霍尔效应测量磁场.ppt

霍尔效应测量磁场
第一页，本课件共有37页
NINGBO INSTITUTE OF TECHNOLOGY, ZHEJIANG UNIVERSITY
PHYSICS LABORATORY
一. 霍尔效应测量磁场
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当工作电流Is或磁感应强度B，两者之一改变方向时，霍尔电势VH方向随之改变；若两者方向同时改变，则霍尔电势VH极性不变
霍尔元件测量磁场的基本电路
将霍尔元件平面与待测磁场的磁感应强度B垂直，控制端输入恒定的工作电流Is，霍尔电势输出端接毫伏表，测量霍尔电势VH的值
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实验系统误差及其消除
测量霍尔电势VH时，会产生一些副效应，产生的附加电势叠加在霍尔电势上，形成测量系统误差
（1）不等位电势V0
引线不对称的焊在霍尔片两侧,
霍尔片电阻率不均匀、控制电流极
的端面接触不良. 两极不是等位面
存在电势差V0＝IsR0 称不等位电势，
R0 是两等位面间的电阻
R0 确定时: V0与Is的大小成正比
其正负随Is的方向而改变
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（2）爱廷豪森效应
当元件X方向通工作电流 Is，Z方向加磁场B时，由于片内的载流子速度服从统计分布，有快有慢。在到达动态平衡时，在磁场的作用下慢速快速的载流子将在洛仑兹力和霍耳电场的共同作用下，沿 Y 轴分别向相反的两侧偏转，这些载流子的动能将转化为热能，使两侧的温升不同，因而造成Y方向上的两侧的温差（TA－TB）。因为霍尔电极和元件两者材料不同，电极和元件之间形成温差电偶，这一温差在A、B间产生温差电动势VE，VE∝IB。
称爱廷豪森效应，VE的大小与正负符号与I、B的大小和方向有关，跟VH与I、B的关系相同，不能在测量中消除
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（3）伦斯脱效应
由于控制电流的两个电极与霍尔元件的接触电阻不同，控制电流在两电极处将产生不同的焦耳热，引起两电极间的温差电动势，此电动势又产生温差电流（称为热电流）Q，热电流在磁场作用下将发生偏转，结果在Y方向上产生附加的电势差VN，且VN∝QB这一效应称为伦斯脱效应，由上式可知VN的符号只与B的方向有关。
正电子运动平均速度（ 图中V’<V V”>V）
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（4）里纪－杜勒克效应
霍尔元件在X方向有温度梯度的dT/dX，引起载流子沿梯度方向扩散而有热电流Q通过元件，在此过程中载流子受Z方向的磁场B作用下，在Y方向引起类似爱廷豪森效应的温差TA－TB，由此产生的电势差VR∝QB，其符号与B的方向有关，与Is的方向无关。

为了减少和消除以上效应的附加电势差，利用这些附加电势差与霍尔元件工作电流Is，磁场B（即相应的励磁电流IM）的关系，采用对称（交换）测量法进行测量
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当+IS，+IM时 VAB1 ＝+VH+V0+VE+VN+VR
当+IS， -IM时 V AB2 ＝-VH＋V0-VE-VN-VR
当- IS， -IM时 V AB3 ＝+VH-V0+VE-VN-VR
当 -IS，+IM时 V AB4 ＝-VH-V0-VE+VN+VR
对以上四式作如下运算则得：
（VAB1－VAB2+VAB3－VAB4）＝VH＋VE
可见，除爱廷豪森效应