Установка для проведения демонстрационного эксперимента по

КОНФЕРЕНЦИЯ "СТАРТ В НАУКУ", 2000 год
К ОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ В
ДИФРАКЦИОННОМ СПЕКТРЕ ОТ ЩЕЛИ
Чеботарев Алексей Александрович
учащийся 11 класса “г” гимназии №1567 г. Москвы
Научный руководитель: учитель гимназии №1567,
Заслуженный учитель России,
член Федерального экспертного Совета по физике,
Чеботарев Александр Андреевич
Консультант: Гомулина Наталия Николаевна –методист
по физике и астрономии Западного округа г. Москвы,
Председатель методического совета Евро-Азиатской
Ассоциации Учителей астрономии.
Дифракционные спектры.
Теоретическая часть.
Установка для проведения демонстрационного
эксперимента по дифракции на щели или
системе щелей с применением ЭВМ,
работающего в режиме реального времени.
В школьном курсе физики раздел "Дифракция" представлен очень скудно.
Особенно это касается экспериментальной части. Поэтому передо мной
первоначально была поставлена цель - создание установки, для экспериментального
исследования распределения энергии при дифракции на щели в зависимости от ее
размеров и расстояния до экрана.
Предполагалось, что установка будет состоять из нескольких частей:
1. лазерного излучателя,
2. фотоприемника с устройством перемещения,
3. блока коммутации, объединяющего отдельные части в единую конструкцию.
Сбор информации и управление работой комплекса должно осуществляться с
помощью ЭВМ.
Установка должна работать при естественном и искусственном освещении без
специального затемнения помещения.
Теоретическая часть
Основной трудностью при исследовании дифракции на щели является не
когерентность световых пучков, создаваемых обычными источниками света.
Решить задачу дифракции — значит найти распределение энергии света на экране
в зависимости от размеров и формы препятствий, вызывающих дифракцию света.
Разберем наиболее простой и в то же время наиболее важный случай, когда
отверстие имеет форму прямоугольника (щели) в непрозрачных экранах.
Наибольшее значение имеет случай, когда прямоугольное отверстие имеет
незначительную ширину и бесконечную длину, т. е. является щелью. Практически,
конечно, достаточно, чтобы ее длина была значительно больше ширины. Так, при
ширине в 0,01—0,02 мм длина щели в несколько миллиметров может считаться
бесконечной. В этом случае изображение точки растянется в полоску с максимумами
и минимумами в направлении, перпендикулярном к щели, ибо свет дифрагирует
вправо и влево от щели.
Пусть волна падает нормально к плоскости щели. Определим, какая будет
амплитуда результирующей волны, распространяющейся под углом  к щели.
Для этого разобьем площадь щели на ряд узких параллельных полосок равной
ширины dx. Каждая из этих полосок по принципу Гюйгенса может рассматриваться
как источник вторичных волн, причем фазы всех этих волн и амплитуды одинаковы.
1
Дифракционные спектры.
Теоретическая часть.
Для отыскания действия всей щели в
направлении, определяемом углом  с
первоначальным направлением, необходимо
учесть разность фаз, характеризующую
волны, доходящие от различных элементов
волнового фронта до пункта наблюдения В 
(см. рис.1).
Проведем плоскость FD, перпендикулярную к направлению дифрагировавших
волн. Распределение фаз, которое будет
иметь место на этой плоскости, определяет
соотношение фаз элементарных волн,
собирающихся в точке В  , ибо линза не
вносит дополнительной разности фаз. Таким
образом, достаточно определить разность
Рис. 1
хода, возникающую на пути от плоскости FE
до плоскости FD. Из рис. 1 видно, что
разность хода между волнами, идущими от элементарной зоны при точке F (край
щели) и от какой-либо точки N (лежащей на расстоянии х от края щели), есть
NP=xsin  . Амплитуда волны, обусловленная одним элементом, фронта волны
A
пропорциональна его ширине dx, т. е. равна 0 dx . Световое возмущение в точке P
b
плоскости FD, созданное одним элементом, запишется следующим образом:
A
2
dA  0 dx cos(t 
x sin  )
b

где
A  - амплитуда световой волны, идущей в направлении  ,
b – ширина щели,
A0 амплитуда волны, посылаемое всей щелью,
dx – ширина элемента,
x – положение элемента dx в щели.
Результирующее возмущение в точке В  определится как сумма возмущений от
всех участков щели, т. е. выразится интегралом по всей ширине щели (по всем
значениям х от нуля до b)
b
A
2
A   dA   0 dx cos(t 
x sin  )
b

