霍尔电压与霍尔电流变化关系
霍尔效应实验
霍尔效应实验【实验目的】1.了解霍尔效应实验原理。
2.测量霍尔电流与霍尔电压之间的关系。
3.测量励磁电流与霍尔电压之间的关系。
4.学会用“对称测量法”消除负效应的影响。
【实验仪器】QS-H霍尔效应组合仪（电磁铁、霍尔样品、样品架、换向开关和接线柱），小磁针，测试仪。
【实验原理】1.通过霍尔效应测量磁场霍尔效应装置如图1和图2所示。
将一个半导体薄片放在垂直于它的磁场中(B的方向沿z轴方向)，当沿y方向的电极、上施加电流I时，薄片内定向移动的载流子(设平均速率为u)受到洛伦兹力F B的作用。
(1)图1 实验装置图（霍尔元件部分）图2 电磁铁气隙中的磁场无论载流子是负电荷还是正电荷，F B的方向均沿着x方向，在洛伦兹力的作用下，载流子发生偏移，产生电荷积累，从而在薄片、两侧产生一个电位差,,形成一个电场E。
电场使载流子又受到一个与方向相反的电场力，(2)其中b为薄片宽度，F E随着电荷累积而增大，当达到稳定状态时＝，即(3)这时在、两侧建立的电场称为霍尔电场，相应的电压称为霍尔电压，电极、称为霍尔电极。
另一方面，设载流子浓度为n,薄片厚度为d,则电流强度I与u 的关系为：(4)由(3)和(4)可得到(5)令则(6)称为霍尔系数，它体现了材料的霍尔效应大小。
根据霍尔效应制作的元件称为霍尔元件。
在应用中，(6)常以如下形式出现：(7)式中称为霍尔元件灵敏度，I称为控制电流。
由式(7)可见，若I、已知，只要测出霍尔电压，即可算出磁场B的大小；并且若知载流子类型(n型半导体多数载流子为电子，P型半导体多数载流子为空穴),则由的正负可测出磁场方向，反之，若已知磁场方向，则可判断载流子类型。
由于霍尔效应建立所需时间很短(10-12~10-14s),因此霍尔元件使用交流电或者直流电都可。
使用交流电时，得到的霍尔电压也是交变的，(7)中的I和应理解为有效值。
2.霍尔效应实验中的负效应在实际应用中，伴随霍尔效应经常存在其他效应。
霍尔效应与霍尔元件数据处理范例
霍尔效应和霍尔元件特性测定数据处理范例1．霍尔元件的不等位电势差测定（1）表一：霍尔元件不等位电势差与工作电流数据表（0MI =）（2）在坐标纸上作出不等位电势差与工作电流的关系曲线。
V /m VI s /mA图1：不等位电势差与工作电流的关系曲线2．励磁电流一定，霍尔元件灵敏度测定（仪器公差取数字仪表显示数据末位的5倍，如霍尔工作电流示值误差：0.05S I m mA ∆=；霍尔电压示值误差：0.05H V m mV ∆=；励磁电流示值误差：0.005M I m A ∆=）⑴ 霍尔电压与霍尔电流关系测试数据表：表二： 霍尔电压与霍尔电流关系数据表格（HS V I -）,500M I mA =⑵ 利用逐差法计算霍尔元件灵敏度及其不确定度（0.683p =）。
H HH S S V V KI B I B∆==∆⋅ a ）利用逐差法计算H V ∆的平均值及不确定度估算（该部分逐差法计算可用数据处理软件的逐差法进行计算）7182931041151261.750.26 1.49, 2.010.50 1.51,2.260.76 1.50, 2.51 1.00 1.51,2.76 1.26 1.50, 3.01 1.50 1.51H H H H H H H H H H H H V V mV V V mV V V mV V V mV V V mV V V mV-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-= 1.50H V mV ∆=某次测量的标准偏差：0.0082H V S mV ∆=，平均值的标准偏差：0.0033HV S mV ∆=肖维涅系数6 1.73n c c ==， 1.730.00820.014186H n V c S mV ∆*=*= 根据肖维涅准则（坏值条件：*i HH H n V V V c S ∆∆-∆>）检验无坏值出现。
H V ∆不确定度估算：1.110.00330.0037HA vp V u t S mV ∆==⨯=, （0.683p =）0.029B pu k mV ∆=== （0.683p =） 0.029H V u mV ∆===0.0290.01931.50H H V V Hu E V ∆∆===∆ b ）S I ∆的不确定度估算（该部分计算也可用数据处理软件的逐差法进行计算）1.50S I mA ∆=0.029S pu k mA I ∆=== （0.683p =） 0.0290.01931.50S S I I Su E I ===∆ （0.683p =） c ）磁感应强度B 及其不确定度的计算螺线管参数：线圈匝数N=1800匝，有效长度2L ＝181mm ，等效半径R ＝21mm18002181N n L mm== ()()01/21/2222201/21/2222201/222721/22232222410/18000.50020.02100.09056.08710M M Mu nI x L x L B R x L R x L u N I L L L R L R L u N I R L N A AmTπ--⎛⎫+- ⎪=- ⎪⎡⎤⎡⎤ ⎪+++-⎣⎦⎣⎦⎝⎭⎛⎫- ⎪=- ⎪⨯⎡⎤⎡⎤++⎣⎦⎣⎦⎝⎭=⎡⎤⨯+⎣⎦⨯⨯⨯=⎡⎤⨯+⎣⎦=⨯0.0029M I pu k A ∆=== （0.683p =） 0.00290.00580.500M M I B I Mu E E I ==== （0.683p =）d ）霍尔元件灵敏度的计算31.50164/1.50 6.08710H H H S S V V mVK mV mA T mA TI B I B -∆====⋅⨯⨯∆100%100% 2.7%H K E ===0.0271645/H H K K H u E K mV mA T =⨯=⨯=⋅所以霍尔元件的灵敏度为：()1645/H K mV mA T =±⋅,(0.683p =) 2.7%H K E =3．霍尔工作电流一定，励磁电流与霍尔电压关系测试⑴ 表三：霍尔电压与励磁电流关系测试数据表格(H M V I -)，3s I mA =⑵ 用坐标纸绘制H M V I -关系曲线.0100200300400500123V H /m VI M /mA图2：H M V I -关系曲线（H M V I -关系曲线，横坐标每格10mA ，纵坐标每格0.1mV ）⑶ 用图解法确定霍尔元件的灵敏度及不确定度（0.683p =）。
霍尔效应
霍尔效应1879年，24岁的美国人霍尔在研究载流导体在磁场中所受力的性质时看，发现了一种电磁效应，即如果在电流的垂直方向加上磁场，则在同电流和磁场都垂直的方向上将建立一个电场。
这个效应后来被称为霍尔效应。
产生的电压(U H)，叫做霍尔电压。
好比一条路, 本来大家是均匀的分布在路面上, 往前移动。
当有磁场时, 大家可能会被推到靠路的右边行走，故路(导体) 的两侧, 就会产生电压差。
这个就叫“霍尔效应”。
根据霍尔效应做成的霍尔器件，就是以磁场为工作媒体，将物体的运动参量转变为数字电压的形式输出，使之具备传感和开关的功能，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。
许多人都知道，轿车的自动化程度越高，微电子电路越多，就越怕电磁干扰。
而在汽车上有许多灯具和电器件，尤其是功率较大的前照灯、空调电机和雨刮器电机在开关时会产生浪涌电流，使机械式开关触点产生电弧，产生较大的电磁干扰信号。
采用功率霍尔开关电路可以减小这些现象。
实验目的1. 了解霍尔效应实验原理2. 测量霍尔电流与霍尔电压之间和励磁电流与霍尔电压之间的关系3. 学会用霍尔元件测量磁场分布的基本方法4. 学会用“对称测量法”消除负效应的影响实验原理1. 霍尔效应霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。
当电流I沿X轴方向垂直于外磁场B(沿Z方向)通过导体时，在Y方向，即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V H，如图1所示，这现象称为霍尔效应。
这个电势差也被叫做霍尔电压。
实验表明，在磁场不太强时，霍尔电压V H 与电流强度I 和磁感应强度B 成正比，与板的厚度d 成反比，即IB K dIBR V H HH ==(1)。
其中RH 称为霍尔系数，KH 称为霍尔元件的灵敏度，单位为mv/(mA.T)。
霍尔效应实验报告
霍尔效应实验报告霍尔效应实验报告1实验内容:1.保持不变，使Im从0.50到4.50变化测量VH.可以通过改变I和磁场B的方向消除负效应。
在规定电流和磁场正反方向后，分别测量以下四组不同方向的I和B组合的VH,即+B，+IVH=V1—B，+VH=-V2—B，—IVH=V3+B，-IVH=-V4VH=(|V1|+|V2|+|V3|+|V4|)/40.501.601.003.201.504.792.006.902.507.983.009.553.5011.174.0012.734.5014.34画出线形拟合直线图：ParameterValueError------------------------------------------------------------A0.115560.13364B3.165330.0475------------------------------------------------------------RDNP------------------------------------------------------------0.999210.183959<0.00012.