新型由于在F-H实验仪内设计了计算机控制电路，通过设计的计算机A／D、D／A卡的D／A输出，对F-H管的各电压实施控制，实现了通过计算机键盘就可以随意控制F-H管的各种电压的目的，并有较高的精度，从而达到整个实验全过程全部可以通过计算机键盘完成之目的。
本实用新型的实施例结合附图加以说明。
图1为本实用新型的外观结构前面板示意图。
图2为本实用新型后面板示意图。
图3为本实用新型实验仪部分电路方框图。
图4为本实用新型A／D、D／A卡电路方框图。
图5为本实用新型F-H管第一栅极与阴极间电压放大及扩流电路图。
图6为本实用新型F-H管第二栅极与阳极间电压放大及扩流电路图。
图7为本实用新型F-H管灯丝电压放大及扩流电路图。
如图1、图2所示，本实用新型包括电流表(1)、电压表(2)、功能旋钮(3、4、5、11、12、13)、电源开关(6)、X-Y函数记录仪、接线柱(7、8、9、10)、电源指示灯(14)、外接贡管(15)、输入增益调节旋钮(16)、电压调节旋钮(17)、电源插座(18)、保险管座(19)、计算机接口15芯插座(20)、输入插座(21)和(22)。上述零部件及连接关系与现有夫兰克-赫兹实验仪的结构大致相同。
如图3所示，计算机控制电路各个部分为23-触发控制信号产生电路24-0-100V扫描电压信号放大及扩流电路25-锯齿波形成电路26-扫描电源输出电路27-计算机D／A2输出0-5V信号28-计算机D／A3输出0-5V信号29-计算机D／A4输出0-5V信号30-F-H管第二栅极与阳极间电压放大及扩流电路31-F-H管第一栅极与阴极间电压放大及扩流电路32-F-H管灯丝电压放大及扩流电路33-F-H管34-微电流放大器35-光耦电路36-低通滤波器37-低通滤波器38-输入至函数记录仪Y输出39-输出至函数记录仪X输出40-输出至示波器Y输入41-输出至示波器X输入42-输出至计算机A／D1输入43-输出至计算机A／D2输出44-手动扫描控制。从图上可以看出，触发控制信号产生电路(23)与锯齿波形成电路(25)通过四掷开关K1a相连接。通过(23)电路的触发信号控制(25)电路的锯齿波频率与相位，以得到示波器显示能普用扫描电压。该电压由四掷开关K1a相连接。通过(23)电路的触发信号控制(25)电路的锯齿波频率与相位，以得到示波器显示能普用扫描电压。该电压由四掷开关K1b连接至扫描电源输出电路(26)放大到0-100V后由开关K1c连接送至F-H管(33)的第二栅极。由计算机D／A1输出的0-5V信号(45)直接送至0-100V扫描电压信号放大及扩流电路(24)后由开关K1b连接传送至扫描输出电路(26)，放大到0-100V后由开关K1c转换连接至F-H管(33)的第二栅极控制扫描。由计算机A／D、D／A卡D／A3输出的0-5V电压(28)送至放大及扩流电路(31)放大扩流后直接接至F-H管的第一栅极，控制一栅与阴极间的电压。计算机A／D、D／A卡输出的0-5V电压(29)、经F-H管灯丝电压放大及扩流电流(32)放大扩流后直接接至F-H管(33)的灯丝上，使灯丝发热加热阴极发射电子。F-H管(33)阳极输出电流接至微电流放大器(34)将能谱电流放大后送到低通滤波器(37)去除10HZ以上的干扰信号后，送计算机A／D、D／A卡的A／D1输入(42)，同时也送到电流表(μA)和函数记录仪Y输入(38)及示波器Y输入(40)。F-H管第二栅极上的扫描信号接低通滤波器(36)滤除10HZ以上的干扰信号后，送计算机A／D、D／A卡的A／D2输入(43)，同时也送至电压表(V)、函数记录仪X输入(39)，及经光耦电路(35)后送示滤器X输入(41)。
如图4所示，A／D、D／A卡包括接口电路(48)、光耦合电路(49)、(50)、(61)、(62)，数／模转换电路(51)、(53)、(55)、(57)，模／数转换电路(59)、(63)。可将数字量转换为模拟量的数／模转换电路(51)、(53)、(55)、(57)输出连接至计算机接口15芯座(20)。型号为8255A的接口电路(48)与计算机PC总线(47)相连接，进行数据交换。接口电路(48)有3个口，其中PA口用于D／A数据输出，通过数据总线(65)直接接到两片型号为DAC0832的数／模转换电路(55)、(57)的数据线上。同时经光耦电路(49)隔离后接至两片数／模转换电路(51)、(53)的数据线上。D／A转换电路(55)、(57)、(51)、(53)将数字量转换为模拟量后，分别通过D／A2输出(56)、D／A4输出(58)、D／A1输出(52)、D／A3输出(54)连接到15芯插座(20)上。PB口做为数据输入口接收二路A／D转换后的数据信号。通过数据总线(66)与型号为ADC0809的A／D转换芯片(59)相连接。来自A／D1输入(60)的能谱电流信号经A／D转换后送数据总线(66)。来自A／D2输入(64)的扫描电压信号接至型号为ADC0809的模／数转换电路(63)转换为数字信号后接至光耦电路(62)，隔离后送数据总线(66)。PC口作为控制口输出控制信号使各模／数转换电路和数／模转换电路分时工作。