0
Опуская промежуточные преобразования получим:
 b

A 0 sin  sin  
 

(1)
A 
b
sin 

Выражение (1) показывает, что вдоль экрана (с изменением  ) освещенность
меняется, проходя через максимумы и минимумы.
А  обращается в нуль для углов  , удовлетворяющих условию:
2
Дифракционные спектры.
b

где n = 1, 2, 3, ... (целые числа), т. е. для
Теоретическая часть.
sin   n ,
sin  
n
b
(2)
Условие (2) определяет направления на точки экрана (и соответственно их
положения), в которых амплитуда равна нулю и, следовательно, интенсивность
минимальна.
При определенных промежуточных значениях угла  амплитуда достигает
максимальных и минимальных значений. Наибольший максимум имеет место, когда
b

sin   0 , т. е.  =0; при этом А  =А0.
Следующие максимумы, значительно уступают по абсолютной величине главному.
Рис. 2. Зависимость интенсивности (сплошная кривая) и амплитуды (пунктирная
кривая) от направления при дифракции на щели.
На рис. 2 (сплошная линия) показана кривая распределения интенсивности I
(энергии) волны вдоль экрана.
 b

sin 2  sin  
 

I  I0
2
 b

 sin  
 

2
где I0 = A0 - есть интенсивность света, идущего от щели шириной b в направлении
первичного пучка. Как видно из рис. 2, величина вторичных максимумов быстро
убывает.
Из установленных в настоящем параграфе формул ясно, что положение
минимумов и максимумов зависит от длины волны  . Поэтому дифракционная
картина имеет описанный вид лишь для вполне монохроматического света. В случае
белого света мы имеем совокупность соответствующих картин для разных цветов
(сдвинутых одна относительно другой в соответствии с различием в  ).
При разборе задачи о дифракции на щели мы допускали, что по всей ширине щели
амплитуда и фаза вторичных волн одинаковы. Другими словами, мы пренебрегали
искажающим влиянием краев щели, что допустимо, если ширина щели b
значительно больше длины волны b>>  .
3
Дифракционные спектры.
Теоретическая часть.
Влияние ширины щели на дифракционную картину
Как показывает формула (2), расстояние минимумов от центра картины
возрастает с уменьшением b. Таким образом,
с уменьшением ширины щели центральная
светлая полоса расширяется, захватывая все
большую и большую область экрана.
Если b =  , то 1 = 90°, т. е. первый
минимум
соответствует
углу
90°;
следовательно, он сдвинут на бесконечно
удаленный край экрана. Освещенность
экрана падает от центра к краям постепенно,
асимптотически приближаясь к нулю;
ширина центральной светлой полосы Рис. 3. Кривая 1 – узкая щель, кривая
2 – широкая щель.
возрастает беспредельно. Таким образом, с
уменьшением b освещенность стремится
стать равномерной по всему экрану -(рис. 3).
Наоборот, при увеличении ширины щели положение первых минимумов
придвигается все ближе и ближе к центру картины, так что центральный максимум
становится все резче и резче. При очень широкой щели (по сравнению с  ) мы
получаем в центре резкое изображение линейного источника.
Мы рассмотрели случай, в котором дифрагирующие лучи шли параллельным
пучком и собирались на экране с помощью линзы. В моей работе в качестве
источника света использовался полупроводниковый лазер с длиною волны
излучения около 720 нм. При этом собирающая линза не использовалась. Не было
никакой уверенности в том, что вышеизложенная теория будет верно описывать и
этот случай. Для того, чтобы результаты эксперимента можно было бы достоверно
оценивать, была разработана и написана программа на Паскале, моделирующая
дифракцию света на щели.
Работа программы заключалась в следующем. Последовательно перебирались все
точки экрана от M до N (см. рис. 4). В каждой
точке
(например
B)
производилось
суммирование амплитуд пришедших волн.
При этом учитывались для каждого элемента
щели:
а) фаза пришедшей волны;
б) амплитуда, зависящая от угла дифракции
 и расстояния L до точки наблюдения.
Данные накапливались в массиве и
выводились на экран в виде графика. При этом
получалась
некоторая
идеализированная
кривая весьма “чувствительная” к расстоянию
от щели до экрана и к размеру щели. В моей
Рис. 4
реальной
установке
фотоприемник,
фиксирующий световой поток, имеет конечные размеры. Это пришлось учесть в
моделирующей программе.
4
Установка для исследования дифракционных спектров. Состав установки.
Рис. 5
На рисунке 5а приведен график распределения энергии в дифракционном спектре
от щели, полученный методом компьютерного моделирования. Он соответствует
