LEYBOLD 555 88 User manual

10/95-Kem/Sf-
Gebrauchsanweisung 555 88
Instruction Sheet 555 861
555 872
The devices described in the following permit investigation of the
discrete energy absorption of atoms for collisions with free elec-
trons (electron collision experiment of Franck and Hertz). Expe-
riments can be carried out both with mercury atoms in a heated
Franck-Hertz tube, Hg (555 85 in electric oven 555 81 for 230 V or
555 82 for 115 V) and with neon atoms (neon Franck-Hertz tube
555870withsocket555871).
1 Safety notes
Die Geräte dienen zur Untersuchung der diskreten Energieauf-
nahme von Atomen beim Stoß mit freien Elektronen (Elektro-
nenstoßversuch von Franck und Hertz). Es können sowohl Ver-
suche mit Hg-Atomen in dem geheizten Franck-Hertz-Rohr, Hg
(555 85 in Rohrofen 555 81 für 230 V bzw. 555 82 für 115 V) als
auch mit Ne-Atomen (Ne-FH-Rohr 555 870 mit Fassung
555 871) durchgeführt werden.
1 Sicherheitshinweise
Franck-Hertz-Betriebsgerät
Fassung zum Hg-FH-Rohr mit DIN-Stecker
Ne-FH-Verbindungskabel, 7-polig
Franck-Hertz Supply Unit
Socket for FH tube, Hg with DIN Plug
Ne-FH Connector Cable, 7-pin
•Do not switch on the supply unit until after connecting the
Franck- Hertz tube.
•When using the Hg tube:
Ground the copper cylinder to the yellow and green safety
socket via the lead b (Fig. 3)!
Connect the electric oven before switching on the supply
unit, as mains voltage can be present at the output sok-
kets 8 on the rear panel of the apparatus.
Be sure to insert the temperature sensor all the way into
the corresponding blind hole ( a , Fig. 2) of the copper
tube to prevent overheating of the Hg tube.
A blinking display means that there is an error in the
temperature measurement setup (see 3.3.1)
If the collector current in the Hg tube suddenly rises,
immediately switch the acceleration voltage
U
2
to 0 V.
The gas discharge can be seen in the tube as a blue
luminance. (s. 3.3.4)
•When using the Ne tube:
Disturbances in the curve due to mains interference,
particularly in experiments using the oscilloscope, can
be minimized by further screening and by grounding
conductive parts in the vicinity.
•The sensitive electronics of this apparatus can be impaired
or damaged by electrostatic discharge (ESD).
Measures:
– choose the experiment area so that no electrostatic
charges can build up on either the experimenter or the
devices, or
– ensure that such charges are discharged safely, e.g.
via a grounded metal rod (connection rod, Cat. No.
532 16).
•Betriebsgerät erst nach Anschluß eines Franck-Hertz-
Rohres einschalten.
•Betrieb mit Hg-Rohr:
Kupferzylinder über Litze b (Fig. 3) an der gelb- grünen
Sicherheitsbuchse erden!
Vor dem Einschalten Verbindung zum Rohrofen herstel-
len, da Netzspannung an den Ausgangsbuchsen 8 in
der Rückwand anliegen können.
Temperaturfühler unbedingt bis zum Anschlag in das
entsprechende Sackloch ( a , Fig. 2) des Kupferrohres
einschieben, um ein Überheizen des Hg-Rohres zu ver-
meiden.
Blinken der Anzeige im Display (2.6) zeigt einen Aufbau-
fehler in der Temperaturmessung an (s. 3.3.1)
Bei sprunghaften Anstieg des Auffängerstromes beim
Hg-Rohr die Beschleunigungsspannung
U
2
sofort auf 0 V
stellen. Die Gasentladung läßt sich auch als blaues
Leuchten im Rohr beobachten. (s. 3.3.4)
•Betrieb mit Ne-Rohr:
Störungen der Kurve durch Netzeinstreuung, insbeson-
dere bei oszilloskopischen Untersuchungen, lassen sich
durch weitere Abschirmung und Erdung leitender Teile in
der Umgebung verringern.
•Die empfindliche Elektronik des Gerätes kann durch Ent-
ladung statischer Elektrizität (ESD*) beeinträchtigt wer-
den.
Maßnahmen:
– Experimentierumgebung so wählen, daß keine elektro-
statische Aufladung von Experimentator und Geräten
auftreten kann, oder
– z.B. über einen geerdeten Metallstab (Anschlußstab
Kat. Nr. 532 16) für Entladung sorgen.
