霍尔效应(两点式,回归法求斜率)
霍尔效应实验方法
霍尔效应实验方法
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霍尔效应是指当电流通过导体时，垂直于电流方向施加一个磁场时，在导体两侧会产生一个横向电势差，这个现象称为霍尔效应。
霍尔效应实验可以通过以下方法进行：
材料准备：
霍尔元件：一块具有霍尔效应的半导体材料，如硅、镓等。
电源：提供电流的直流电源。
磁体：产生磁场的磁体，可以是永磁体或电磁体。
电压测量仪：用于测量霍尔元件两侧的电势差。
实验步骤：
将霍尔元件固定在实验台上，并连接电源和电压测量仪。
将电流源与霍尔元件的两端相连，确保电流通过霍尔元件。
调节电流源的电流值，并记录下来。
打开磁体，使其磁场垂直于电流方向，并在霍尔元件两侧产生磁场。
使用电压测量仪测量霍尔元件两侧的电势差（霍尔电压）。
改变磁场的强度，重复步骤5，记录不同磁场强度下的霍尔电压
值。
改变电流值，重复步骤5和6，记录不同电流和磁场条件下的霍尔电压值。
实验注意事项：
确保实验台面整洁，避免杂物干扰实验结果。
确保电流和电压测量仪的连接正确可靠。
磁场应垂直于电流方向，避免斜向或平行的磁场干扰结果。
记录实验数据时要准确、清楚，并注意单位的一致性。
通过以上实验步骤和注意事项，你可以进行霍尔效应的实验，并获得霍尔电压随电流和磁场的变化关系。
磁场的测定(霍尔效应法)汇总.doc
磁场的测定(霍尔效应法)汇总.doc
磁场是一个物理现象，它的存在对于我们的生活以及科学研究都有着重要的意义。
我们可以利用霍尔效应来测定磁场的大小和方向，此方法已经被广泛地应用于诸多领域之中。
霍尔效应是一种基于电学现象的物理测量技术。
当一个导体通过磁场时，会在导体上出现一种名为霍尔电压的电势差。
这个现象被称为“霍尔效应”。
在一些物理实验室中，霍尔效应已经广泛应用于磁场测量之中。
霍尔效应可以用来测量磁场的强度和方向。
当一个导体由外面的磁场切割时，导体内部的电子受到了受力的作用，它们开始旋转，沿着导体形成了一个轨迹。
这个轨迹的方向和磁场的方向是相垂直的，因此也可以用来测定磁场方向。
在实验中，我们可以将一个金属片，如硅片或铜片，放在磁场中。
然后，我们可以通过电流来激发导体，让电子在金属内部形成一个类似于霍尔电路的回路。
当电流通过金属的时候，电子将会飞往金属的一个侧面，此时，产生了一个霍尔电势差。
这个电势差可以用来测量磁场的 intensity（大小）。
同时，我们还可以通过测量电势差来确定磁场矢量的方向。
这种技术已经广泛应用于测量各种各样的磁场，包括电气设备、电机、计算机硬盘等等。
通过应用霍尔效应法，我们可以精确地测量磁场的大小和方向，从而帮助人类更好地理解自然界的现象。
大学物理实验——霍尔效应汇总
2位，单位 4位，单位 保留至不为 9的数
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霍尔效应（Hall effect ）
P型半导体 z
y x
A'
C'
B
B
Fe
EH
mV
IS
v
Fm
IS
C
A
VH 0
返回
不等势电压
不等势电压是由于霍尔元件的材料本身不均匀，以 及电压输入端AA’引线在制作时不可能绝对对称地焊接在霍 尔片的两侧。因此，当电流 I S 流过霍尔元件时，在电极 AA’间也具有电势差，记为 V0 ，其方向只随 I S 方向不同而改 变，与磁场方向无关。因此， V0 可通过改变 I S 方向予以消 除。
测量Vσ时， IS不宜过大，以免数字电压表超量程，通常IS取为0.2mA
左右。
最小二乘法（直线拟合y=A’+B’x）
截距 A ' y B ' x 相关系数 r 斜率 B '
x y xy
xy x y ( x 2 x 2 )( y 2 y 2 )
x
2
x2
y
z
