实验报告
学生姓名:
学号: 指导教师:
实验地点:
实验时间:
一、 实验室名称:霍尔效应实验室
二、 实验项目名称: 霍尔效应法测磁场
三、 实验学时: 四、实验原理:
(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|H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 UH。
如图1所示,这种现象称为霍耳效应, UH称为霍耳电压。霍耳发现,霍耳电压 UH与
电流强度Ih和磁感应强度B成正比,与磁场方向薄片的厚度 d反比,即
Uh 二 R-^^B ( 1)
d
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 R/d常用另一常数K来表示,有
Uh 二 KIh B (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Ih和霍耳电压Uh,就可根据式
Uh
ki
算出磁感应强度B。
图1霍耳效应示意图
图2霍耳效应解释
(二)霍耳效应的解释
现研究一个长度为I、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Ih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
fB = evB
方向沿Z方向。在fB的作用下,电荷将在元件沿 Z方向的两端面堆积形成电场 Eh (见图
2),它会对载流子产生一静电力 fe,其大小为
fE YEh
方向与洛仑兹力 fB相反,即它是阻止电荷继续堆积的。当 fB和fe达到静态平衡后,有
fB = fe,即evB = eEH二eg/b,于是电荷堆积的两端面(Z方向)的电势差为
Uh =vbB ( 4)
通过的电流Ih可表示为
lH - -nevbd
n ebd
式中n是电子浓度,得
将式(5)代人式(4)可得
ned
可改写为
IH B
U H = R H KI H B
d
1
该式与式(1)和式(2)—致,R 就是霍耳系数。
ne
五、实验目的:
研究通电螺线管内部磁场强度
六、实验内容:
(一) 测量通电螺线管轴线上的磁场强度的分布情况,并与理论值相比较;
(二) 研究通电螺线管内部磁场强度与励磁电流的关系。
七、实验器材:
霍耳效应测磁场装置,含集成霍耳器件、螺线管、稳压电源、数字毫伏表、直流毫安表 等。
八、实验步骤及操作:
(一)研究通电螺线管轴线上的磁场分布。要求工作电流 IH和励磁电流IN都固定,并让
IM =500 mA,逐点(约12-15个点)测试霍耳电压 Uh,记下Ih和K的值,同时记录长 直螺线管的长度和匝数等参数。
1 •接线:霍尔传感器的 1、3脚为工作电流输入,分别接“ Ih输出”的正、负端; 2、 4脚为霍尔电压输出,分别接“ Vh输入”的正、负端。螺线管左右接线柱(即“红” 、“黑”) 分别接励磁电流IM的“正”、“负”,这时磁场方向为左边
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