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文檔簡介
霍爾效應及磁場的測量實驗目的了解霍爾效應的基本原理,掌握用霍爾效應測量磁場的方法。學習用對稱測量法消除霍爾元件的副效應。實驗原理導體或半導體薄膜材料在外加電場作用下,載流子產生定向運動,運動的電荷在磁場中受到洛侖茲力作用使電荷產生橫向的偏轉,由于樣品有邊界,所以偏轉的載流子將在邊界積累起來,產生一個橫向電場EH,這個現(xiàn)象稱為霍爾效應,該電場稱為霍爾電場。應用這種效應做成的傳感器稱為霍爾元件。圖1霍爾效應由上式可看出,若已知霍爾片的靈敏度KH,只需分別測出霍爾電流IH及霍爾電勢差VH就可以算出磁場B的大小,這就是霍爾效應測磁場的基本原理。*一般要求霍爾元件的靈敏度KH愈大愈好。KH與載流子濃度n成反比,半導體內載流子濃度遠比金屬載流子濃度小,所以都用半導體材料作為霍爾元件,KH與材料片厚d成反比,因此霍爾元件都做得很薄,一般只有0.2mm厚.霍爾元件副效應及消除在實際測量過程中,還會伴隨一些熱磁副效應,它使所測得的電壓不只是VH還會附加另外一些電壓,給測量帶來誤差。這些熱磁效應有1.埃廷斯豪森效應2.能斯脫效應3.里紀-勒杜克效應4.不等位效應埃廷斯豪森效應,是由于霍爾片兩端有溫度差,從而產生溫差電動勢VE,它與霍爾電流IH、磁場B方向有關。能斯脫效應,是由于當熱流通過霍爾片在其兩側會有電動勢VN產生,只與磁場B和熱流有關。里紀-勒杜克效應,是當熱流通過霍爾片時,兩側會有溫度差產生,從而又產生溫差電動勢VL,它同樣與磁場B及熱流有關.不等位效應,是兩側的電極不在同一等勢面上引起的,當IH通過電流端時,即使不加磁場也會有電勢差V0產生,其方向隨IH方向而改變。
霍爾元件副效應及消除實驗測量電路如左圖所示,VAA電壓測量雙路恒流電源提供實驗裝置電源和顯示霍爾電壓的數(shù)值。左面的恒流源提供電磁鐵提供勵磁電流IM,右面的恒流源提供霍爾工作電流IH,中間的電壓表顯示霍爾電壓VH的大小。實驗測量圖1霍爾效應*確定儀器的KH和IH,并記錄下來,方可開始實驗。
實驗儀器電源電源電源SH500A型SH500型對稱法消除負效應——換向開關IM霍爾元件實驗操作要求測量電磁鐵間隙磁場沿水平方向的分布,
畫出分布圖(B-X圖)(IM=600mA);A.將霍爾控制電流調至設定值,SH500型IH=9.00mA;
SH500-A型IH=2.00mA;B.測量單邊水平方向磁場分布(0~20mm),0~12mm每隔4mm測一點,13~20mm每隔1mm測一點;C.每個點都應用對稱測量法消除霍爾元件的副效應。電磁鐵氣隙磁場沿水平方向的分布B-X圖
A.將霍爾控制電流調至設定值:SH500型IH=9.00mA;SH500-A型IH=2.00mAB.勵磁電流IM在0~200mA,800mA~1000mA范圍內每隔50mA測一點,200mA~800mA范圍內每隔200mA測一點;C.每個點都應用對稱測量法消除霍爾元件的副效應.
測量勵磁電流與霍爾電壓的IM-VH關系曲線實驗操作要求實驗操作要求IM-VH關系(位置在0mm處)IM(mA)0501001502004008008509009501000V1(mV)V2(mV)V3(mV)V4(mV)VH(mV)注意事項1.勵磁電流與霍爾電流的輸入端不可接錯;2.兩種霍爾效應實驗儀的工作電流不得超過:SH500型IH<10.00mA;SH500-AIH<2.50mA.3.實驗儀的換相開關需自己連接.作業(yè)什么是霍爾效應?采用霍爾效應測量磁場時,需要測量哪些物理量?2.如何判斷材料的導電類型和磁場的極性?3.如何判斷霍爾元件的法向與磁場方向是否一致,對結果有何影響?講義中思考題1、2作業(yè)FBFE------++++++FBFE++++++------BIHVHbBIHVHVH>0VH<0*如何判斷載流子類型FEFB------++++++FBFE++++++------BIHVHbBIHVHVH>0VH<0*如何判斷磁場方向實驗報告基本要求:字跡清晰,文理通順,圖表正確,數(shù)據(jù)完備和結論明確實驗報告內容包括:(1)實驗名稱(2)實驗目的(3)實驗
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