щели постоянной ширины с идеально ровными краями и фотоприемнику, размером
в точку. На рисунке 5б приведен тот же график распределения энергии в
дифракционном спектре от щели, полученный методом компьютерного
моделирования но для фотоприемника, имеющего конечные размеры.
Состав установки
Установка представляет собой систему связанных блоком коммутации
частей: лазерного излучателя и фотоприемника с устройством перемещения его по
дифракционному спектру. Внешний вид установки приведен на рис. 6.
Рис. 6
Цифрами обозначены:
1 – лазерный излучатель с модулятором,
2 – узел фотоприемника с механизмом перемещения,
3 – блок коммутации,
4 – устройство управления двигателем.
5
Установка для исследования дифракционных спектров. Состав установки.
Лазерный излучатель.
Он
представляет
собой
пластину,
закрепленную
на
металлической стойке (рис. 7). На
пластине размещается лазер (1) и
модулятор лазерного излучения (4).
К стойке крепиться держатель (2), в
который можно вставлять щель (3)
или дифракционную решетку, в
зависимости
от
проводимого
эксперимента.
На рисунке 7 цифрами обозначены:
1. - полупроводниковый лазер,
2. -.держатель,
3. - регулируемая щель,
4. - модулятор.
Рис. 7
Фотоприемник с устройством перемещения по спектру.
Узел фотоприемника размещен на металлической стойке (рис. 8). В качестве
фотоприемника используется кремневый фотодиод (1). На него надета диафрагма со
щелью шириною 0,3 мм (для увеличения разрешения при исследовании
распределения энергии в дифракционном спектре). Фотоприемник закреплен на
каретке механизме перемещения.
Механизм перемещения представляет собой вал с резьбой (2), вращаемый
мотором (у него имеется собственный блок питания). С другой стороны к валу
прикреплено устройство, определяющее местоположение фотоприемника в
дифракционном спектре (4). Основной его частью является счетчик оборотов вала.
При постоянном и известном шаге резьбы по числу оборотов однозначно
определяется координата исследуемой точки в спектре. Перемещение каретки
ограничивается концевыми выключателями (6).
На этой конструкции так же закреплен дифференциальный усилитель (5) с
фазовым детектором (демодулятором).
Рис. 8
6
Установка для исследования дифракционных спектров. Описание работы установки.
Блок коммутации.
Блок
коммутации
–
это
коробочка
(5),
в
которой
соединяются все компоненты
установки, в ней же расположен
аналого-цифровой
преобразователь
(АЦП).
Он
предназначен для преобразования
аналогова сигнала, поступающего
с усилителя фотоприемника, в
двоичный код. Преобразованный
сигнал
поступает
затем
в
компьютер. Блок коммутации
соединен с компьютером кабелем
(1). Через разъем (2) поступает
напряжение питания на все части
установки.
К
разъему
(3)
подключается Фотоприемник с
Рис. 9
устройством перемещения по
спектру. К разъему (4) –лазерный излучатель с модулятором.
Описание работы установки.
При создании этой установки возникли некоторые трудности, которые требовали
решения.
Передо мной был поставлена задача, чтобы все можно было увидеть без
затемнения класса. При этом возникает проблема выделения полезного сигнала из
всего светового потока, включая и внешние источники света, которые по своей
интенсивности существенно превосходят полезный сигнал.
Ширина дифракционных спектров в зависимости от базы колеблется от единиц до
десятка сантиметров. Для определения точного местоположения фотоприемника на
такой большой длине в дифракционном спектре, пришлось прибегнуть к некоторым
ухищрениям.
Рассмотрим работу отдельных узлов комплекса.
1. Лазерный излучатель.
Узел лазерного излучателя соединен с блоком коммутации кабелем, по которому
в него поступает напряжение питания (5 В). Модулятор (см. состав установки)
состоит из генератора переменного тока с частотой генерации около 400 Гц и
усилителя мощности, питающего лазер: световой поток которого становится так же
переменным с той же частотой.
По тому же кабелю в блок коммутации подается сигнал с генератора (сигнал
синхронизации) для нормальной работы демодулятора, выделяющего полезный
сигнал.
7
Установка для исследования дифракционных спектров. Описание работы установки.
При прохождении лазерного луча через щель (или дифракционную решетку) он
дифрагирует. Вследствие интерференции на экране (фотоприемнике) образуется
чередование максимумов и минимумов освещенности.
2. Фотоприемник с устройством перемещения по спектру.
После запуска программы обработки включают двигатель, перемещающий
