霍尔效应测磁场实验报告样稿.doc

实 验 报 告
学生姓名： 学 号： 指导老师：
试验地点： 试验时间：
一、试验室名称：霍尔效应试验室
试验项目名称：霍尔效应法测磁场
三、试验课时：
四、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磁场中，并让薄片平面和磁场方向（如Y方向）垂直。如在薄片横向（X方向）加一电流强度为电流，那么在和磁场方向和电流方向垂直Z方向将产生一电动势。
图1所表示，这种现象称为霍耳效应，称为霍耳电压。霍耳发觉，霍耳电压和电流强度和磁感应强度B成正比，和磁场方向薄片厚度d反比，即
（1）
式中，百分比系数R称为霍耳系数，对同一材料R为一常数。因成品霍耳元件（依据霍耳效应制成器件）d也是一常数，故常见另一常数K来表示，有
（2）
式中，K称为霍耳元件灵敏度，它是一个关键参数，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大小。假如霍耳元件灵敏度K知道（通常由试验室给出），再测出电流和霍耳电压，就可依据式
（3）
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）霍耳效应解释
现研究一个长度为l、宽度为b、厚度为dN型半导体制成霍耳元件。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沿和电流方向相反方向运动，在磁感应强度为B磁场中，电子将受到洛仑兹力作用，其大小为
方向沿Z方向。在作用下，电荷将在元件沿Z方向两端面堆积形成电场（见图2），它会对载流子产生一静电力，其大小为
方向和洛仑兹力相反，即它是阻止电荷继续堆积。当和达成静态平衡后，有，即，于是电荷堆积两端面（Z方向）电势差为
（4）
经过电流可表示为
式中n是电子浓度，得
（5）
将式（5）代人式（4）可得
可改写为
该式和式（1）和式（2）一致，就是霍耳系数。
五、试验目标：
研究通电螺线管内部磁场强度
六、试验内容：
（一）测量通电螺线管轴线上磁场强度分布情况，并和理论值相比较；
（二）研究通电螺线管内部磁场强度和励磁电流关系。
七、试验器材：
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、试验步骤及操作：
（一）研究通电螺线管轴线上磁场分布。要求工作电流和励磁电流全部固定，并让mA，逐点（约12-15个点）测试霍耳电压，记下和K值，同时统计长直螺线管长度和匝数等参数。
1．接线：霍尔传感器1、3脚为工作电流输入，分别接“IH输出”正、负端； 2、4脚为霍尔电压输出，分别接“VH输入”正、负端。螺线管左右接线柱（即“红”、“黑”）分别接励磁电流IM“正”、“负”，这时磁场方向为左边N右边S。
2、测量时应将“输入选择”开关置于“V