*) ESD = electrostatic discharge

2 Beschreibung, technische Daten
2.1 Franck-Hertz-Betriebsgerät (555 88)
1
Anschlußfeld
(1.1) DIN-Buchse zum Anschluß der Fassung zum Hg-FH-
Rohr mit DIN-Stecker (555 861) oder für Ne-FH-Verbin-
dungskabel, 7-polig (555 872) mit automatischer Erken-
nung der Ne-Röhre
Buchsenbelegung s. Fig. 1.2
(1.2) 4-mm-Buchsen für Anschlußfassung zum Franck-Hertz-
Rohr (Hg) 555 86
Kennzeichnung: f, fk : Katodenheizung
fk :Katode
g
1
: Raumladungsgitter
g2: Beschleunigungsgitter
A: Auffänger
S: Ableitstifte
(1.3) Pfostenstecker für Verbindung zum CASSY (z.B. aus
524 007)
2
Parameter- und Anzeigefeld
(2.1) DIN-Buchse zum Anschluß des Temperaturfühlers(2.1)
(2.2) Schraubenzieherpotentiometer zum Einstellen der Soll-
temperatur des Rohrofens für das Franck-Hertz-Rohr,
Hg:
Bereich : ca. 140°C bis 210°C
Voreinstellung: 180°C
(2.3) Potentiometer zum Einstellen der Gegenspannung
U
3:
0 ...10 V
(2.4) Potentiometer zum Einstellen der Saug- oder Steuer-
Spannung
U
1: 0...5V
(2.5) Auswahlschalter für Parameter- und Meßwerte:
Solltemperatur: ϑS
Isttemperatur (Meßwert): ϑ
Saugspannung: U
1
Gegenspannung: U
3
Beschleunigungsspannung: U
2
Auffängerstrom (Meßwert): I
(2.6) Digitalanzeige des mit (2.5) ausgewählten Parameter-
bzw. Meßwertes:
Anzeige in °C, V bzw. nA; Gegenspannung
U
3 negativ
2 Description, technical data
2.1 Franck-Hertz supply unit (555 88)
1
Connection field
(1.1) Female DIN connector for connecting the tube socket of
the Franck-Hertz tube, Hg with DIN plug (555 861) or
for the neon FH connecting cable, 7-pin (555 872), with
automatic recognition of the Ne tube
Pin assignment see Fig. 1.2
(1.2) 4-mm sockets for connection socket of Franck-Hertz
tube (Hg) 555 86
Designations: f, fk : Cathode heating element
fk : Cathode
g1: Emission grid
g2: Anode grid
A: Collector
S: Discharge pins
(1.3) Connector slot for connection to CASSY interface (e.g.
from 524 007)
2
Parameter and display field
(2.1) DIN socket for connecting the temperature sensor(2.1)
(2.2) Screwdriver potentiometer for setting the temperature
of the electric oven for the Franck-Hertz tube, Hg:
Range: approx. 140°C to 210°C
Preset value: 180°C
(2.3) Potentiometer for setting the negative field voltage
U
3:
0 ...10 V
(2.4) Potentiometer for setting the driving potential or control
voltage
U
1: 0...5V
(2.5) Selector switch for parameters and measured values:
Set temperature: ϑS
Actual temperature
(measured value): ϑ
Driving potential:
U
1
Negative field voltage: U
3
Acceleration voltage: U
2
Measured value: I (collector current)
(2.6) Digital display of the parameter or measured value set
with (2.5):
Display in °C, V or nA; negative field voltage
U
3 is a
negative value
Fig. 1.1
Frontbild des Franck-Hertz-Betriebsgerätes
Front panel of Franck-Hertz supply unit
Fig. 1.2
Belegung der DIN-Buchse (1.1)
Pin assignment of DIN socket (1.1)
2

(2.7) Analogausgang (4-mm-Buchsen) für Spannungsmes-
ser (Zeigermeßgerät, Nullpunkt links) zur Anzeige der
mit (2.5) ausgewählten Größe bzw. der dazu proportio-
nalen Spannung:
dabei gilt für: ϑSund ϑ:100°C
= 1 V
U
1 :1 V
= 1 V
U
3:-1 V
= 1 V
U
2:10 V
= 1 V
I : 1 nA
= 1 V
3
Betriebsfeld
(3.1) Betriebsartschalter:
*
schneller Sägezahn für Oszilloskop
)
langsame Rampe für Schreiber
RESET Beschleunigungsspannung wird auf 0 V gesetzt
MAN. Manuelle Einstellung mit (3.2) für punktweise
Aufnahme
CASSY Messung mit CASSY über (1.3)
(3.2) Potentiometer zum manuellen Einstellen der Beschleu-
nigungsspannung
U
2:
Hg: 0...30 V
Ne: 0...80 V
(3.3) Prinzipschaltskizze des Versuchsaufbaus
(3.4) Leuchtdioden zur Anzeige des angeschlossenen Rohres:
Hg: grün, kurzzeitig unmittelbar nach Einschalten des
Betriebsgerätes
rot, wenn Ofen hochgeheizt wird
grün im Regelbereich (Solltemperatur)
Ne: grün, automatische Erkennung über DIN-Buch-
se (1.2)
(3.5) 4-mm-Ausgangsbuchsen der Beschleunigungsspan-
nung
U
2=10 ⋅
U
4
Auffängerstrom-Ausgabefeld
4-mm-Ausgangsbuchsen für die zum Auffängerstrom
I
A
proportionalen Spannung U
A: 1 V
= 1 nA
5
Netzanschluß mit primärseitiger Sicherung
Netzanschlußspannung: 230 V(bzw. 115 V, gemäß
Aufkleber), 50/60 Hz
Sicherung: T 2 ,5 bei 230 V und 115 V
(698 19)
Leistungsaufnahme: max. 30 W
ca. 230 W mit Rohrofen
6
Netzschalter
7
Schraubenzieherpotentiometer zum Einstellen der Ka-
todenheizung:
Spannungsbereich: ca. 5,9 V... 6,7 V, Voreinstellung: 6,3 V
8
4-mm-Sicherheitsbuchsen zum Anschluß des Rohr-
ofens (555 81 bzw. 82) für das Franck-Hertz-Rohr, Hg
Abmessungen:21 cm ∗30 cm ∗23 cm
Masse: 3 kg
Im Lieferumfang enthalten (o. Abb.): Verbindungskabel 14 po-
lig, zum Anschluß eines CASSY-Interfaces an das Betriebsge-
rät über den Pfostenstecker (1.3).
