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申请/专利权人：武汉市蜀汉量子科技有限责任公司

摘要：本实用新型一种弗兰克‑赫兹实验及金属逸出功实验综合电路的供电电路，供电电路包括振荡信号源、功放功率输出单元、变压器电压变换单元和变压器输出电路；振荡信号源，由运算放大器构成文氏振荡电路，输出频率22kHz的正弦信号，以驱动后级的功放电路工作；供电功率输出电路，由功率运算放大器TDA2030构成桥接输出放大电路，将前级送入的22kHz信号放大为满电源电压的正弦信号，以提供给变压器作为输入电压；变压器电压变换电路，将22kHz的功率正弦电压，变压为所需要的多路正弦电压输出；变压器输出电路包括三个绕组，以提供三个功能的电路供电，信号在转换过程中，均工作在线性状态，对于电路中其他的弱信号及微小信号的采集放大，不会产生任何干扰。

主权项：一种弗兰克‑赫兹实验及金属逸出功实验综合电路的供电电路，所述供电电路包括振荡信号源、功放功率输出单元、变压器电压变换单元和变压器输出电路；振荡信号源、功放功率输出单元、变压器电压变换单元和变压器输出电路依次连接；具体地：所述振荡信号源，由运算放大器构成经典的文氏振荡电路，输出频率22kHz的正弦信号，以驱动后级的功放电路工作；功放功率输出单元，由功率运算放大器构成桥接输出放大电路，将前级送入的22kHz信号放大为满电源电压的正弦信号，以提供给变压器作为输入电压；变压器电压变换单元，将22kHz的功率正弦电压，变压为所需要的多路正弦电压输出；变压器输出电路包括三个绕组，以提供三个功能的电路供电，分别为‑15V供电电压，‑20‑0V可调偏压电路供电电压，‑120‑0V偏压电路供电电压。

