【实验内容与步骤】
1.准备
(1)熟悉实验装置结构和使用方法(参见附录)。
(2)按照实验要求连接实验线路(参见附录),检查无误后开机。
(3)示波器连接与设置。
1)将F-H 实验仪的信号输出端、同步输出端分别接示波器CH1和EXT/SOURCE端。
2)调节垂直VOLTS/DIV 旋钮至100~500mV。
3)调节水平TIME/DIV 旋钮至0.20ms。
4)待信号输入(测试开始)调节垂直POSITION 旋钮,使波形居中。
5)待信号输入(测试开始)后微调触发电平LEVEL旋钮,使波形清晰、稳定。
(4)开机后的初始状态。开机后,实验仪面板状态显示如下。
1)实验仪的“1mA”电流挡位指示灯亮,表明此时电流的量程为1mA 挡;电流显示值000.0μA。
2)实验仪的“灯丝电压”挡位指示灯亮,表明此时修改的电压为灯丝电压;电压显示值为000.0V;最后一位在闪动,表明现在修改位为最后一位。
3)“手动”指示灯亮,表明仪器工作正常。
2.氩元素的第一激发电位测量
(1)手动测试。用智能弗兰克-赫兹实验仪实验主机单独完成弗兰克-赫兹实验。
1)设置仪器为“手动”工作状态,按“手动/自动”键,“手动”指示灯亮。
2)设定电流量程。按下电流量程10μA 键,对应的量程指示灯点亮。
3)设定电压源的电压值,用↓/↑,←/→键完成,需设定的电压源有灯丝电压VF、第一加速电压VG1K、拒斥电压VG2A。设定状态参见随机提供的工作条件(见机箱)。
4)按下“启动”键,实验开始。用↓/↑,←/→键完成VG2K电压值的调节,从0.0V起,按步长1V(或0.5V)的电压值调节电压源VG2K,仔细观察弗兰克-赫兹管的板极电流值IA的变化(可用示波器观察),读出IA的峰、谷值和对应的VG2K值。(一般取IA的谷在4~5个为佳)。
5)重新启动。在手动测试的过程中,按下启动按键,VG2K的电压值将被设置为零,内部存储的测试数据被清除,示波器上显示的波形被清除,但VF、VG1K、VG2A、电流挡位等的状态不发生改变。这时,操作者可以在该状态下重新进行测试,或修改状态后再进行测试。
(2)自动测试。智能弗兰克-赫兹实验仪除可以进行手动测试外,还可以进行自动测试。进行自动测试时,实验仪将自动产生VG2K扫描电压,完成整个测试过程;将示波器与实验仪相连接,在示波器上可看到弗兰克-赫兹管板极电流随VG2K电压变化的波形。
1)自动测试状态设置。自动测试时,VF、VG1K、VG2A及电流挡位等状态设置的操作过程,弗兰克-赫兹管的连线操作过程与手动测试操作过程一样。
2)VG2K扫描终止电压的设定。进行自动测试时,实验仪将自动产生VG2K扫描电压。实验仪默认VG2K扫描电压的初始值为0,VG2K扫描电压大约每0.4s递增0.2V,直到扫描终止电压。要进行自动测试,必须设置电压VG2K的扫描终止电压。
首先,将“手动/自动”测试键按下,自动测试指示灯亮;按下VG2K电压源选择键,VG2K电压源选择指示灯亮;用↓/↑,←/→键完成VG2K电压值的具体设定。VG2K设定终止值建议以不超过80V 为好。
3)自动测试启动。将电压源选为VG2K,再按面板上的“启动”键,自动测试开始。在自动测试过程中,观察扫描电压VG2K与弗兰克-赫兹管板极电流的相关变化情况。(可通过示波器观察弗兰克-赫兹管板极电流IA随扫描电压VG2K变化的输出波形)在自动测试过程中,为避免面板按键误操作,导致自动测试失败,面板上除“手动/自动”按键外的所有按键都被屏蔽禁止。
4)自动测试过程正常结束。当扫描电压VG2K的电压值大于设定的测试终止电压值后,实验仪将自动结束本次自动测试过程,进入数据查询工作状态。测试数据保留在实验仪主机的存储器中,供数据查询过程使用,所以,示波器仍可观测到本次测试数据所形成的波形。直到下次测试开始时才刷新存储器的内容。
5)自动测试后的数据查询。自动测试过程正常结束后,实验仪进入数据查询工作状态。这时面板按键除测试电流指示区外,其他都已开启。自动测试指示灯亮,电流量程指示灯指示于本次测试的电流量程选择挡位;各电压源选择按键可选择各电压源的电压值指示,其中VF、VG1K、VG2A三电压源只能显示原设定电压值,不能通过按键改变相应的电压值。用↓/↑,←/→键改变电压源VG2K的指示值,就可查阅到在本次测试过程中,电压源VG2K的扫描电压值为当前显示值时,对应的弗兰克-赫兹管板极电流值IA的大小,读出IA的峰、谷值和对应的VG2K值(为便于作图,在IA的峰、谷值附近需多取几个点)。
6)中断自动测试过程。在自动测试过程中,只要按下“手动/自动键”,手动测试指示灯亮,实验仪就中断了自动测试过程,恢复到开机初始状态。所有按键都被再次开启工作。这时可进行下一次的测试准备工作。
本次测试的数据依然保留在实验仪主机的存储器中,直到下次测试开始时才被清除。所以,示波器仍会观测到部分波形。
7)结束查询过程恢复初始状态。当需要结束查询过程时,只要按下“手动/自动”键,手动测试指示灯亮,查询过程结束,面板按键再次全部开启。原设置的电压状态被清除,实验仪存储的测试数据被清除,实验仪恢复到初始状态。
注意:测试结束后迅速将电压VG2K减小至10V 左右,以保护弗兰克-赫兹管。