如果在一块矩形半导 体薄片上沿x轴方向通以电 流，在z轴方向上加磁场 ， 则在垂直于电流和磁场的 B 方向（即y 轴方向）上产生 电势差，这一现象称为霍 尔效应 , 所产生的电压称为 霍尔电压。
x
VH
IS
B
霍尔效应（Hall effect ）
半导体：N型—载流子是电子；P型—载流子是空穴
有一N型半导体薄片：厚为d，宽为b，A’C’电极间距为l y z x
实验内容
， 2.测A’C’间电压 V ，计算电导率 迁移率 。
黄
霍尔效应实验数据处理
霍尔效应实验数据处理引言：霍尔效应是指在导电材料中，当有垂直于电流方向的磁场作用时，导体横向会产生电势差，这种现象被称为霍尔效应。
霍尔效应的应用非常广泛，例如在传感器、磁性材料的研究和电子器件中都有重要的应用。
实验目的：本实验旨在通过测量霍尔电阻的变化，研究霍尔效应，并通过数据处理来分析霍尔系数和载流子的性质。
实验装置和原理：本实验使用霍尔效应测量仪和磁场产生装置。
霍尔效应测量仪由霍尔探头、电流源和电压测量仪组成。
实验中，将电流源与霍尔探头连接，通过电流源产生一定大小的恒定电流流过霍尔探头。
而磁场产生装置则通过调节磁场的大小和方向，使磁场垂直于电流方向。
实验步骤：1. 将霍尔探头与电流源和电压测量仪相连，保持电流源的电流为恒定值；2. 调节磁场产生装置，使磁场垂直于电流方向；3. 测量霍尔探头两侧的电压，并记录下来；4. 改变电流源的电流大小，重复步骤3。
数据处理：在实验中，我们记录下了不同电流下霍尔探头两侧的电压。
根据霍尔效应的原理，我们知道霍尔电阻的大小与电流和电压之间的关系应该是线性的。
因此，我们可以通过线性拟合来求解霍尔系数和载流子的性质。
设电流为I，电压为V，霍尔系数为RH，载流子浓度为n，载流子电荷为e，则根据霍尔效应的公式可得：V = RH * I * B / d其中，B为磁场的大小，d为霍尔探头的厚度。
通过线性拟合得到的斜率即为霍尔系数RH，根据霍尔系数的定义，可以计算出载流子的浓度n。
结果与讨论：根据实验数据进行线性拟合，得到霍尔系数RH的值为XXX。
根据霍尔系数的计算公式，我们可以得到载流子的浓度n为XXX。
通过实验数据处理，我们成功地研究了霍尔效应，并得到了霍尔系数和载流子浓度的信息。
这些结果对于进一步研究材料的电子性质和应用具有重要意义。
结论：通过实验数据处理，我们成功地研究了霍尔效应，并通过线性拟合计算得到了霍尔系数和载流子浓度的值。
这些结果对于材料研究和电子器件的设计具有重要的参考价值。
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霍尔效应第三章霍尔效应计算公式在本章开始之前，我们⾸先来回顾⼀下霍尔效应的⼏个参数。
霍尔效应主要有⾯电阻率，体电阻率，⾯霍尔系数，体霍尔系数，⾯载流⼦浓度，体载流⼦浓度，霍尔迁移率这么⼏个参数。
体电阻率是材料直接通过泄漏电流的能⼒的度量。
体电阻率定义为边长1厘⽶的⽴⽅体材料的电阻，单位为。
⾯电阻率定义为材料表⾯的电阻，单位为（通常称为⽅块电阻）。
体霍尔系数，它表⽰材料产⽣霍尔效应的本领⼤⼩，单位为。
⾯霍尔系数单位为。
体载流⼦浓度单位为，⾯载流⼦浓度单位为。
霍尔迁移率指载流⼦（电⼦或空⽳）在单位电场作⽤下的平均漂移速度，即载流⼦在电场作⽤下运动速度的快慢的量度，单位为。
霍尔效应的测量主要使⽤两种单位制：国际单位制（SI）和被称为“实验室单位”的单位制、实验室单位制混合了国际单位制、CGS静电制和CGS电磁制。
下⽂的公式都采⽤实验室单位制。
在测试软件⾥，为了数据录⼊更⽅便，⼀般都使⽤实验室单位制。
在所有的例⼦中，电压以伏特（V）为单位，电流以安培（A）为单位，电阻为欧姆（Ω）为单位。
其他量的单位都以括号内的为准。
以下是标号的含义。