其中(67)是型号为DAC0832的数／模转换电路(51)的读／写控制信号，连接至光耦电路(50)，隔离后的信号连接至D／A转换电路(51)的读／写控制端。(68)是型号为DAC0832的数／模转换电路(53)的读／写控制信号，经光耦电路(50)后连接至(53)的读／写控制端。(69)是型号为DAC0832数／模转换电路的读／写控制信号，直接连接到(55)的读／写控制端。(70)是型号为DAC0832的数／模转换电路(57)的读写控制信号，直接接到(57)的读／写控制端。(71)、(72)是型号为ADC0809的模／数转换电路(63)的“启动转换”和“读数据”信号，连接到光耦电路(61)上，隔离后的信号直接接到(63)的相应端子上，(73)、(74)是模／数转换电路(59)的“启动转换”和“读数据”信号，它直接连接到(59)的相应端子上，控制型号为ADC0809的模／数转换电路(59)的转换，并将转换好的数据输送到数据总线(66)上。
如图5所示，F-H管第一栅极与阴极间电压放大及扩流电路(31)包括运算放大器IC2(LM324)、晶体管T3、电容C3、C4，电阻R5、R6、R7，电阻R5的导线与IC2的正极相连接，电容C3、C4的导线与IC2的负极相连接。
如图6所示，F-H管第二栅极与阳极间电压放大及扩流电路(30)包括运算放大器IC3(LM324)、晶体管T4和电容C5、C6，可变电阻W2及电阻R8、R9、R10、R11、R12，运算放大器IC3与晶体管T4相连接，电阻R8的导线与运算放大器IC3的正极相连接，电阻R10、R11的导线与IC3的负极相连接。
如图7所示，F-H管灯丝电压放大及扩流电路(32)包括运算放大器IC1、晶体管T1、T2、电容C1、C2、可变电阻W1和电阻R1、R2及R3，运算放大器1C1(LM324)与晶体管T1、T2相连接，电阻R1的导线与IC1的正极相连接，电阻R3、W1的导线与IC1的负极相连接。
权利要求1．带有计算机控制电路的夫兰克-赫兹实验仪，包括电流表(1)、电压表(2)、功能旋钮(3、4、5、11、12、13)、电源开关(6)、X-Y函数记录仪接线柱(7、8、9、10)、电源指示灯(14)、外接贡管(15)、输入增益调节旋钮(16)、电压调节旋钮(17)、电源插座(18)、保险管座(19)、输入插座(21)和(22)，其特征在于实验仪器内装有计算机控制电路，实验仪后面板上装有可与计算机A／D、D／A卡相连接的计算机接口15芯插座(20)，计算机控制电路包括可与A／D、D／A卡相连接的计算机接口15芯插座(20)、F-H管第二栅极与阳极间电压放大及扩流电路(30)、F-H管第一栅极与阴极间电压放大及扩流电路(31)及F-H管灯丝电压放大及扩流电路(32)，各放大扩流电路均与F-H管(33)相连接；A／D、D／A卡包括接口电路(48)、光耦合电路(49)(50)(61)(62)、数／模转换电路(51)(53)(55)(57)，模／数转换电路(59)(63)，可将数字量转换为模拟量的数／模转换电路(51)、(53)、(55)、(57)输出连接至计算机接口15芯座(20)，接口电路(48)与计算机PC总线(47)相连接。
2．根据权利要求1所述的带有计算机控制电路的夫兰克-赫兹实验仪，其特征在于F-H管第二栅极与阳极间电压放大及扩流电路(30)包括运算放大器IC3、晶体管T4和电容C5、C6，可变电阻W2及电阻R8、R9、R10、R11、R12，运算放大器IC3与晶体管T4相连接，电阻R8的导线与运算放大器IC3的正极相连接，电阻R10、R11的导线与IC3的负极相连接。
3．根据权利要求1所述的带有计算机控制电路的夫兰克-赫兹实验仪，其特征在于F-H管第一栅极与阴极间电压放大及扩流电路(31)包括运算放大器IC2、晶体管T3、电容C3、C4，电阻R5、R6、R7，电阻R5的导线与IC2的正极相连接，电容C3、C4的导线与IC2的负极相连接。
4．根据权利要求1所述的带有计算机控制电路的夫兰克-赫兹实验仪，其特征在于F-H管灯丝电压放大及扩流电路(32)包括运算放大器IC1、晶体管T1、T2、电容C1、C2、可变电阻W1和电阻R1、R2和R3，运算放大器IC1与晶体管T1和T2相连接，电阻R1的导线与IC1的正极相连接，电阻R3、W1的导线与IC1的负极相连接。
专利摘要本实用新型属于物理实验仪器领域。为了实现夫兰克－赫兹实验仪的控制、数据采集及处理全微机化操作,在原有的夫兰克－赫兹实验仪的基础上,本实用新型在实验仪内装有计算机控制电路,设计了专用A/D、D/A卡,增加了计算机对夫兰克－赫兹(F－H)管的灯丝电压、一栅与阴极间电压、二栅与阳极间电压的控制功能。实现了通过计算机键盘就可随意控制F－H管的各种电压的目的,并有较高的精度,从而达到实验全过程可通过计算机键盘完成之目的。
文档编号G01N33/00GK2306506SQ97223048
公开日1999年2月3日 申请日期1997年5月28日 优先权日1997年5月28日
发明者杨泽林 申请人:宁夏教育学院