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石家庄铁道大学物理实验中心 1 实验名称: 用霍尔传感器测定螺线管磁场姓名学号班级桌号教室基教 1108 实验日期 20年月日时段同组同学指导教师一、实验目的(请先参阅实验教材上《磁场测量》的内容,然后充分阅读实验报告!) 1 、验证霍尔传感器输出电势差与螺线管内磁感应强度成正比。 2 、测量集成线性霍尔传感器的灵敏度。 3 、测量螺线管内磁感应强度与位置之间的关系,求得螺线管均匀磁场范围及边缘的磁感应强度。 4 、学习补偿原理在磁场测量中的应用。二、实验仪器 FD-ICH-II 新型螺线管磁场测定仪,包括: 实验主机、螺线管、集成霍尔传感器探测棒、单刀双掷开关、双刀双掷换向开关、、连接导线( 4 红, 4 黑)若干组成。其仪器装置如图 1 所示。图1 新型螺线管磁场测定仪仪器装置三、实验原理把一块半导体薄片(锗片或硅片)放在垂直于它的磁场 B 中,如图 2 所示,当沿 AA ′方向( Y 轴方向) 通过电流 I时, 薄片内定向移动的载流子受到洛伦兹力 f B 的作用而发生偏转。从而在 DD′间产生电位差 U H ,这一现象称为, 这个电位差称为。评分教师签字石家庄铁道大学物理实验中心由电磁理论可得: U H=(1) 式中, K H= ned 1 称为霍尔元件的灵敏度, n 为载流子浓度,e 为载流子电荷电量,d 为半导体薄片厚度。虽然从理论上讲霍尔元件在无磁场作用(即 B=0) 时, U H =0 ,但实际中,在产生霍尔效应的同时,还伴随着几个副效应,它们分别是;;;。所以用数字电压表测时 U H 并不为零,这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加电势差, 该电势差 U 0 称为剩余电压。随着科技的发展, 新的集成化(IC) 元件不断被研制成功。本实验采用 SS95 A 型集成霍尔传感器(结构示意图如图 3 所示) 是一种高灵敏度集成霍尔传感器, 它由霍尔元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿器组成。测量时输出信号大,并且剩余电压的影响已被消除。对 SS95A 型集成霍尔传感器,它有三根引线,分别是:“V +”、“V -”、“V out”。其中“V +”和“V -”构成“电流输入端”,“V out”和“V -”构成“电压输出端”。由于 SS95A 型集成霍尔传感器,它的工作电流已设定,被称为标准工作电流, 使用传感器时, 必须使工作电流处在该标准状态。在实验时,只要在磁感应强度为零( 零磁场) 条件下,调节“V +”、“V -”所接的“霍尔片工作电压”调节旋钮,使霍尔片传感器输出电压为 ( 在数字电压表上显示) ,则传感器就可处在标准工作状态之下。图3 95A 型集成霍尔元件内部结构图图2霍耳效应原理图石家庄铁道大学物理实验中心当螺线管内有磁场且集成霍尔传感器在标准工作电流时,与(1) 式相似,由(1) 式可得: K UK UB ')500 .2(???(此处 K 类似于( 1 )式中的 K HI,I :工作电流,为确定值) ,式中 U 为集成霍尔传感器的输出电压,K 为该传感器的灵敏度,'U 经用 外接电压补偿以后, 用数字电压表测出的传感器输出值( 仪器用 mV 档读数)。四、实验过程仪器连线如图 4 所示。图4 螺线管磁场测定仪连线图 1、实验接线如图 4 所示。左面数字直