，V表⽰电压，左上⾓的表⽰施加在样品上的电流正负⽅向；右下⾓前两个数字ij表⽰电流从电极i流进（I+），从电极j流出（I-）；后两个数字表⽰电极k（V+）和电极l（V-）之间的电压之差，即；括号内表⽰施加在样品上的磁场⼤⼩和⽅向。
，I表⽰电流，左上⾓表⽰电流⽅向，右下⾓两个数字ij表⽰电流从电极i流进（I+），从电极j流出（I-）；括号内表⽰施加在样品上的磁场⼤⼩和⽅向，⽅向定义见图3.1，即从上⾯观测，磁场⽅向垂直于样品且指向观测者，这个⽅向为正。
图3.1 磁场⽅向定义下⾯分别介绍Van der Pauw法和Hall Bar法的实际测量计算公式。
3.1 Van der Pauw法1958年，范德堡（Van der Pauw,L.J）发表了两篇论⽂，《A method of measuring specific resistivity and Hall effect of discs of arbitrary shape》和《A method of measuring specific resistivity and Hall coefficient on lamellae of arbitrary shape》，阐述了⼀种测量了电阻率和霍尔系数的新的⽅法，从理论上证明了这种针对单连通任意形状均匀等厚薄⽚样品的测量⽅法。
高三霍尔效应相关知识点
高三霍尔效应相关知识点霍尔效应（Hall Effect）是指当电流通过金属或半导体导体时，垂直于电流方向施加一个横向磁场，会在导体两侧产生一种垂直于电流和磁场方向的电压差。
这一现象是由美国物理学家愛德溫·赫爾（Edwin Hall）于1879年发现并命名的，由此得名。
霍尔效应是电磁学中的重要现象，深入了解和掌握霍尔效应对于理解和应用许多电子器件至关重要。
在高三物理学习中，涉及到的一些相关知识点如下：1. 霍尔效应的基本原理霍尔效应的基本原理是基于洛伦兹力和电荷守恒定律。
当电流通过金属或半导体导体时，载流子受到磁场力的作用，从而在导体的一侧产生电荷的堆积，进而形成电压差。
该电压差即为霍尔电压。
2. 霍尔效应的数学表达式霍尔效应的数学表达式是霍尔电压与电流、磁场强度以及导体的几何尺寸相关的方程。
一般而言，霍尔电压与电流成正比，与磁场强度和导体宽度成正比，与导体长度成反比。
3. 霍尔系数的定义和意义霍尔系数是衡量材料对霍尔效应响应程度的物理量。
它表示单位面积的导体在单位磁感应强度和单位电流下所产生的霍尔电压。
不同材料的霍尔系数不同，可以通过霍尔效应实验测量得到。
4. 霍尔效应在传感器中的应用霍尔效应广泛应用于各种传感器中，如磁场传感器、电流传感器等。
由于霍尔效应对磁场和电流的响应非常敏感，因此可以利用霍尔传感器来测量磁场强度或电流大小。
霍尔传感器具有结构简单、体积小、响应速度快等特点。
5. 霍尔效应在半导体中的应用霍尔效应在半导体材料中也有重要应用，如霍尔元件、霍尔开关等。
霍尔元件可以用来检测磁场的强度和方向，进而实现磁测控制。
霍尔开关则可以实现非接触式的电流控制和传输。
6. 霍尔效应对材料性质的研究通过对材料中的霍尔效应进行研究，可以了解材料的导电性质、载流子类型、电荷密度等。
因此，霍尔效应也被用来进行材料性质的分析和表征。
7. 霍尔效应的发展和应用前景随着科技的进步和电子器件的发展，对霍尔效应的研究不断深入，应用领域也不断扩大。
霍尔效应实验原理
霍尔效应实验原理霍尔效应是一种基于霍尔现象的物理现象，通过在导体中施加磁场和电流，产生横向电场的效应。
该效应以美国科学家爱德华·霍尔的名字命名，于1879年被他发现。
霍尔效应在电子学及材料科学等领域具有重要的应用。
本文将介绍霍尔效应实验的原理和基本概念。
一、霍尔效应的基本原理在导体中，当在横向方向施加电场时，电子将受到洛伦兹力的作用，导致电子在导线中的偏移。
偏移的结果是产生横向电场，该电场会导致电子在纵向方向上堆积，使得导体两侧的电势差产生。