保持I=4.5mA,测量Im—Vh关系VH=(|V1|+|V2|+|V3|+|V4|)/40.0501.600.1003.200.1504.790.2006.900.2507.980.3009.550.35011.060.40012.690.45014.31ParameterValueError------------------------------------------------------------A0.133890.13855B31.50.49241------------------------------------------------------------RDNP------------------------------------------------------------0.999150.190719<0.0001根本满足线性要求。
实验十二 用霍尔效应测磁场
实验十二 用霍尔效应测磁场实验目的1．了解霍尔效应的基本原理。
2．学习用霍尔效应测量磁场。
实验仪器HL —4霍尔效应仪，稳流电源，稳压电源，安培表，毫安表，功率函数发生器，特斯拉计，数字万用表，电阻箱等。
实验原理1．霍尔效应若将通有电流的导体置于磁场B 之中，磁场B （沿z 轴）垂直于电流I H （沿x 轴）的方向，如图4－14－1所示，则在导体中垂直于B 和I H 的方向上出现一个横向电位差U H ，这个现象称为霍尔效应。
这一效应对金属来说并不显著，但对半导体非常显著。
霍尔效应可以测定载流子浓度及载流子迁移率等重要参数，以及判断材料的导电类型，是研究半导体材料的重要手段。
还可以用霍尔效应测量直流或交流电路中的电流强度和功率以及把直流电流转成交流电流并对它进行调制、放大。
用霍尔效应制作的传感器广泛用于磁场、位置、位移、转速的测量。
霍尔电势差是这样产生的：当电流I H 通过霍尔元件（假设为P 型）时，空穴有一定的漂移速度v ，垂直磁场对运动电荷产生一个洛沦兹力)(B v F ⨯=q B （4－14－1） 式中q 为电子电荷。
洛沦兹力使电荷产生横向的偏转，由于样品有边界，所以有些偏转的载流子将在边界积累起来，产生一个横向电场E ，直到电场对载流子的作用力F E =q E 与磁场作用的洛沦兹力相抵消为止，即E B v q q =⨯)( （4－14－2）这时电荷在样品中流动时将不再偏转，霍尔电势差就是由这个电场建立起来的。
如果是N 型样品，则横向电场与前者相反，所以N 型样品和P 型样品的霍尔电势差有不同的符号，据此可以判断霍尔元件的导电类型。
设P 型样品的载流子浓度为p ，宽度为b ，厚度为d 。
通过样品电流I H ＝pqvbd ，则空穴的速度v ＝I H ／pqvbd ，代入（4－14－2）式有pqbd BI E H =⨯=B v （4－14－3） 上式两边各乘以b ，便得到d B I R pqd B I Eb U H H H H === （4－14－4） pq R H 1=称为霍尔系数。
霍尔元件的工作原理
霍尔元件的工作原理霍尔元件是一种利用霍尔效应进行测量和控制的电子元件。
它主要由霍尔片、电源、信号处理电路和输出端构成。
在实际应用中，霍尔元件被广泛应用于传感器、电机驱动器、电子开关等领域。
本文将详细介绍霍尔元件的工作原理。
霍尔效应是指当导体中的电流在外加磁场的作用下，产生横向电场的现象。
这一效应是由美国物理学家爱德华·霍尔于1879年发现的。
在霍尔元件中，当电流通过导体时，导体中的自由电子受到磁场的作用而偏转，产生横向电场。
这个横向电场会在导体的侧面产生电压差，这就是霍尔电压。
而霍尔电压的大小与电流、磁场的大小和方向都有关系。
在霍尔元件中，霍尔片是起到关键作用的部件。
当电流通过霍尔片时，霍尔片的两侧产生电压差，这个电压差与电流和磁场的关系符合霍尔效应的数学表达式。
通过测量这个电压差，就可以确定电流的大小和方向。
而在传感器中，霍尔元件可以通过测量磁场的大小和方向来实现对物体位置、速度、方向等信息的检测。
除了在传感器中的应用，霍尔元件还被广泛应用于电机驱动器中。
在电机驱动器中，霍尔元件可以通过检测电机转子的位置来控制电机的启停、转速、转向等。
当电机转子上安装有永磁体时，可以利用霍尔元件来检测永磁体的位置，从而实现电机的精准控制。
在实际应用中，霍尔元件的信号处理电路也起着至关重要的作用。
信号处理电路可以对霍尔元件输出的信号进行放大、滤波、数字化等处理，从而得到稳定、可靠的控制信号。
这些控制信号可以用于控制电机的启停、转速调节、转向控制等，也可以用于实现对物体位置、速度、方向等信息的检测。
