霍爾效應測磁場實驗報告

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1、專業(yè)技術(shù)資料分享實驗報告學生姓名：學號：指導教師：實驗地點：實驗時間：一、實驗室名稱：霍爾效應實驗室二、實驗項目名稱：霍爾效應法測磁場三、實驗學時：四、實驗原理：（一）霍耳效應現(xiàn)象將一塊半導體（或金屬）薄片放在磁感應強度為B的磁場中，并讓薄片平面與磁場方向（如Y方向）垂直。如在薄片的橫向（X方向）加一電流強度為的電流，那么在與磁場方向和電流方向垂直的Z方向?qū)a(chǎn)生一電動勢。如圖1所示，這種現(xiàn)象稱為霍耳效應，稱為霍耳電壓?；舳l(fā)現(xiàn)，霍耳電壓與電流強度和磁感應強度B成正比，與磁場方向薄片的厚度d反比，即（1）式中，比例系數(shù)R

2、稱為霍耳系數(shù)，對同一材料R為一常數(shù)。因成品霍耳元件（根據(jù)霍耳效應制成的器件）的d也是一常數(shù)，故常用另一常數(shù)K來表示，有（2）式中，K稱為霍耳元件的靈敏度，它是一個重要參數(shù)，表示該元件在單位磁感應強度和單位電流作用下霍耳電壓的大小。如果霍耳元件的靈敏度K知道（一般由實驗室給出），再測出電流和霍耳電壓，就可根據(jù)式（3）算出磁感應強度B。WORD文檔下載可編輯專業(yè)技術(shù)資料分享圖1霍耳效應示意圖圖2霍耳效應解釋（二）霍耳效應的解釋現(xiàn)研究一個長度為l、寬度為b、厚度為d的N型半導體制成的霍耳元件。當沿X方向通以電流后，載流子（對

3、N型半導體是電子）e將以平均速度v沿與電流方向相反的方向運動，在磁感應強度為B的磁場中，電子將受到洛侖茲力的作用，其大小為方向沿Z方向。在的作用下，電荷將在元件沿Z方向的兩端面堆積形成電場（見圖2），它會對載流子產(chǎn)生一靜電力，其大小為方向與洛侖茲力相反，即它是阻止電荷繼續(xù)堆積的。當和達到靜態(tài)平衡后，有，即，于是電荷堆積的兩端面（Z方向）的電勢差為（4）通過的電流可表示為式中n是電子濃度，得（5）將式（5）代人式（4）可得可改寫為WORD文檔下載可編輯專業(yè)技術(shù)資料分享該式與式（1）和式（2）一致，就是霍耳系數(shù)。五、實驗目

4、的：研究通電螺線管內(nèi)部磁場強度六、實驗內(nèi)容：（一）測量通電螺線管軸線上的磁場強度的分布情況，并與理論值相比較；（二）研究通電螺線管內(nèi)部磁場強度與勵磁電流的關(guān)系。七、實驗器材：霍耳效應測磁場裝置，含集成霍耳器件、螺線管、穩(wěn)壓電源、數(shù)字毫伏表、直流毫安表等。八、實驗步驟及操作：（一）研究通電螺線管軸線上的磁場分布。要求工作電流和勵磁電流都固定，并讓mA，逐點（約12-15個點）測試霍耳電壓，記下和K的值，同時記錄長直螺線管的長度和匝數(shù)等參數(shù)。1．接線：霍爾傳感器的1、3腳為工作電流輸入，分別接“IH輸出”的正、負端；2、4

5、腳為霍爾電壓輸出，分別接“VH輸入”的正、負端。螺線管左右接線柱（即“紅”、“黑”）分別接勵磁電流IM的“正”、“負”，這時磁場方向為左邊N右邊S。2、測量時應將“輸入選擇”開關(guān)置于“VH”擋，將“電壓表量程”選擇按鍵開關(guān)置于“200”mV擋，霍爾工作電流IH調(diào)到5.00mA，霍爾傳感器的靈敏度為：245mV/mA/T。3、螺線管勵磁電流IM調(diào)到“0A”，記下毫伏表的讀數(shù)（此時勵磁電流為0，霍爾工作電流仍保持不變）。4、再調(diào)輸出電壓調(diào)節(jié)鈕使勵磁電流為。5、將霍耳元件在螺管線軸線方向左右調(diào)節(jié)，讀出霍耳元件在不同的位置時對

6、應的毫伏表讀數(shù)，對應的霍耳電壓。霍爾傳感器標尺桿坐標x=0.0mm對準讀數(shù)環(huán)時，表示霍爾傳感器正好位于螺線管最左端，測量時在0.0mm左右應對稱地多測幾個數(shù)據(jù)，推薦的測量點為x=-30.0、-20.0、-12.0、-7.0、-3.0、0.0、3.0、7.0、12.0、20.0、40.0、75.0mm。（開始電壓變化快的時候位置取密一點，電壓變化慢的時候位置取疏一點）。6、為消除副效應，改變霍耳元件的工作電流方向和磁場方向測量對應的霍耳電壓。計算霍爾電壓時，V1、V2、V3、V4方向的判斷：按步驟（4）的方向連線時，IM

7、、IH換向開關(guān)置于“O”（即“+”）時對應于V1（+B、+IH），其余狀態(tài)依次類推?；魻栯妷旱挠嬎愎绞荲=（V1-V2+V3-V4）÷4。7、實驗應以螺線管中心處（x≈75mm）的霍爾電壓測量值與理論值進行比較。測量B~IMWORD文檔下載可編輯專業(yè)技術(shù)資料分享關(guān)系時也應在螺線管中心處測量霍爾電壓。8、計算螺線管軸線上磁場的理論值應按照公式（參見教材實驗16，p.152公式3-16-6）計算，即，計算各測量點的理論值，并繪出B理論~x曲線與B測量~x曲線，誤差分析時分析兩曲線不能吻合的原因。如只計算螺線管中點和端面走

8、向上的磁場強度，公式分別簡化為、，分析這兩點B理論與實測不能吻合的原因。9、在坐標紙上繪制B~X曲線，分析螺線管內(nèi)磁場的分布規(guī)律。（二）研究勵磁特性。固定和霍耳元件在軸線上的位置（如在螺線管中心），改變，測量相應的。將霍耳元件調(diào)至螺線管中心處（x≈75mm），調(diào)穩(wěn)壓電源輸出電壓調(diào)節(jié)鈕使勵磁電流在0mA至600mA之間變化，每隔10