这就是霍尔效应的基本原理。
霍尔效应的数学表达式为：VH = RHBIL其中，VH代表霍尔电压，RH表示霍尔系数，B为垂直于电流的磁感应强度，I为电流，L为导线长度。
二、实验装置和步骤为了观察和测量霍尔效应，可以使用霍尔效应实验装置。
实验装置主要包括导体样品、磁场源、电源和电压测量仪器。
以下是实验步骤：1.准备样品：选择一块具有良好导电性的样品，并将其切成长方形或条状形状，以便后续实验操作。
2.建立电路：将样品连接到电源，并使电流通过样品。
用电压测量仪器测量导线两侧的电势差。
3.施加磁场：通过磁场源在样品附近建立一个垂直于电流的稳定磁场。
4.测量电压：在施加磁场的同时使用电压测量仪器测量导线两侧的霍尔电压。
5.记录数据：根据实验测量数据计算霍尔系数，并记录实验结果。
三、实验结果和讨论霍尔效应实验结果的分析和讨论是实验的最重要部分。
通过计算多组实验数据，可以得到样品的导电特性和材料的霍尔系数。
这对于研究材料的导电性和磁电耦合效应等方面具有重要意义。
在实验中，可以改变磁场的强度和方向，观察霍尔电压的变化。
根据霍尔电压和磁场的关系曲线，可以确定材料的电子迁移率和载流子密度等性质。
四、应用领域霍尔效应在现代科学和工程中有广泛的应用。
以下是一些典型的应用领域：1.传感器技术：霍尔传感器是一种常用的非接触式传感器，可用于测量电流、磁场和位置等参数。
2.磁存储技术：霍尔传感器可以用于读取和写入磁存储器中的数据。
霍尔(Hall)效应
霍尔效应霍尔效应[1]是磁电效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔（A.H.Hall，1855—193 8）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。
当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。
这个电势差也被叫做霍尔电势差。
霍尔效应的原理导体中的电荷在电场作用下沿电流方向运动，由于存在垂直于电流方向的磁场，电荷受到洛伦兹力，产生偏转，偏转的方向垂直于电流方向和磁场方向，而且正电荷和负电荷偏转的方向相反，这样就产生了电势差。
补充上面的人：正电荷与负电荷偏转的方向是相同的，只是因为导体中导电的是电子，所以只有电子偏转，才会有在两面有电压。
在半导体中，有两种载流子（空穴与自由电子），而它们的偏转方向是相同的，产生的电压也只是多数载流子与少数载流子之差，即表现了多数载流子的效果。
正是因为这样，所以才能利用霍尔效应来判断N、P型半导体。
霍尔效应的发展霍尔效应此后在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到了广泛的应用，比如测量磁场的高斯计。
在霍尔效应发现约100年后，德国物理学家克利青(Klaus von Klitzing,1943-)等在研究极低温度和强磁场中的半导体时发现了量子霍耳效应（运动电荷受到了磁场的作用力，从而运动方向发生偏转，这个力通常叫做洛伦兹力[1]，它为荷兰物理学家H.A.洛伦兹首先提出，故得名。
），这是当代凝聚态物理学令人惊异的进展之一，克利青为此获得了1985年的诺贝尔物理学奖。
之后，美籍华裔物理学家崔琦(Daniel Chee Tsui,1939-)和美国物理学家劳克林(Robert ughlin，1950-)、施特默(Horst L.St rmer，1949-)在更强磁场下研究量子霍尔效应时发现了分数量子霍尔效应，这个发现使人们对量子现象的认识更进一步，他们为此获得了1998年的诺贝尔物理学奖。
最近，复旦校友、斯坦福教授张首晟与母校合作开展了“量子自旋霍尔效应”的研究。
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6.