(2.7) Analog output (4-mm sockets) for voltmeter (pointer me-
ter, zero point left) for displaying the quantity selected
with (2.5) resp. the voltage proportional to that quantity:
The following
applies for: ϑSand ϑ:100°C
= 1 V
U
1 :1 V
= 1 V
U
3:-1 V
= 1 V
U
2:10 V
= 1 V
I : 1 nA
= 1 V
3
Control field
(3.1) Mode switch:
*
fast sawtooth signal for oscilloscope
)
slow ramp signal for recorder
RESET resets acceleration voltage to 0 V
MAN. manual setting with (3.2) for point-by-point
recording
CASSY measurement with CASSY via (1.3)
(3.2) Potentiometer for manually setting the acceleration
voltage
U
2:
Hg: 0...30 V
Ne: 0...80 V
(3.3) Schematic circuit diagram of the experiment setup
(3.4) LEDs for indicating the type of tube connected:
Hg: green briefly, immediately after switching on
the supply unit;
red when the oven is heating up;
green when the system is in the control range
(set oven temperature)
Ne: green, automatic recognition via DIN socket (1.2)
(3.5) 4-mm output sockets for acceleration voltage
U
2=10 ⋅
U
4
Collector current output field with
4-mm output sockets for the voltage
U
Aproportional to
the collector current
I
A: 1 V
= 1 nA
5
Mains connection with primary-side fuse
Connection voltage: 230 V (or 115 V, according
to label), 50/60 Hz
Fuse: T 2.5 at 230 V and 115 V
(698 19)
Power consumption: max. 30 W
approx. 230 W with electric
oven
6
Mains switch
7
Screwdriver potentiometer for setting the cathode heating:
Voltage range: approx. 5.9 V... 6.7 V, default setting: 6.3 V
8
4-mm safety sockets for connecting the electric oven
(555 81 or 82) for the Franck-Hertz tube, Hg
Dimensions: 21 cm ∗30 cm ∗23 cm
Weight: 3 kg
Included in scope of supply (not shown): 14-conductor
connector cable for connecting a CASSY interface to the supp-
ly unit via the connector slot (1.3).
Fig. 1.3
Rückwand des Franck-Hertz-Betriebsgerätes
Rear panel of Franck-Hertz supply unit
3

2.2 Fassung zum Hg-FH-Rohr mit DIN-Stecker (555 861)
Zum Anschluß des Franck-Hertz-Rohres, Hg (555 85) an die
DIN-Buchse (1.2) des Betriebsgerätes.
Keramik-Fassung mit 6-adriger Anschlußleitung; Ader für Auf-
fängerstrom und DIN-Stecker geschirmt. Mit eingebautem Vor-
widerstand für die Katodenheizung.
Kupferrohr zur Adaptierung des Franck-Hertz-Rohres, Hg, an
den Durchmesser des Rohrofens (555 81) sowie zu Abschir-
mung des Hg-Rohres gegen Störfelder durch Erdung über eine
Kupferlitze b mit 4-mm-Stecker; mit Sackloch a für die Meß-
spitze eines Temperaturfühlers.
2.3 Ne-FH-Verbindungskabel, 7-polig (555 872)
Zum Anschluß der Fassung für Ne-Franck-Hertz-Rohr
(555 871) mit Ne-FH-Rohr (555 870) über die DIN-Buchse (1.2)
an das Betriebsgerät.
6-adriges Kabel; Ader für Auffängerstrom und DIN-Stecker ge-
schirmt.