фотоприемник по спектру.
Сначала определяется координата фотоприемника с помощью счетчика оборотов
вала. Затем с помощью АЦП измеряется амплитуда сигнала в данной точке спектра.
Результаты измерения координаты и амплитуды сигнала записываются в массив и
выводятся на экран. В дальнейшем цикл измерения координаты и амплитуды
сигнала повторяются до тех пор, пока фотоприемник не дойдет до конца механизма
перемещения или до нажатия кнопки “стоп” на панели управления.
Фотоприемник воспринимает не только полезный сигнал, но и внешний (помеху).
Так как полезный сигнал очень маленький, его приходится усиливать, но вместе с
ним усиливается и помеха, поэтому далее усиленный сигнал+помеха поступает на
демодулятор, который выделяет из этой суммы полезный сигнал.
3. Блок коммутации.
Сигнал, поступивший в блок коммутации из демодулятора обрабатывается с
помощью АЦП, то есть из аналогова становится цифровым, который подается в
компьютер для дальнейшей обработки.
Сигнал, поступивший со счетчика, транслируется через блок коммутации, и, не
проходя АЦП (так как он представляет из себя двоичный код), поступает в
компьютер для обработки.
4. Компьютер с программой обработки.
Компьютер является основным элементом всего комплекса. Электрооптический
счетчик оборотов выдает сигналы с двух фотодатчиков соответствующие
логическому “0” или “1” на параллельный порт компьютера. Компьютер
обрабатывает поступающую информацию, подсчитывает число оборотов,
определяет направление вращения вала механизма перемещения, рассчитывает по
числу оборотов координату каретки с фотодатчиком.
Компьютер, являясь составной частью АЦП, управляет его работой и
одновременно обрабатывает поступающую с него информацию.
Программа обработки внешних устройств (счетчик оборотов, АЦП) и
поступающей с них информации, написана на Турбо Паскале. Она снабжена
удобным интерфейсом и позволяет не только вывести данные в виде графика, но и
сравнивать эти графики, полученные при различных значениях ширины щели и
базы. Та же программа имеет возможность сохранять информацию о конкретном
дифракционном спектре в файле.
8
Установка для исследования дифракционных спектров. Описание работы установки.
На рис. 10 представлен внешний вид экрана при работе с программой. Поле
экрана состоит из двух основных окон, это: рабочее окно (верхняя часть экрана) и
окно управления программой (нижняя часть экрана).
Рис. 10
В рабочем окне располагаются графики предназначенные для сравнения, под
ними находится шкала (в миллиметрах), позволяющая производить количественное
сравнение.
Внизу экрана, посредине расположена маленькая кнопка с цветным квадратиком.
Его цвет соответствует цвету графика с которым в данный момент происходит
работа. При его переключении меняется цвет, и все команды, как то: «амплитуда»,
«растяжение», «смещение», «записать», «сохранить», «ширина щели» и «база»,
теперь соответствуют графику с тем же цветом.
Для более удобной работы в поле управления находятся три небольших окошка, в
которые можно записывать различные графики. Из них можно, по мере надобности,
доставать графики и переписывать их в рабочее поле для более детального изучения.
С помощью кнопок «растяжение», «амплитуда» и «смещение», графики, полученные
при различных параметрах, можно сравнивать, изменяя амплитуду и растяжение, а
так же смещать их друг относительно друга.
«Ширина щели» и «База» на графики ни как не влияют. Эти переменные лишь
хранят информацию, при каких параметрах был произведен тот или иной
эксперимент. Они меняются автоматически при переходе от одного графика к
другому и записываются в файл вместе с графиками.
Справа, внизу расположены два ряда кнопок. Правый ряд дает возможность
работать с файлами, то есть сохранять и загружать файлы. Там же расположена
кнопка выхода из программы. В файл записывается тот график, цвет которого
отображен на нижней кнопке. Загрузка файлов сопровождается выводом графиков в
9
Установка для исследования дифракционных спектров. Результаты работы на установке.
окно предварительного просмотра, для получения представления о загружаемом
графике.
Второй столбик кнопок предназначен для работы с установкой. «Пуск» Запускает
программу обработки данных, поступающих с установки, то есть непосредственно
начинает накапливаться информация и рисоваться график. Для окончания
изображения графика необходимо нажать кнопку «стоп». Кнопка «Сохранить» сохраняет график (по цвету нижней кнопки) в свободное нижнее окошко.
