霍耳效应法测量磁场分布实验报告.doc

霍耳效应法测量磁场分布实验研究摘要:运用霍尔效应进行磁场测量。此试验在XD-HRSZ1型磁场综合实验仪上进行,霍尔元件为高灵敏度、高稳定度、高线性度的砷化镓霍尔元件,其额定工作电流为5mA,“电压表量程”应选“200mV”挡,在此情况下测量霍尔电压U1(mU),U2(mU),U3(mU),U4(mU),并据此计算UH(mU),B(mT)。关键词:霍尔效应磁场分布副效应异号法  中图分类号:0753+ 文献标识码:A 文章编号:         一,试验原理:(一)霍耳效应现象将一块半导体(或金属)薄片放在磁感应强度为B的磁场中,并让薄片平面与磁场方向(如Y方向)垂直。如在薄片的横向(X方向)加一电流强度为的电流,那么在与磁场方向和电流方向垂直的Z方向将产生一电动势。如图1-1所示,这种现象称为霍耳效应,称为霍耳电压。霍耳发现,霍耳电压与电流强度和磁感应强度B成正比,与磁场方向薄片的厚度d反比,即(1-1)式中,比例系数R称为霍耳系数,对同一材料R为一常数。因成品霍耳元件(根据霍耳效应制成的器件)的d也是一常数,故常用另一常数K来表示,有(1-2)式中,K称为霍耳元件的灵敏度,它是一个重要参数,表示该元件在单位磁感应强度和单位电流作用下霍耳电压的大小。如果霍耳元件的灵敏度K知道(一般由实验室给出),再测出电流和霍耳电压,就可根据式(1-3)算出磁感应强度B。图1-1 霍耳效应示意图           图1-2 霍耳效应解释(二)霍耳效应的解释现研究一个长度为l、宽度为b、厚度为d的N型半导体制成的霍耳元件。当沿X方向通以电流后,载流子(对N型半导体是电子)e将以平均速度v沿与电流方向相反的方向运动,在磁感应强度为B的磁场中,电子将受到洛仑兹力的作用,其大小为方向沿Z方向。在的作用下,电荷将在元件沿Z方向的两端面堆积形成电场(见图1-2),它会对载流子产生一静电力,其大小为方向与洛仑兹力相反,即它是阻止电荷继续堆积的。当和达到静态平衡后,有,即,于是电荷堆积的两端面(Z方向)的电势差为(1-4)通过的电流可表示为式中n是电子浓度,得(1-5)将式(1-5)代人式(1-4)可得可改写为该式与式(1-1)和式(1-2)一致,就是霍耳系数。二,试验步骤:(1)按图(1-5)连接电路,研究长直螺线管轴线上的磁场分布。,并让A,在X=、-、-、-、-、、、、、、、,记下和K的值,同时记录长直螺线管的参数包括编号、长度L、匝数N和平均半径R,均印在仪器线圈上,应全部作为原始数据进行记录。注意每台仪器的螺线管参数不一样。(2)研究励磁特性。固定,将霍耳元件置于螺线管轴线上中点处,,改变,测量相应的。(3)选做:研究特性。保持不变(例如),将霍耳元件置于螺线管轴线中心附近,改变,测量相应的。(4)选做:利用异号法消除副效应,测量霍耳灵敏度K(设mA,A,mm)。(5)选做:将霍尔元件标尺杆从线圈中拉出,不断改变霍尔元件的指向,观察能否测量地磁场的大小和方向。【注意事项】(1)霍耳元件质脆、引线易断,实验时要注意不要碰触或振动霍耳霍耳元件。(2),以免发热导致参数不稳定甚至烧毁霍尔元件。(3),应立即关闭仪器电源,再报告老师。三,:091213线圈匝数:N= 3520  ,线圈长度:L=,线圈平均直径:D=,励磁电流:IM=  ,霍尔灵敏度K= 245mV/mA/T霍耳工作电流:= 5mA  表1-1螺线管轴线上各点霍尔电压测量值和磁场强度计算值及误差零差(IM=):U01=   ,U02= -,U03= - ,U04=    ,A(mm)(mm)-----(mU)(mU)------------------------(mU)--.