2.2 Socket for Franck-Hertz tube, Hg with DIN plug (555 861)
For connecting the Franck-Hertz tube, Hg (555 85) to the DIN
socket (1.2) of the supply unit.
Ceramic socket with 6-conductor cable; conductor for collector
current and DIN plug screened. With built-in series resistor for
cathode heater.
Copper tube for matching the Franck-Hertz tube, Hg, to the dia-
meter of the electric oven (555 81) and for screening the Hg
tube from interference fields by grounding via a copper lead b
with 4-mm plug; with blind hole a for the measuring tip of a
temperature sensor.
2.3 Neon FH connector cable, 7-pin (555 872)
For connecting the socket for neon Franck-Hertz tube
(555 871) with attached neon Franck-Hertz tube (555 870) via
the DIN socket (1.2) on the supply unit.
6-conductor cable; conductor for collector current and DIN plug
screened.
Fig. 2 Fassung mit Kupferrohr Fig. 2 Socket with copper tube
4

3 Bedienung
3.1 Betriebsmittel
3.1.1 Versuchsdurchführung mit dem Franck-Hertz-Rohr,
Hg (555 85):
3Operation
3.1 Equipment required
3.1.1 Experiment procedure with the Franck-Hertz tube,
Hg (555 85):
Fig. 3
Anschluß des Hg-FH-Rohres mit Ofen und Temperaturfühler;
Temperaturfühler bis zum Anschlag in Sackloch a (siehe
auch Fig. 2) einschieben; Kupferzylinder über Litze b an der
gelb-grünen Sicherheitsbuchse erden.
1 Franck-Hertz-Rohr, Hg 555 85
1 Anschlußfassungfassung zum
FH-Rohr (Hg) mit DIN-Stecker 555 861
oder
1 Anschlußfassung zum FH-Rohr (Hg)
mit 4-mm-Steckern (s. Neben-
skizze in Fig. 3) 555 86
1Elektrischer Rohrofen für 230 V
"
555 81
oder für 115 V "
555 82
1 Temperaturfühler 666 193
Fig. 3
Connection of the Franck-Hertz tube, Hg with oven and
temperature sensor Insert temperature sensor in the blind hole
a (see also Fig. 2) all the way; ground the copper tube to the
yellow-green safety socket using the copper lead b .
1 Franck-Hertz tube, Hg 555 85
1 Connection socket for FH tube (Hg)
with DIN plug 555 861
or
1 Connection socket for FH tube (Hg)
with 4-mm plugs (see inset
diagram Fig. 3) 555 86
1 Electric oven for 230 V AC 555 81
or for 115 V AC 555 82
1 Temperature sensor 666 193
5

3.1.2 Versuchsdurchführung mit dem
Ne-Franck-Hertz-Rohr (555 870):
3.2 Meßmittel
3.2.1 Punktweise, manuelle Aufnahme der Kurve:
Zur punktweise Aufnahme der Kurve im Praktikumsversuch ist
eine weiteres Meßgerät nicht unbedingt erforderlich. Span-
nungs- und Stromwerte jeweils durch Umschalten des Aus-
wahlschalters (2.5) zwischen
U
2 und
I im Display (2.6) ablesen.
3.1.2 Experiment procedure with the neon Franck-Hertz
tube (555 870):
3.2 Measuring equipment
3.2.1 Manual point-wise recording of a curve:
You do not absolutely require an additional measuring device to
record a curve point by point. Voltage and current values can be
read from the display (2.6) of the supply unit by switching the
selector switch (2.5) between
U
2 and
I .
Fig. 4
Anschluß der Ne-FH-Rohres
1 Ne-FH-Verbindungskabel 555 872
1 Fassung für Ne-FH-Rohr 555 871
1 Ne-FH-Rohr 555 870
Connecting the Ne-FH tube
1 Ne-FH connector cable 555 872
1 Holder for Ne-FH tube 555 871
1 Neon Franck-Hertz tube 555 870
Fig. 5.1
Punktweise Aufnahme der Kurve mit
einem Zeigermeßgerät,
Meßbereich 3/10 V
DC (z. B. 531 94 oder 531 911)
Betriebsartschalter (3.1) auf MAN.Die Beschleunigungsspan-
nung wird mit dem Potentiometer (3.2) eingestellt.Meßwert-
aufnahme jeweils durch Umschalten des Auswahlschalters
(2.5) zwischen
U
2 und
I
Point-by-point recording of a curve with a pointer meter, mea-
suring range 3/10 V
DC (e.g. 531 94 or 531 911)
Mode switch (3.1) is set to MAN. The acceleration voltage is
set using the potentiometer (3.2). Measured values are recor-
ded by switching the selector switch (2.5) between positions
U
2 and
I
Fig. 5.2
Punktweise Aufnahme der Kurve mit
zwei Zeigermeßgeräten,
Meßbereich 3/10 V − (z. B. 531 94 oder 531 911)
Betriebsartschalter (3.1) auf MAN. oder ) Spannung U
2mit
(3.2) wählen
Point-by-point recording of a curve with two pointer meters,
measuring range 3/10 V DC (e.g. 531 94 or 531 911)
Mode switch (3.1) set to MAN. or )
Set the voltage U
2with
(3.2)
6

3.2.2 Automatische Aufzeichung mit einem XY-Schreiber:
3.2.3 Oszilloskopische Darstellungen
Gerade durch die Möglichkeit der oszilloskopischen Darstel-
lung läßt sich der Einflußder verschiedenen Parameter (
U
1,
U
3,
ggfs. ϑ) auf die FH-Kurve direkt beobachten.
