霍尔元件测磁场实验报告

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霍尔效应测磁场实验报告(完整资料).doc

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【最新整理,下载后即可编辑】实 验 报 告学生姓名: 学 号: 指导教师: 实验地点: 实验时间:一、实验室名称:霍尔效应实验室二、 实验项目名称:霍尔效应法测磁场三、实验学时:四、实验原理:(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 的磁场中,并让薄片平面与磁场方向(如Y 方向)垂直。

如在薄片的横向(X 方向)加一电流强度为H I 的电流,那么在与磁场方向和电流方向垂直的Z 方向将产生一电动势H U 。

如图1所示,这种现象称为霍耳效应,H U 称为霍耳电压。

霍耳发现,霍耳电压H U 与电流强度H I 和磁感应强度B 成正比,与磁场方向薄片的厚度d 反比,即d BI RU H H =(1)式中,比例系数R 称为霍耳系数,对同一材料R 为一常数。

因成品霍耳元件(根据霍耳效应制成的器件)的d 也是一常数,故d R /常用另一常数K 来表示,有B KI U H H = (2)式中,K 称为霍耳元件的灵敏度,它是一个重要参数,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的大小。

如果霍耳元件的灵敏度K 知道(一般由实验室给出),再测出电流H I 和霍耳电压H U ,就可根据式HH KI U B =(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)霍耳效应的解释现研究一个长度为l 、宽度为b 、厚度为d 的N 型半导体制成的霍耳元件。

当沿X 方向通以电流H I 后,载流子(对N 型半导体是电子)e 将以平均速度v 沿与电流方向相反的方向运动,在磁感应强度为B 的磁场中,电子将受到洛仑兹力的作用,其大小为evB f B =方向沿Z 方向。

在B f 的作用下,电荷将在元件沿Z 方向的两端面堆积形成电场H E (见图2),它会对载流子产生一静电力E f ,其大小为H E eE f =方向与洛仑兹力B f 相反,即它是阻止电荷继续堆积的。

当B f 和E f 达到静态平衡后,有E B f f =,即b eU eE evB H H /==,于是电荷堆积的两端面(Z 方向)的电势差为vbB U H = (4)通过的电流H I 可表示为nevbd I H -=式中n 是电子浓度,得nebdI v H -=(5)将式(5)代人式(4)可得 nedBI U H H -= 可改写为B KI dBI RU H H H == 该式与式(1)和式(2)一致,neR 1-=就是霍耳系数。