7. 将 I S 、 I M 调节旋钮逆时针方向旋到底，关闭电源，拆除导线，整理仪器。
得分（ ）四、[数据处理和现象记录]（15 分）
1.现象： （1）I S 、I M 换向开关的方向改变时，V H 的符号发生变化。 当 I S 、I M 换向开关方向相同 （ IS 、 I M 符号相异） ，都投向上方或都投向下方时， V H 为负值；换向开关方向相同不同（ I S 、 I M 符号相异）时， V H 为正值。说明霍尔为 N 型半导体。 （2）随着 I M 的变大， VH 也随之增大。 2.数据处理 I S 0.5mA ， B 和 I M 的关系 3.62 KGs A
半导体霍尔电压和霍尔灵敏度的测量
总分（
）评卷人（
）
大学物理实验考试试卷
姓 名： 学 号： 院队别： 完成日期： 实验组别： 时 间： 120 分钟 总 分： 100 分
题目：半导体霍尔电压和霍尔灵敏度的测量 仪器：霍尔效应测试仪、霍尔效应实验装置、数字万用表以及如干导线等。 要求：固定 Is（工作电流） ，取 IM 分别为：0.200，…0.700A，作出 VH
I M 关系曲线；
。 由图求出该半导体器件的霍尔灵敏度 KH（B 与 IM 的关系见线圈上的参数）
得分（ ）一、[实验原理]（20 分）
运动带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用引起偏转，导致在垂直电流和磁场的方向上产 生正负电荷的聚积， 形成附加的横向电场， 即霍尔电场。 Y A C 电流 I S 沿 X 方向，磁场 B 沿 Z 方向。 霍尔器件的霍尔灵敏度： K H
A 两点之间的电压 V1 、 V2 、 V3 、 V4 ，然后求代数平均值，可得： VH V1 V 2 V3 V 4 4
得分（
）二、[实验仪器]（2 分）
TH-H 型霍尔效应测试仪、TH-H 型霍尔效应实验仪、导线 6 根。
得分（ ）三、[实验步骤]（33 分）
1. 仔细阅读 TH-H 型霍尔效应实验组合仪使用说明书和测试仪上盖的注意事项，连接测试 V H 和 I M 各组连线。 仪和实验仪之间相应的 I S 、 连线都接在单刀双掷开关中间接线柱上。
V1 V2 V3 V4 （ 0.54） 0.54 （-0.62）-0.51 0.58mv 4 4
第 2 页 共 4 页
半导体霍尔电压和霍尔灵敏度的测量
VH 2
V1 V2 V3 V4 （ 1.12） 1.12 （-1.20）-1.18 1.16mv 4 4
l X d IS
VH IS B
VH
v
FE
-e b
Z
Fg
A C
在产生霍尔效应的同时， 伴随着多种副效应产生附 加电压叠加在霍尔电压上，形成系统误差，即：爱廷豪森效应效应、能斯托效应、里纪— 勒社克效应和不等位电势差。根据副效应产生的机理，采用电流和磁场换向的对称测量法， 基本上能够把副效应的影响从测量的结果中消除。具体方法是保持 I S 和 B （即 I M ）的大小 不变， 在设定电流和磁场的正、 负方向后， 依次测量下列四组由不同方向的 I S 和 B 组合的 A 、
IM
（A） 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600
V1 mV
I S B
-0.54 -1.12 -1.70 -2.27 -2.85 B
0.54 1.12 1.69 2.27 2.84 3.42
V3 mV
I S B
VH 3
V1 V2 V3 V4 （ 1.70） 1.69 （-1.79）-1.74 1.73mv 4 4 V1 V2 V3 V4 （ 2.27） 2.27 （-2.36）-2.33 2.31mv 4 4 V1 V2 V3 V4 （ 2.85） 2.84 （-2.93）-2.91 2.88mv 4 4 V1 V2 V3 V4 （ 3.43） 3.42 （-3.50）-3.48 3.46mv 4 4
第 1 页 共 4 页
半导体霍尔电压和霍尔灵敏度的测量
2. 3. 4. 5.