1 Oszilloskop z.B. 575 211
2 Meßkabel BNC/4mm 575 24
evtl: 1 Spannungsmeßgerät z.B. 531 94
3.2.4 Computerunterstützte Aufzeichnung mit CASSY:
3.2.2 Automatic recording with an XY-recorder:
3.2.3 Oscilloscope displays
Oscilloscope display allows the students to directly observe the
influence of the various parameters (
U
1,
U
3and, if desired, ϑ)
on the FH curve.
1 Oscilloscope e.g. 575 211
2 Screened cables BNC/4mm 575 24
optional: 1 Voltmeter e.g. 531 94
3.2.4 Computer-supported measured-value recording
with CASSY:
Fig. 6
Aufnahme der Kurve mit einem XY-Schreiber (z. B. 575 622)
Betriebsartschalter (3.1) auf ) stellen, so daß die Beschleu-
nigungsspannung kontinuierlich erhöht wird. Vor Umschalten
auf RESET den Stift des XY-Schreibers abheben.
Recording the curve with an XY-recorder (e.g. 575 622)
Set the mode switch (3.1) to ) so that the acceleration volt-
age increases continuously. Raise the pen of the XY-re-
corder before switching to RESET.
Fig. 7
Oszilloskopische Darstellung der Kurve
Betriebsartschalter (3.1) auf * stellen, so daß die Beschleuni-
gungsspannung
U
2sägezahnförmig an die FH-Rohre angelegt
wird.
Fig. 7
Oscilloscope display of the curve
Set mode switch (3.1) to * so that the acceleration voltage is
applied to the FH tube as a sawtooth signal.
Fig. 8
Computer-supported measured value recording with CASSY
In computer-supported recording of the Franck-Hertz curve, the
acceleration voltage is controlled by the software via the CASSY
interface (set mode switch (3.1) to CASSY)
1 CASSYpackE 524 007
1 Software "Universal Data Acquisition"
You can use the measuring example supplied
on the disk to record measured values for your
own experiments
525 032
Fig. 8
Computerunterstützte Aufzeichnung mit CASSY
Bei der computerunterstützten Aufzeichnung der Franck-Hertz-
Kurve wird die Beschleunigungsspannung per Software durch
das CASSY-Interface vorgegeben (Betriebswahlschalter (3.1)
auf CASSY)
1 CASSYpack E 524 007
1 Software "Universelle Meßwerterfassung"
Meßbeispiel auf der Diskette als Voreinstellung
des Programms für eigene Messungen nutzbar
525 031
7

3.3 Experiment procedure
Set up the experiment as shown in Figs. 3 - 8 and switch on the
supply unit.
3.3.1 Setting the temperature (see Fig. 1.1, Fig. 3)
Only required for experiments with the Franck-Hertz tube, Hg.
The neon Franck-Hertz tube operates at room temperature,
and is ready for operation after approx. 1 min (cathode warm-up
time).
Connect the electric oven to 8 ; insert the temperature sensor
in the blind hole a and connect it to the DIN socket (2.1). Then
switch on the supply unit with 6 : after a few seconds, the LED
(3.4) for the Hg tube lights up red (oven heating up).
Wait until the electric oven reaches the operating temperature
of the Hg tube (approx. 10 to 15 min.): The LED indicator (3.4)
for the Hg tube turns green.
Attention! A blinking display (2.6) means that there is an error
in the temperature measuring setup:
- The temperature sensor is not connected to the DIN socket
(2.1). The display starts to blink immediately when the supply
unit is switched on).
- The temperature sensor is not inserted in the blind hole of the
copper cylinder. Blinking starts some minutes after the supply
unit is switched on: the oven may have heated up somewhat!.
- The temperature sensor has fallen out of the blind hole of the
copper cylinder after the operating temperature has been
reached. Blinking starts a few seconds after the sensor
falls out.
3.3.2 Setting the measuring instruments
•Acceleration voltage U
2 :
10 V = 1V at output (3.5) or (2.7)
Hg Ne
Voltmeter: 0...3 V DC 0...10 V DC
XY-recorder, X-axis: Var. approx.