总的来说，霍尔元件是一种利用霍尔效应进行测量和控制的电子元件，它在传感器、电机驱动器、电子开关等领域有着广泛的应用。
通过对霍尔元件的工作原理的深入了解，可以更好地应用它，实现对电流、磁场、物体位置、速度、方向等信息的精准检测和控制。
霍尔效应原理与实验
霍尔效应一、简介霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall ，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。
后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。
通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。
流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。
二、理论知识准备1． 1． 霍尔效应将一块半导体或导体材料，沿Z 方向加以磁场B，沿X 方向通以工作电流I ，则在Y 方向产生出电动势H V ，如图1所示，这现象称为霍尔效应。
H V 称为霍尔电压。
(a) (b)图1 霍尔效应原理图实验表明，在磁场不太强时，电位差H V 与电流强度I 和磁感应强度B 成正比，与板的厚度d 成反比，即d IB R V HH =(1)或 IB K V H H =(2)式（1）中H R 称为霍尔系数，式（2）中H K 称为霍尔元件的灵敏度，单位为mv / (mA ·T)。
产生霍尔效应的原因是形成电流的作定向运动的带电粒子即载流子（N 型半导体中的载流子是带负电荷的电子，P 型半导体中的载流子是带正电荷的空穴）在磁场中所受到的洛仑兹力作用而产生的。
如图1（a ）所示，一快长为l 、宽为b 、厚为d 的N 型单晶薄片，置于沿Z 轴方向的磁场B中，在X 轴方向通以电流I ，则其中的载流子——电子所受到的洛仑兹力为j eVB B V e B V q F m -=⨯-=⨯=(3)式中V为电子的漂移运动速度，其方向沿X 轴的负方向。
e 为电子的电荷量。
m F 指向Y轴的负方向。
自由电子受力偏转的结果，向A 侧面积聚，同时在B 侧面上出现同数量的正电荷，在两侧面间形成一个沿Y 轴负方向上的横向电场H E（即霍尔电场），使运动电子受到一个沿Y 轴正方向的电场力e F，A 、B 面之间的电位差为H V （即霍尔电压），则jb V e j eE E e E q F H H H H e ==-==(4)将阻碍电荷的积聚，最后达稳定状态时有0=+e m F F=+-j b V e j eVB H即b V eeVB H= 得 VBb V H =(5)此时B 端电位高于A 端电位。
霍尔器件的原理
霍尔器件的原理一、引言霍尔效应是实现电磁量测量和控制中的一项重要技术。
霍尔传感器以其快速响应、精确测量和结构简单而得到广泛应用。
本文将详细介绍霍尔效应的原理，以及其在电磁量测量和控制中的应用。
二、霍尔效应原理1. 霍尔效应的概念霍尔效应指的是：当电流通过一定材料时，沿垂直于电流方向的方向施加一定大小的磁场时，材料中会产生电势差。
这种现象被称为霍尔效应。
2. 霍尔元件的结构霍尔元件的结构是由铜箔、铁氧体和半导体层组成的。
其中铜箔用于连接电路，铁氧体用于增强磁场，半导体层用于检测磁场和电流。
当电流通过铜箔时，它会产生一定的磁场，这个磁场将由铁氧体进行放大，并沿垂直于电流方向的方向传递到半导体层上。
半导体层将磁场转换为电压信号。
3. 霍尔效应的原理当磁场作用于半导体材料时，载流子（电子和空穴）会偏转，导致载流子在材料内部产生晶格散射，从而使材料阻值发生变化。
这种变化的情况与磁场大小和方向有关。
当磁场平行于电流方向时，阻值不会受到明显影响；而当磁场垂直于电流方向时，阻值会发生变化。
由于霍尔元件内的载流子是在被电场推动下通过半导体材料产生的，当通过霍尔元件的电流大小固定时，磁场的强度直接影响到沿载流子运动方向产生的电势差的大小。
由此可以采集到磁场大小的信息并转变为电信号输出。
此时，输出电压与磁场强度和电流的乘积成正比。
即：VH=K×I×B其中VH为霍尔电压，K为霍尔常数，I为电流强度，B为磁场强度。
三、霍尔效应的应用1. 磁场传感器霍尔元件的输出电压与磁场强度成正比，可以用作磁场传感器。
通常将霍尔元件安装在可旋转的磁体上，当磁体旋转时，电路中的磁场方向也随之改变，从而产生霍尔电压的变化。
通过测量霍尔电压，可以获得关于磁场大小和方向的信息。
2. 电流传感器霍尔效应还可以用于电流传感器的制造。
在电路中，霍尔元件与被测电流串联，当通过被测电流时，由于霍尔元件内部产生的磁场，霍尔电压也会随之改变。