При нажатии на кнопку «Очистка экрана» - очищается все рабочее поле, после
чего можно подгружать как графики из нижних окошек, так и из файлов.
Результаты, полученные при работе на этой установке.
После налаживания установки на ней были проведены эксперименты по
исследованию распределения энергии в дифракционном спектре от щели. При этом
размер щели и база устанавливались такими, как и в модельном эксперименте на
Рис. 11
Рис. 5
компьютере. Экспериментальные результаты были достаточно близки к тем,
которые давало компьютерное моделирование. На рис. 11 приведен
экспериментальный график распределения энергии в спектре от щели. Рядом еще
раз воспроизведен график, полученный при компьютерном моделировании (рис. 5б).
На этой установке были проведены эксперименты по дифракции на двух щелях,
разных дифракционных решетках. Работала установка достаточно надежно. Однако
выявились и некоторые недоработки. При широких щелях усилитель фотоприемника
входил в насыщение и центральный максимум не прорисовывался. Самый простой
способ борьбы с этим дефектом заключался в том, что между излучателем и
приемником ставился поляроид. Т.к. излучение лазера поляризовано, то изменением
ориентации оптической оси поляроида можно изменять интенсивность проходящего
светового потока.
По не установленной причине полупроводниковые лазеры выходили из строя
через 8 - 10 часов работы. (Использовались самые дешевые полупроводниковые
лазеры от лазерных указок.)
10
Установка для исследования дифракционных спектров. Заключение.
Заключение.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
В процессе создания установки была проведена следующая работа.
Проектная работа по разработке комплекса.
Разработан и изготовлен узел лазерного излучателя, включающего в себя
электронный модулятор (см. приложение), полупроводниковый лазер,
держатель для крепления щелей и решеток.
Разработан и изготовлен узел фотоприемника. В его состав входят:
- механизм перемещения каретки с фотоприемником,
- фотоэлектрический счетчик оборотов вала (см. приложение),
- усилитель сигнала с фотоприемника с синхронным детектором.
Изготовлен блок коммутации, включающий в себя АЦП, управляемый ЭВМ
(см. приложение).
Создана программа моделирования дифракции на щели.
Создана программа, управляющая работой комплекса, получающая и
обрабатывающая поступающую от него информацию.
При изготовлении комплекса использовалась техническая база кабинета
электроники гимназии №1567. На этой базе производилось макетирование
электронных узлов входящих в комплекс, изготовление печатных плат и монтаж на
них электронных компонентов, проверка и настройка всех электронных частей
комплекса.
Поставленные цели достигнуты: создана установка для экспериментального
исследования распределения энергии при дифракции на щели.
В процессе работы на установке возникли идеи по ее использованию не по
прямому назначению.
1. Несколько доработав программу можно в автоматическом режиме измерять
периоды дифракционных решеток.
2. Установив гониометр (устройство для измерения углов поворота) можно
измерять углы поляризации.
3. Оценивать (хоть и грубо) распределение энергии в спектре излучения лампы
накаливания.
4. Исследовать распределение энергии в линейчатых спектрах излучения в
области от инфракрасной до желто-зеленой (в более высокочастотной части спектра
чувствительность фотодиода резко падает).
И т.д.
Для надежной работы установки требуется, как минимум, IBM PC с процессором
486 и тактовой частотой 100 МГц.
11
Установка для исследования дифракционных спектров. Литература.
Литература.
1. Г. С. Ландсберг “Оптика”, Москва “Наука” 1976 г.
2. А. А. Пинский
“Физика 11”, Москва “Просвещение” 1995 г.
3. Д. В. Сивухин
“Общий курс физики. Оптика.”, Москва “Наука” 1980 г
4. Р. Граф
“Электронные схемы”,
Москва “Мир”
1989 г.
5. А. А. Чеботарев “Пособие по электронике” Москва, Гимназия №1567
1997 г.
Чеботарев Алексей Александрович, ученик 11 класса гимназии №1567.
12
Приложение.
Узел лазерного излучателя.
Приложение
Узел лазерного излучателя
Для того, чтобы в дальнейшем выделить из общего светового потока часть
излучения, создаваемую лазером его излучение пришлось модулировать по
амплитуде с частотой около 400 Гц. При этом решаются сразу две проблемы:
а) можно усиливать сигнал с фотоприемника усилителем переменного тока,