0,1 V/cm Var. approx. 0,3 V/cm
Oscilloscope, X-axis: Cal. 0,5 V/cm Cal. 1 V/cm
Collector current
I :1 nA
= 1 V at
output 4
Voltmeter: 0...15 V
XY-recorder,Y-axis: Var. approx. 1 V/cm
Oscilloscope, Y-Axis: Cal. approx. 2 V/cm
3.3.3 Setting the tube parameters
•Experiments without oscilloscope (Fig. 5.1/ 2, Fig. 6):
Set mode switch (3.1) to MAN.: you can vary the acceleration
voltage
U
2 using the potentiometer (3.2).
Setting the parameter voltages
U
1 and
U
3:
Typical values: Hg tube:
U
1 =1.5 V
U
3 = 1.5 V
Ne tube:
U
1 = 3 V
U
3 = 8 V
Slowly increase the acceleration voltage and observe the curve
of the collector current
I (resp. the voltage U
A proportional to it).
•Experiments with oscilloscope (Fig. 7):
Set mode switch (3.1) to * : The acceleration voltage
U
2 is
automatically run up to 30 V resp. 80 V in a sawtooth signal.
On the oscilloscope screen, you can observe a curve like the
one shown in Fig. 9.1.
3.3 Versuchsdurchführung
Versuch gemäß Fig. 3 - 8 aufbauen und Betriebsgerät einschal-
ten.
3.3.1 Temperatureinstellung (s. Fig. 1.1, Fig. 3)
Nur für Versuchsdurchführungen mit dem Franck-Hertz-Rohr
(Hg) notwendig.Das Ne-FH-Rohr wird bei Raumtemperatur be-
trieben. Dieses ist schon nach ca. 1 min (Aufheizzeit der Kato-
de) betriebsbereit.
Rohrofen an 8 anschließen, Temperaturfühler in das Sackloch
a schieben und an (2.1) anschließen. Anschließend Betriebs-
gerät an 6 einschalten: Nach wenigen Sekunden leuchtet die
LED (3.4) für die Hg-Röhre rot auf (Aufheizen des Ofens).
Das Erreichen der Betriebstemperatur der Hg-Röhre im Rohr-
ofen abwarten (ca. 10 bis 15 min.): Die LED-Anzeige (3.4)
leuchtet grün.
Achtung! Blinken der Anzeige im Display (2.6) zeigt einen Auf-
baufehler in der Temperaturmessung an :
- Temperaturfühler ist nicht an DIN-Buchse (2.1) angeschlos-
sen: Blinken sofort nach Einschalten des Betriebsgerätes.
- Temperaturfühler ist nicht in das Sackloch des Kupferzylin-
ders eingesteckt: Blinken einige Minuten nach Einschalten
des Betriebsgerätes: Der Ofen kann sich schon etwas aufge-
heizt haben!
- Temperaturfühler ist nach Erreichen der Betriebstemperatur
aus dem Sackloch des Kupferzylinders herausgefallen: Blin-
ken einige Sekunden nach Herausfallen.
3.3.2 Einstellung der Meßmittel
•Beschleunigungsspannung U
2 :
10 V = 1V am Ausgang (3.5) oder (2.7)
Hg Ne
Spannungsmeßgerät: 0...3 V- 0...10 V-
XY-Schreiber, X-Achse: Var. ca. 0,1 V/cm Var.ca.0,3V/cm
Oszilloskop, X-Achse: Cal. 0,5 V/cm Cal. 1 V/cm
Auffängerstrom
I :1 nA
= 1 V am Ausgang 4 oder
(2.7)
Spannungsmeßgerät: 0...15 V
XY-Schreiber,Y -Achse: Var. ca. 1 V/cm
Oszilloskop, Y-Achse: Cal. ca. 2 V/cm
3.3.3 Einstellung der Rohrparameter
•Versuchsdurchführungen ohne Oszilloskop (Fig. 5.1/ 2, Fig. 6):
Betriebsartschalter (3.1) auf MAN. stellen: Die Beschleuni-
gungsspannung
U
2 läßt sich über das Potentiometer (3.2) va-
riieren.
Parameterspannungen U
1 und
U
3einstellen:
typische Werte: Hg-Rohr:
U
1 =1,5 V
U
3 = 1,5 V
Ne-Rohr:
U
1 = 3 V
U
3 = 8 V
Die Beschleunigungsspannung langsam erhöhen und dabei
den Verlauf des Auffängerstromes
I (bzw. die dazu proportio-
nale Spannung
U
A ) beobachten.
•Versuchsdurchführungen mit Oszilloskop (Fig. 7):
Betriebsartschalter (3.1) auf * stellen: Die Beschleunigungs-
spannung
U
2 wird automatisch mit einem Sägezahnverlauf
auf jeweils maximal 30 V bzw. 80 V gefahren. Auf dem Bild-
schirm läßt sich ein Verlauf gemäß Fig. 9.1 beobachten
8

Setting the negative field voltage U
3: typical values: Hg tube
1.5 V / Ne tube 8 V
The curve form shown on the oscilloscope does not change.