[规定：每个单刀双掷开关的左边为正极，用红色导线分别接在测试仪 I S 、V H 和 I M 的红 色接口，另一为负。此时 I S 及 I M 换向开关投向上方时， I S 、 I M 均为正值（即 I S 沿 X 方 向， B 沿 Z 方向） ，反之为负值。] V 实验仪上“ V H 、 切换开关”投向上方，始终保持闭合于 V H 一侧，测试仪上“ V H 、V 功能切换开关”置于 V H 一侧。 将 I S 、 I M 调节旋钮逆时针方向旋到底，使其输出电流处于最小。 检查线路无误后，仪器接通电源，预热数分钟后，若 V H 显示不为零，调节 “调零”旋 钮调零，使 V H 显示框显示为“0.00” 。 I S 、 I M 换向开关都投向上方， “测量选择”键弹出，调节 I S 0.5mA ，测量选择”键按
2
0.35 (2.02）（ 0.8748） mV / mA 5.752mV / A 0.1225 0.15167
第 3 页 共 4 页
半导体霍尔电压和霍尔灵敏度的测量
KH
VH VH k I S B I S I M I S
5.752mV / A 0.5mA 3.62 KGs / A 3.178V / A KGs
-0.62 -1.20 -1.79 -2.36 -2.93 -3.50
V 4 mV
I S B
0.61 1.18 1.74 2.33 2.91 3.48
VH
mV
V1 V2 V3 V4 4
-0.58 -1.16 -1.73 -2.31 -2.88 -3.46
VH 1
-0.58 -1.16 -1.73 -2.31 -2.88 -3.46
实验操作（10 分） 报告整洁（5 分）
第 4 页 共 4 页
影响。
得分（ ）六、[原始数据]（10 分）
I S 0.5mA ，B 和 I M 的关系 3.62 KGs
IM
（A） 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600
A
V3 mV
I S B
-0.62 -1.20 -1.79 -2.36 -2.93 -3.50
（2）. VH
得分（
I M 关系曲线如右图所示。
）五、[误差分析]（5 分）
1.当实验一段时间后， I S 、 I M 再次取相同的值时， V H 的值与第一次测试时不同。因此霍尔 片发热，温度对结果有影响，不宜实验过长时间。 2.仪器系统误差产生的四种副效应，对称法仍不能消除爱廷豪森效应，也影响测量结果。 3.外界温度对实验带来一定影响。 4.电压浮动，数码显示管精度不够高和数值跳动，产生误差。 5.霍尔片位置可能没处于匀强磁场中，或励磁线圈、铁心对称性不好，霍尔片不完全垂直于 磁场，开关导致换向时，会导致测量值偏差较大。 7.坐标纸格数的精度不够高，作图时又进一步估计影响求解斜率的精确度，对 K H 的值产生
， 0.6 A ，数据分别记录在表格的第一列（ I S ， B ）中。 下，依次调节 I M 0.1A， 每次将 I S 、 I M 调节旋钮逆时针方向旋到底，关闭电源，再分别（1）把 I S 换向开关投向 上方， I M 换向开关投向下方， （2） I S 、 I M 换向开关都投向下方， （3）把 I S 换向开关投 I 0.5mA 重复第 6 步中， I M 的调节，数据分别 向下方， I M 换向开关投向上方，固定 S 记录在表格的第二、三、四列中。
5.75mV / A 0.5mA 3.62 KGs / A 3.177V / A KGs
法二： （回归法）
I M 0.35A ， V H 2.02mv I M V H 0.8748 ， I M 0.1225 ， I M 2 0.15167
2
k
IM V H IM V H IM IM 2
VH 4
VH 5
VH 6
（1）求霍尔灵敏度 由 VH
I M 关系曲线可得： VH
I M 为线性关系，
曲线的斜率 k 为： 法一： （两点式）
k
V H 1.16 (3.46) mV / mA 5.75mV / A IM 0.2 0.6
KH VH VH k I S B I S I M I S
V1 mV
I S B
-0.54 -1.12 -1.70 -2.27 -2.85 -3.43
V 2 mV
I S B
0.54 1.12 1.69 2.27 2.84 3.42
V 4 mV
I S B
0.61 1.18 1.74 2.33 2.91 3.48
VH
V1 V2 V3 V4 mV 4