который не чувствителен к постоянной составляющей сигнала, возникающей из за
наличия рассеянного солнечного света,
б) применяя после усиления синхронный детектор (демодулятор) можно
существенно понизить световой фон, создаваемый лампами освещения кабинета.
Рис. 1
На рис. 1 приведена принципиальная схема модулятора, на рис. 2 – внешний вид
модулятора, закрепленного на основании установки. С модулятора выводится сигнал
синхронизации для нормальной работы синхронного детектора.
Рис. 2
13
Приложение.
Узел фотоприемника.
Узел фотоприемника.
1. Фотоэлектрический счетчик оборотов вала.
Конструкция фотоэлектрического счетчика
оборотов вала приведена на рис. 3. На вал,
перемещающий каретку с фотоприемником, надета
крыльчатка. При вращении вала крыльчатка
поочередно
пересекает
световые
лучи,
освещающие
два
фотодиода.
Сигналы
с
фотодиодов
усиливаются
усилителями
постоянного тока и подаются на входные разряды
параллельного порта. Компьютер определяет в
каком порядке пересекаются лучи и рассчитывает
направление перемещения каретки.
Принципиальная
схема
одного
канала
усилителя постоянного тока приведена на рис. 4.
На рис. 5 приведен внешний вид усилителей
постоянного тока.
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 5
14
Приложение.
Узел фотоприемника.
2. Усилитель переменного тока с синхронным детектором.
Усилитель переменного тока выполнен на основе дифференциального усилителя
типа К140УД7. Его принципиальная схема приведена на рис. 6.
Рис. 4
С фотодиода сигнал через конденсатор С2 поступает на вход усилителя. Т. к.
конденсатор имеет небольшую емкость, то за счет этого низкочастотная переменная
составляющая фона существенно понижается. Окончательное подавление
низкочастотной составляющей осуществляется при синхронном детектировании.
Синхронный детектор выполнен на полевом транзисторе VT1. Полевой
транзистор открывается сигналом синхронизации, приходящем из модулятора. Он
по своей форме и частоте совпадает с полезным сигналом, поэтому полезный сигнал
всегда проходит через транзистор и заряжает конденсатор С5, на котором и
выделяется постоянная составляющая полезного сигнала. Сигнал же помехи
приходит относительно сигнала синхро-низации в случайной фазе. Поэтому его
усредненное значение близко к нулю.
Внешний вид усилителя с детектором приведен на рис. 7.
Рис. 7
15
Приложение.
Блок коммутации.
Блок коммутации.
В блоке коммутации электрически соединяются все компоненты установки. Через
разъемы, установленные на корпусе поступает напряжение питания на все части
установки, подключается фотоприемник с устройством перемещения по спектру,
лазерный излучатель с модулятором.
В том же корпусе расположен аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Он
предназначен для преобразования аналогова сигнала, поступающего с усилителя
фотоприемника, в двоичный код. Блок коммутации соединен с компьютером
кабелем, подключаемым к принтерному входу.
Аналого-цифровой преобразователь, управляемый ЭВМ.
Электрическая схема преобразователя показана на рисунке 8.
Основными частями АЦП являются компаратор напряжения (компаратор устройство сравнивающее два напряжения) на микросхеме К554СА3 и цифроаналоговый преобразователь на микросхемах КР572ПА2 и К140УД9.
Рис. 8
Работает АЦП следующим образом.
Исследуемое напряжение подается на один вход компаратора напряжения. При этом
на выходе компаратора появляется напряжение соответствующее логическому "0".
На второй вход компаратора подается напряжение с выхода ЦАП. Значение
выходного напряжения зависит от комбинации включенных разрядов ЭВМ, которая
подключена к цифровым входам ЦАП. Программа обработки подбирает разряды
(цифровой код) таким образом, чтобы напряжение на втором входе совпало с
напряжением на первом входе (напряжением сигнала). При совпадении напряжений
на обоих входах компаратор срабатывает и переходит в состояние логической “1”
16
Приложение.
Блок коммутации.
Момент переключения компаратора с “0” на ”1” отслеживает ЭВМ и прекращает
изменение посылаемого кода. При этом выставленное значение цифрового кода
будет пропорционально входному напряжению.
Внешний вид АЦП, размещенного в блоке коммутации приведен на рис. 9.
Рис. 9
Объекты дифракции.
Объектами дифракции при работе с данной
установкой могу служить: щель, две щели,
дифракционная решетка.
Регулируемая щель.
В установке используется регулируемая щель от
набора по оптике. Ее внешний вид дан на рис.
10.
Рис. 10
17