Slowly increase the driving potential
U
1
and observe the curve:
the typical Franck-Hertz curve appears on the screen.
3.3.4 Optimizing the Franck-Hertz curve
If the form of the curve is still unsatisfactory even after setting
the operating parameters as described in section 3.3.1 / 3, you
can optimize it both by tube-specific measures and by matching
the parameters to the FH tube you are currently using.
3.3.4.1 Hg and Ne tubes
Increasing the driving potential U
1dissipates the electron cloud
in front of the cathode. As a result, more electrons can be emitted,
i.e. the transverse current through the tube is increased.
When the negative field voltage U3 is increased, only electrons
with a correspondingly high energy can reach the collector, i.e.
the collector current is reduced.
- Maxima are extremely flat, collector current very low:
increase the driving potential U1(or for the Hg tube reduce the
oven temperature, see below; on the Ne tube increase the
cathode heating voltage, see below).
- Curve form is not readily apparent:
Vary the negative field voltage
U
3.
Gegenspannnung U
3 einstellen: Typische Werte: Hg-Rohr
1,5 V / Ne-Rohr 8 V
Der Verlauf der Kurve auf dem Oszilloskop verändert sich da-
durch nicht.
Saugspannung
U
1 langsam erhöhen. Dabei die Kurve beob-
achten: Es bildet sich die typische Franck-Hertz-Kurve aus.
3.3.4 Optimierung der FH-Kurve
Ist der Kurvenverlauf nach Einstellung der Betriebsparameter
gemäß Abschnitt 3.3.1 / 3 noch unbefriedigend, so ist deren
Optimierung durch röhrenspezifische Maßnahmen sowie durch
Anpassung der Parameter an dasspeziell verwendete FH-Rohr
möglich.
3.3.4.1 Hg- und Ne-Rohr
Durch Erhöhen der Saugspannung U
1wird die Elektronenwol-
ke vor der Katode abgebaut. Es können mehr Elektronen emit-
tiert werden, d.h. der Querstrom durch die Rohr wird erhöht.
Durch Erhöhen der Gegenspannung U3 können nur Elektronen
den Auffänger erreichen, deren Energie entsprechend hoch ist,
d.h. der Auffängerstrom wird verkleinert.
- Maxima sind sehr flach, Auffängerstrom sehr klein:
Saugspannung U1erhöhen (oder bei Hg-Rohr Ofentempera-
tur senken s. u. ; bei Ne-Rohr Katodenheizspannung vergröß-
ern s. u.)
- Kurve ist schlecht ausgeprägt:
Gegenspannung
U
3 verändern
Fig. 9.1
BildschirmkurveohneangelegteParameterspannungen
U
1 und
U
3
Der Verlauf der Kurve ist durch die angekoppelte Kapazität der
Kabel und Röhren durch Umladeströme bedingt. Bei wellenför-
migem Verlauf - insbesondere beim Ne-Rohr - ist auf eine bes-
sere Schirmung gegen Netzstörungen zu achten, z.B. durch Er-
dung des Demonstrations- Experimentier-Rahmens.
Displayofcurveonscreenwithoutparametervoltages
U
1 and
U
3
The shape of the curve is influenced by discharge currents
caused by the capacitances of the cables, leads and tubes.If
the curve shows a wave form - particularly for the Ne tube -
screen the setup better against mains interference, e.g. by
grounding the demonstration panel frame.
Fig. 9.3
Kurve des Ne-Rohres
Curve of the Ne tube
Fig. 9.2
Kurve des Hg-Rohres
Curve of the Hg tube
9

- Maxima sind zu hoch (Kurve wirdoben "abgeschnitten"):
Saugspannung
U
1
verkleinern oder/und Gegenspannung ver-
größern. (bei Ne-Rohr Katodenheizspannung senken s. u.)
- Minima laufen gegen 0 (Kurve wirdunten "abgeschnitten"):
Gegenspannung U
3
verkleinern oder/und Saugspannung U
1
vergrößern.
3.3.4.2 Hg-Rohr:
Durch Erhöhen der Ofen- bzw. Rohrtemperatur wird der Hg-
Dampfdruck und damit die Stoßwahrscheinlichkeit für die Elek-
tronen erhöht, d.h. der Quer- und Auffängerstrom verkleinert.
- Auffängerstrom steigt sprunghaft an (Gasentladung infolge
einer zu niedrigen Ofentemperatur): Sofort Beschleunigungs-
spannung
U
2 auf 0 V bzw. den Betriebsartschalter (3.1) auf
RESET stellen. Die Gasentladung läßt sich auch als blaues
Leuchten im Rohr beobachten. Falls das thermische Gleich-
gewicht nach Einschalten des Rohres tatsächlich schon er-
reicht war (ggfs. noch einige Minuten abwarten) muß die
Ofentemperatur über die Einstellung des Sollwertes am
Schraubenzieherpotentiometer (2.2) erhöht werden.