霍尔效应法测磁场实验报告

霍尔效应法测磁场实验报告

霍尔效应法测磁场实验报告霍尔效应法测磁场实验报告引言:磁场是我们日常生活中常常接触到的物理现象之一。

为了准确测量磁场的强度和方向,科学家们提出了多种方法和仪器。

本实验采用了霍尔效应法来测量磁场的强度,并通过实验数据分析和讨论,探究霍尔效应的原理和应用。

实验目的:1. 了解霍尔效应的基本原理和测量磁场的方法。

2. 掌握霍尔效应实验的操作步骤和数据处理方法。

3. 分析实验结果,验证霍尔效应的理论模型。

实验器材:1. 霍尔效应实验仪器:包括霍尔元件、电源、磁铁、直流电流源等。

2. 万用表:用于测量电流和电压。

实验步骤:1. 将霍尔元件连接到电源和万用表上,保证电路的正常工作。

2. 调节电源,使得通过霍尔元件的电流保持恒定。

3. 将磁铁靠近霍尔元件,并测量霍尔元件两侧的电压差。

4. 改变磁铁的位置和方向,多次测量电压差,并记录数据。

5. 根据实验数据,绘制电压差与磁场强度的关系曲线。

实验结果与分析:通过实验测量得到的电压差与磁场强度的关系曲线如下图所示。

曲线呈线性关系,即电压差与磁场强度成正比。

图1:电压差与磁场强度的关系曲线根据霍尔效应的原理,当电流通过霍尔元件时,磁场会引起霍尔元件两侧的电压差。

而电压差的大小与磁场的强度成正比。

因此,我们可以利用霍尔效应来测量磁场的强度。

实验中,我们改变了磁铁的位置和方向,多次测量了电压差。

通过对实验数据的分析,我们可以得出以下结论:1. 磁场的强度与电压差成正比:根据实验数据绘制的曲线可以看出,电压差随着磁场强度的增加而增加,两者呈线性关系。

2. 磁场的方向与电压差的正负有关:实验中我们发现,当磁铁的方向改变时,电压差的正负也会相应改变。

这说明电压差的正负与磁场的方向有关,电压差的正负可以用来判断磁场的方向。

3. 霍尔元件的材料和几何形状对实验结果有影响:在实验中,我们采用了一种特定的霍尔元件。

实际上,不同材料和几何形状的霍尔元件对实验结果可能会有一定的影响。

因此,在实际应用中,选择合适的霍尔元件也是非常重要的。

利用霍尔效应测量磁场实验报告

利用霍尔效应测量磁场实验报告

利用霍尔效应测量磁场实验报告嘿,大家好!今天咱们聊聊一个有趣的话题——霍尔效应和它怎么帮助我们测量磁场。

霍尔效应可不是个什么高大上的词,其实它就像是你在超市里逛的时候,突然发现了一块打折的巧克力,兴奋得差点儿跳起来的那种感觉。

简单来说,霍尔效应就是当电流通过导体,置于一个磁场中时,导体的横向会产生一个电压。

这个小小的电压就能告诉我们磁场的强弱,简直是“雷声大,雨点小”的好帮手。

在实验开始之前,咱们得准备一些器材。

准备一块薄薄的半导体材料,像是石墨烯那种,真是个好玩意儿。

接着是一些电线、直流电源,还有一个可以测量电压的仪器。

别忘了磁铁哦!你知道的,磁铁就像是孩子们的玩具,总能吸引到小朋友们的目光。

在这次实验中,磁铁可是主角,得让它发挥出色。

好啦,准备工作就绪,咱们开始吧!先把半导体放在磁铁的旁边,电流从一端流入,哇,瞬间就像开了个小派对一样,电子们欢快地舞动起来。

然后,咱们测量一下横向产生的电压。

哇,看看!电压上升了,这就像你在看电影时,发现情节越来越紧张,心情也跟着高涨起来。

咱们换个磁铁,试试不同的磁场强度。

这时候,电压又有了变化。

你想啊,就像是在调味料一样,盐多了就咸,糖多了就甜,磁场的强度改变了,电压也跟着变动。

这种变化让人感受到科学的魅力,就像是在解开一个个小谜题,真是让人心跳加速。

咱们还可以通过公式来计算磁场的强度。

公式看起来有点复杂,但其实就像做数学题,慢慢来,总能找到答案。

这时候,脑子里得想着“耐心是美德”这句话,慢慢理清楚关系。

把测得的电压和电流代入公式,就能得出磁场的强度。

哇,心中那个小小的成就感,简直像喝了杯提神的咖啡,整个人都清醒了。

实验过程中,总有一些小插曲,哈哈。

有一次,磁铁没粘住,半导体差点儿摔下来,吓得我心里“咯噔”一下。

不过,没关系,科学本来就是要试错的嘛,关键是要勇于尝试。

每一次小意外都是学习的机会,就像生活中的小波折,让我们更加成熟。

整理实验数据的时候,咱们得分析一下结果。

霍尔效应实验报告(共8篇)

霍尔效应实验报告(共8篇)

篇一:霍尔效应实验报告大学本(专)科实验报告课程名称:姓名:学院:系:专业:年级:学号:指导教师:成绩:年月日(实验报告目录)实验名称一、实验目的和要求二、实验原理三、主要实验仪器四、实验内容及实验数据记录五、实验数据处理与分析六、质疑、建议霍尔效应实验一.实验目的和要求:1、了解霍尔效应原理及测量霍尔元件有关参数.2、测绘霍尔元件的vh?is,vh?im曲线了解霍尔电势差vh与霍尔元件控制(工作)电流is、励磁电流im之间的关系。

3、学习利用霍尔效应测量磁感应强度b及磁场分布。

4、判断霍尔元件载流子的类型,并计算其浓度和迁移率。

5、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。

二.实验原理:1、霍尔效应霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应,从本质上讲,霍尔效应是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。

当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中,这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积,从而形成附加的横向电场。

如右图(1)所示,磁场b位于z的正向,与之垂直的半导体薄片上沿x正向通以电流is(称为控制电流或工作电流),假设载流子为电子(n型半导体材料),它沿着与电流is相反的x负向运动。

由于洛伦兹力fl的作用,电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的b侧偏转,并使b侧形成电子积累,而相对的a侧形成正电荷积累。

