文 献 综 述

本文的材料主要来源于有关国内外的文献资料、期刊、学术论文、报纸、专业性网站以及相关的评论文章。

1913年，丹麦物理学家玻尔(N．Bohr，1885 1962)在卢瑟福原子核模型的基础上，结合普朗克的量子理论，成功地解释了原子的稳定性和原子的线状光谱理论，玻尔理论是原子物理学发展史上的一个重要里程碑。玻尔由于研究原子结构和原子辐射贡献突出获得了1 922年的诺贝尔物理学奖。

在玻尔原子结构理论发表的第二年，即1914年，德国物理学家弗兰克(J．Frank，1882#8212;1964)和赫兹(G．Hertz，1887#8212;1975)用慢电子与稀薄气体原子碰撞的方法，使原子从低能级激发到较高能级。通过测量电子和原子碰撞时交换某一定值的能量，直接证明了原子内部量子化能级的存在．证明了原子发生跃迁时吸收和发射的能量是完全确定的、不连续的，给玻尔的原子理论提供了直接的独立于光谱研究方法的实验证据。由于此项卓越的成就，他们获得了1925年的诺贝尔物理学奖。这是量子物理发展史上理论与实验相互印证的又一个极好的例证。

弗兰克一赫兹管(简称F#8212;H管)是一只具有双栅极结构的柱面型四极管，管中充以待测量的气体(如汞蒸气或氩气、氖气等惰性气体)。F#8212;H管内有4个电极：阴极K、第一栅极G1、第二栅极G2、板极A。各极之间施加4个电压．分别为灯丝加热电压UF、正向电压U_G1K、加速电压U_G2K、减速电压U_G2A。实验过程中保持U_G1K和U_G2A的数值不变，而使加速电压U_G2K由零逐渐慢慢增加，测量板极电流I_A随加速电压U的变化关系．从而确定氩原子的第一激发电势。

目前大多数实验室使用的弗兰克 -赫兹实验仪存在手动调节加速压不够精细，描点测I_A~U_G2K曲线准确度低，直观性差的缺点。加速电压的调节主要是通过调节电位器实现的，电位器的电阻体有两个固定端，通过手动调节转轴或滑柄，改变动触点在电阻体上的位置，则改变了动触点与任一个固定端之间的电阻值，从而改变了电压与电流的大小，弗兰克赫兹实验仪中使用的电位器主要使用碳膜作为电阻膜，由于电位器的结构特点所致，在使用的过程中，电位器接触点与电阻体反复产生摩擦，电阻体表面的碳膜等涂层被磨损，导致其调节失灵，经常致使仪器不能正常工作。实验参数不能保证定量测量，得到的曲线出现误差，其次，电位器所测量程较小，不能满足实验需求。为此，采用数字电压调节的方案，消除电位器由于机械磨损带来的弊端，要实现线性电压的输入及数字调节，则需要有单片机控制的D/A转换器。

D／A转换器是单片机应用系统输出通道中的一个重要环节．因为大多数的执行机构只能接受模拟量，所以单片机输出的数字量只有经过D／A转换后才能被执行机构所接受。在转换过程中，数字量信号应与模拟量信号保持正比例关系，即输出数字量越大，对应模拟量数值也应越大。D／A转换器输出模拟量为电压信号，其大小满足以下公式。 V=BXV_R 其中，VR为常量，是D/A转换器输出的最小电压；B为对应的二进制数值大小。

各种型号的D／A转换器芯片较多，从结构来看D／A芯片分为两类：一类是自身带锁存器的；另一类足自身不带锁存器的。对于自身不带锁存器的D／A转换器在与单片机连接时要另加锁存器，而对于自身带锁存器的D／A转换器可直接与单片机相连接。日前集成电路已将精密的权电阻、模拟开关、数据锁存器，甚至包括基准电源和运算放大器都做在同一芯片上，而且信号电平与8位或16位的微处理器兼容，故只要用少量外同元件就可构成完整的D/A转换电路。但D/A转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。

由于半导体IC化技术的发展，人们现在已经能够很容易得到廉价的、小型化的运算放大器（OPA）。特别是通用运算放大器的价格已经降低到相当于1个晶体管或者二极管的程度。使用运算放大器的电子电路容易设计，而且整个电路使用的部件少，功率消耗也小，以至于电子学电路的标准已经由以往的晶体管、二极管等分立器件组成的电路变为使用运算放大器的电路。运算放大器是一种直接耦合的高增益放大器，可以执行许多线性的工作诸如，模拟计算机、V／J或，J／V转换器、直流仪表放大器、主动滤波器等等，用途十分广泛。OPA与一般放大器最大不同之处就是它拥有两个输入端，即反相输入端与正相输入端.所谓反相输入，是指在此端输入信号后，OPA将输出一个与输入信号反相(相差180。)且放大A倍的信号，而所谓正相输入是指在此端输入信号后，OPA将输出一个与输入信号同相且放大A倍的信号.要执行信号放大的功能。作为各种不同类型的放大器，则必须借助OPA的负反馈动作。因为负反馈使得OPA的两输入端差压几乎为零，亦即所谓的”虚短路#8217;现象。

为此设计由单片机控制D/A转换，通过运算放大器放大的电路，将输入的数字量变成模拟电压量，进而由运放的进行信号处理，输出所需要的线性电压值。