- Kurve ist sehr flach, insbesondere die ersten Maxima sind
nicht ausgebildet (Ofentemperatur zu hoch):
Ofentemperatur über Einstellung des Sollwertes am Schrau-
benzieherpotentiometer (2.2) erniedrigen. Einige Minuten ab-
warten, bis sich das neue thermische Gleichgewicht einge-
stellt hat.
3.3.4.3 Ne-Rohr:
Bei fest angelegter Beschleunigungsspannung U
2(ca. 70 V)
sollen sich bei Erhöhen der Saugspannung
U
1drei sichtbare
Leuchtschichten zwischen den beiden Gittern ausbilden.
Durch Erhöhen der Heizspannung wird die Temperatur der Ka-
tode und damit der Emissionsstrom vergrößert.
- Auffängerstrom zu groß, insbesondere bei oszilloskopischer
Untersuchung läßt sich die Kurve fast nicht einstellen. Im
Rohr ist schon bei kleiner Saugspannung ein helles Leuchten
zu beobachten:
Die Katodentemperatur durch Verkleinern der angelegten Span-
nung am Schraubenzieherpotentiometer 7 erniedrigen.
- Auffängerstrom zu klein, Maxima bilden sich fast nicht aus.
Es lassen sich auch bei großer Saugspannung zwischen den
Gittern keine Leuchtschichten beobachten:
Die Katodentemperatur durch Vergrößern der angelegten
Spannung am Schraubenzieherpotentiometer 7 erhöhen.
- Maxima are too high (top of curve is "cut off"):
decrease the driving potential
U
1
and/or increase the negative
field voltage (on the Ne tube, lower the cathode heating
voltage, see below).
- Minima approach 0 (bottom of curve is "cut off"):
decrease the negative field voltage U
3
and/or increase the
driving potential
U
1
.
3.3.4.2 Hg tube:
Raising the oven or tube temperature increases the Hg vapor
pressure, and thus the probability of electron collisions, i.e. the
transverse and collector currents are reduced.
- Collector current abruptly jumps (gas discharge as a result of
insufficient oven temperature): immediately set the acceleration
voltage
U
2 to 0 V and the mode switch (3.1) to RESET. The
gas discharge may be observed in thetube as a blue luminan-
ce. If the thermal equilibrium was already established when
the tube was switched on (if necessary, wait a fewminutes),
you must increase the oven temperature by changing the set
value on the screwdriver potentiometer (2.2).
- Curve is very flat, particularly the first maxima are poorly
defined (oven temperature too high):
Reduce the oven temperature by changing the set value on
the screwdriver potentiometer (2.2). Wait afew minutes until
the new thermal equilibrium is reached.
3.3.4.3 Ne tube:
When a fixed acceleration voltage U
2(approx. 70 V) is supplied,
three visible luminance layers should form between the grids
when the driving potential
U
1is increased.
Raising the heating voltage increases the temperature of the
cathode, and thus the emission current.
- Collector current too high, particularly in oscilloscope obser-
vations it is almost impossible to adjust the curve; a bright
luminance can be seen between the grids ata low driving
potential:
Lower the cathode temperature by reducing the applied voltage
via the screwdriver potentiometer 7 .
- Collector current too low, maxima barely noticeable; no
luminance layers can be seen between the grids even at
a high driving potential:
Raise the cathode temperature by increasing the applied
voltage via the screwdriver potentiometer 7 .
10

4 Sicherungsaustausch
Wenn weder der Netzschalter 6 noch das Display (2.6) und die
Anzeigedioden (3.4) aufleuchten, so ist die Sicherung durchge-
brannt.
- Einsatz a mit Fassung für Sicherung b und Reservesiche-
rung c heraushebeln (Fig. 7)
- Defekte Sicherung durch neue, auf Sicherheitswert überprüf-
te Sicherung ersetzen.
- Reservesicherung einsetzen und Einsatz wieder einschieben.
Wichtig:
Wenn der Netzschalter, aber weder das Display noch die An-
zeigedioden leuchten, liegt ein Defekt vor und die Ursache muß
im Werk behoben werden.
4 Replacing the fuse
If neither the mains switch 6 nor the display (2.6) and the
indicator LEDs (3.4) light up, the fuse is blown.
- Pry the insert a with socket for fuse b and spare fuse c out
of its fitting (Fig. 10).
- Replace the old fuse with a new one. Check to make sure that
the new fuse has the proper protection values.
- Put in the reserve fuse and replace the insert in the device.
Important:
If the mains switch lights up, but neither the display nor the
LEDs light up, there is a fault in the device which must be
repaired atthe factory.
Fig. 10