全文数据：一种弗兰克-赫兹实验及金属逸出功实验综合电路的供电电路技术领域[0001]本实用新型涉及一种弗兰克-赫兹实验及金属逸出功实验综合电路，具体涉及综合电路的供电电路。背景技术[0002]弗兰克-赫兹实验及金属逸出功实验是近代物理实验的常见实验。如图1所示为金属逸出功实验原理图，金属自由传导电子的能量符合费米-狄拉克分布，在绝对零度时，电子的最高能量称为费米能级EF。在绝对零度时，金属表面的电子逸出需要从外界获得的最少能量为W0=Wa-EF，其Wa为金属与真空之间的势垒，W0为逸出功。实验中改变电子管阴极温度，从而改变电子的能量分布，使得存在能量大于Wb的电子，在加速电场的作用下形成逸出电流。通过不同温度、不同逸出电流的测量，利用理查森直线法进行分析拟合，可计算金属逸出功。[0003]如图2所示为弗兰克赫兹实验原理图。弗兰克-赫兹实验通过慢速电子与原子碰撞揭示原子内部能量量子化的特征。电子同样是由热阴极发射，同样是在加速电场的作用下进行加速，但电子在运动过程中可能会与电子管中的氩原子相碰撞，若电子能量达到氩原子的临界能量，则电子会转移一部分能量于氩原子，使氩原子跃迀到激发态，同时电子能量损失并在拒斥电场的作用下返回栅极，不会形成阳极电流，且因为原子内部能量的量子化，阳极电流会随着加速电压的增加而规律性起伏变化，且实验中拒斥电压筛选电子的方法是常用的实验技术手段。由此可知，虽然两个实验差异较大，但其核心本质都是能量，一个是克服表面与真空之间的能量势垒，一个是在经过氩气气氛时有量子化的能量损失。两者都需要热阴极发射电子，都需要加速电压，测量的主要对象都是逸出电流。因此在对实验仪器硬件的合理设计和改造是可以有效的综合两者实验。实用新型内容[0004]针对上述问题，本实用新型提出一种弗兰克-赫兹实验及金属逸出功实验综合电路的供电电路，所述供电电路包括振荡信号源、功放功率输出单元、变压器电压变换单元和变压器输出电路;振荡信号源、功放功率输出单元、变压器电压变换单元和变压器输出电路依次连接，具体地：[0005]所述振荡信号源，由运算放大器构成经典的文氏振荡电路，输出频率22kHz的正弦信号，以驱动后级的功放电路工作；[0006]功放功率输出单元，由功率运算放大器TDA2030构成桥接输出放大电路，将前级送入的22kHz信号放大为满电源电压的正弦信号，以提供给变压器作为输入电压；[0007]变压器电压变换单元，将22kHz的功率正弦电压，变压为所需要的多路正弦电压输出；[0008]变压器输出电路包括三个绕组，以提供三个功能的电路供电，分别为-15V供电电压，-20-0V可调偏压电路供电电压，-120-0V偏压电路供电电压。[0009]本实用新型电路结构的优点在于，信号在转换过程中，均工作在线性状态，对于电路中其他的弱信号及微小信号的采集放大，不会产生任何干扰。附图说明[0010]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。[0011]下面结合附图对本实用新型做进一步说明：[0012]图1为金属逸出功实验原理图；[0013]图2为弗兰克赫兹实验原理图；[0014]图3为本实用新型实施例的整体结构示意图。具体实施方式[0015]下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。[0016]如图3所示为本实用新型综合实验系统的供电电路，该供电电路一方面实现负压供电，另一方面该供电电路为浮地隔离设计，其产生的加速电场可钳位于不同偏置电压上。该供电电路具体包括振荡信号源、功放功率输出电路、变压器电压变换电路和变压器输出电路。其中，振荡信号源是由0PA2277运算放大器构成经典的文氏振荡电路，输出频率22kHz的正弦信号，以驱动后级的功放电路工作;供放功率输出电路，由功率运算放大器TM2030构成桥接输出放大电路，将前级送入的22kHz信号放大为满电源电压的正弦信号，以提供给变压器作为输入电压;变压器电压变换电路，将22kHz的功率正弦电压，变压为所需要的多路正弦电压输出。变压器输出电路包括三个绕组，以提供三个功能的电路供电，分别为—15V供电电压，-20-0V可调偏压电路供电电压，-120-0V偏压电路供电电压。[0017]所述振荡信号源包括运算放大器Nl〇3B、电容C101〜C102、电阻R101〜R105、可调节电阻器BP1、二极管D101〜D102;[0018]其中，运算放大器Nl〇3B的输出端连接电容C103,电阻R101和电容C101并联后的其中一端分别连接电阻Rl〇3和运算放大器Nl〇3B的同相输入端，另外一端连接电阻ri〇2并输出频率22kHz的正弦信号；电阻R102的另外一端连接运算放大器N103B的反相输入端;对向并联的二极管D101和D102组成的电路依次串联电阻R105和可调节电阻器BP1，并和电阻R104并联后的组成电路的一端连接电容C102,另外一端连接在电阻R1〇2和运算放大器N103B的反相输入端之间；[0019]所述功放功率输出电路包括运算放大器N101、运算放大器N102、电容C100、电容C104〜Cl〇7、电阻Rl〇6〜R115、整流二极管D103〜D106;[0020]振荡信号源的22kHz的正弦信号输入至电阻Rl〇7;电容ci〇3的另一端连接电阻R110,电阻R100的另一端连接在电阻R111和运算放大器N102的同相输入端之间；电容ci〇4的一端与电阻Rl〇6的一端并联，电容C104依次串联Cl〇6、电阻Rl〇8,然后接入运算放大器Nl〇2的反相输入端；电容C104的另外一端连接电阻R106的一端并接地；电阻ri〇6的另一端依次和电阻R111的另一端、电容C105、电阻R114连接；电阻R107的另一端并联连接电容C105的另一端，并连接+24V电源输入端A;电阻R109的一端连接在电阻R108和运算放大器N102的反相输入端之间，并且另一端依次和二极管D106的输出端、运算放大器N102的输出端、二极管Dl〇5的输入端；二极管Dl〇6的输入端连接运算放大器N102反相输入端电源并接地；二极管D105的输出端连接+24V电源输入端A，同时+24V电源输入端A也作为运算放大器N102同相输入端电源；[0021]电阻R112的一端连接二极管D105的输入端，另一端依次和电阻R113、电容C117连接；电容C117的另一端连接运算放大器N101的反相输入端；电阻RU3的另一端和运算放大器N101的反相输入端电源连接并接地；电阻RII5连接在电容C117和运算放大器N101的反相输入端之间，另一端连接变压器输出电路;二极管D104的输入端连接运算放大器N101反相输入纟而电源，输出端连接电阻R1lf5和运算放大器N101的输出端之间；二极管D103连接在运算放大器N101输出端和正相输入端电源之间，其中二极管D103的输入端连接运算放大器N101的输出端;运算放大器N101正相输入端电源连接+24V电压输入，且在运算放大器N101正相输入端和反相输入端的电源之间连接有电容C100;[0022]由四个电容C108、C109、C110以及C111并联组成电路的一端连接二极管D105的输入端，输出端连接变压器输出电路；[0023]所述变压器输出电路包括三个32匝绕组，其中一个绕组的两端分别连接电阻R115和电谷C108、C109、C110以及Cl11并联组成电路的另一端；另外两个绕组另外连接二极管D107和D108。[0024]本实用新型电路结构的优点在于，信号在转换过程中，均工作在线性状态，对于电路中其他的弱信号及微小信号的采集放大，不会产生任何干扰。[0025]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

权利要求：1.一种弗兰克-赫兹实验及金属逸出功实验综合电路的供电电路，所述供电电路包括振荡信号源、功放功率输出单元、变压器电压变换单元和变压器输出电路;振荡信号源、功放功率输出单元、变压器电压变换单元和变压器输出电路依次连接;具体地：所述振荡信号源，由运算放大器构成经典的文氏振荡电路，输出频率22kHz的正弦信号，以驱动后级的功放电路工作；功放功率输出单元，由功率运算放大器构成桥接输出放大电路，将前级送入的22kHz信号放大为满电源电压的正弦信号，以提供给变压器作为输入电压；变压器电压变换单元，将22kHz的功率正弦电压，变压为所需要的多路正弦电压输出；变压器输出电路包括三个绕组，以提供三个功能的电路供电，分别为-15V供电电压，_20-0V可调偏压电路供电电压，-120-0V偏压电路供电电压。2.根据权利要求1所述的供电电路，所述振荡信号源包括运算放大器N103B、电容C101〜C102、电阻R101〜Rl〇5、可调节电阻器BP1、二极管D101〜D102;其中，运算放大器N103B的输出端连接电容C103,电阻R101和电容C101并联后的其中一端分别连接电阻Rl〇3和运算放大器N10：3B的同相输入端，另外一端连接电阻R102并输出频率22kHz的正弦信号；电阻R102的另外一端连接运算放大器N103B的反相输入端;对向并联的二极管D101和Dl〇2组成的电路依次串联电阻R105和可调节电阻器BP1，并和电阻R104并联后的组成电路的一端连接电容C102,另外一端连接在电阻R102和运算放大器N103B的反相输入端之间；所述功放功率输出单元包括运算放大器N101、运算放大器N102、电容C100、电容C104〜C107、电阻R106〜R115、整流二极管D103〜D106;振荡信号源的22kHz的正弦信号输入至电阻R107;电容C103的另一端连接电阻R110,电阻R100的另一端连接在电阻R111和运算放大器N102的同相输入端之间；电容C104的一端与电阻Rl〇6的一端并联，电容C104依次串联Cl〇6、电阻R108,然后接入运算放大器N102的反相输入端；电容C104的另外一端连接电阻R106的一端并接地；电阻R106的另一端依次和电阻R111的另一端、电容Cl〇5、电阻R114连接；电阻R107的另一端并联连接电容C105的另一端，并连接+24V电源输入端A;电阻R109的一端连接在电阻R108和运算放大器N102的反相输入端之间，并且另一端依次和二极管D106的输出端、运算放大器N102的输出端、二极管D105的输入端;二极管D106的输入端连接运算放大器N102反相输入端电源并接地;二极管D105的输出端连接+24V电源输入端A，同时+24V电源输入端A也作为运算放大器N102同相输入端电源；电阻R112的一端连接二极管Dl〇5的输入端，另一端依次和电阻R113、电容C117连接;电容C117的另一端连接运算放大器N101的反相输入端;电阻R113的另一端和运算放大器N101的反相输入端电源连接并接地;电阻R115连接在电容C117和运算放大器N101的反相输入端之间，另一端连接变压器输出电路;二极管D104的输入端连接运算放大器N101反相输入端电源，输出端连接电阻R115和运算放大器N101的输出端之间；二极管D103连接在运算放大器N101输出端和正相输入端电源之间，其中二极管D103的输入端连接运算放大器N101的输出端;运算放大器N101正相输入端电源连接+24V电压输入，且在运算放大器N101正相输入端和反相输入端的电源之间连接有电容C100;由四个电容：1〇8、：1〇9、：110以及：111并联组成电路的一端连接二极管〇105的输入端，输出端连接变压器输出电路；所述变压器输出电路包括三个32匝绕组，其中一个绕组的两端分别连接电阻R115和电容：108、：109、：110以及：111并联组成电路的另一端；另外两个绕组另外连接二极管〇107和Dl〇8,输出-15V供电电压，-20-0V可调偏压电路供电电压，-120-0V偏压电路供电电压。

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