与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力fe的作用。

随着电荷积累量的增加,fe增大,当两力大小相等(方向相反)时,fl=-fe,则电子积累便达到动态平衡。

这时在a、b两端面之间建立的电场称为霍尔电场eh,相应的电势差称为霍尔电压vh。

设电子按均一速度向图示的x负方向运动,在磁场b作用下,所受洛伦兹力为fl=-eb式中e为电子电量,为电子漂移平均速度,b为磁感应强度。

同时,电场作用于电子的力为 fe??eeh??evh/l 式中eh为霍尔电场强度,vh为霍尔电压,l为霍尔元件宽度当达到动态平衡时,fl??fe ?vh/l (1)设霍尔元件宽度为l,厚度为d,载流子浓度为n,则霍尔元件的控制(工作)电流为 is?ne (2)由(1),(2)两式可得 vh?ehl?ib1isbrhs (3)nedd即霍尔电压vh(a、b间电压)与is、b的乘积成正比,与霍尔元件的厚度成反比,比例系数rh?1称为霍尔系数,它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数,根据材料的电导ne率σ=neμ的关系,还可以得到:rh??/ (4)式中?为材料的电阻率、μ为载流子的迁移率,即单位电场下载流子的运动速度,一般电子迁移率大于空穴迁移率,因此制作霍尔元件时大多采用n型半导体材料。

用霍尔元件测螺线管磁场实验报告

用霍尔元件测螺线管磁场实验报告

实验三十 用霍尔元件测螺旋磁场【实验目的】1. 学习用霍尔效应测量磁场的原理和方法。

2. 学习用霍尔元件测绘长直螺线管的轴向磁场分布。

【实验仪器】TH —H 型霍尔效应实验组合仪。

【实验原理】 1. 霍尔效应霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用而引起的偏转。

当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中,这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积,从而形成附加的横向电场,即霍尔电场H E 。

如图3-31-1所示的半导体试样,若在X 方向通以电流S I ,在Z 方向加磁场B ,则在Y 方向即试样'-A A 电极两侧就开始聚集异号电荷而产生相应的附加电场。

电场的指向 取决于式样的导电类型。

对于图3-31-1(a)所示的N 型试样,霍尔元件逆Y 方向,图3-31-1(b)的P 型试样则沿Y 方向。

即有 )(0)()(0)(型型P Y E N Y E h h ⇒<⇒<*(注 (a )载流子为电子)(型N (b ) 载流子为空穴)(型P )显然,霍尔电场H E 是阻止载流电子继续向侧面偏移,当载流电子所受的横向电场力H eE 与洛伦兹力B v e 相等时,样品两侧电荷的积累就达到动态平衡,故有B v e eE H =( 3-31-1)图 3-31-1 霍尔效应实验原理示意图式中,H E 为霍尔电场;v 是载流电子在电流方向上的平均漂流速度。

设试样的宽为b ,厚度d ,载流子浓度为n ,则bd v ne I S =( 3-31-2)由式(3-31-1)、式(3-31-2)可得dB I R d BI ne b E V S H S H H ===1( 3-31-3)即霍尔电压H V ('A A 、电极之间的电压)与B I S 乘积成正比与试样厚度d 成反比。

比例系数neR H 1=称为霍尔系数,它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。

只要测出H V )V (以及知道)()Gs B A I S 、(和)(cm d ,可按下式计算)/(3C cm R H810⨯=BI dV R S H H ( 3-31-4)上式中的810是由于磁感应强度B 用电磁单位高斯)(Gs ,d 用厘米)(cm 单位,而其他各量均采用国际制单位引入。

霍尔效应实验报告步骤(3篇)

霍尔效应实验报告步骤(3篇)

第1篇一、实验目的1. 理解霍尔效应的基本原理。

2. 学习使用霍尔效应实验仪测量磁场。

3. 掌握霍尔效应实验的数据记录和处理方法。

4. 通过实验确定材料的导电类型和载流子浓度。

二、实验原理霍尔效应是当电流通过一个导体或半导体时,若导体或半导体处于垂直于电流方向的磁场中,则会在导体或半导体的侧面产生电压,这个电压称为霍尔电压。

霍尔电压的大小与磁感应强度、电流强度以及导体或半导体的厚度有关。

三、实验仪器1. 霍尔效应实验仪2. 直流稳流电源3. 毫伏电压表4. 霍尔元件5. 导线6. 螺线管7. 磁铁四、实验步骤1. 仪器连接与调整- 将霍尔元件放置在实验仪的样品支架上,确保霍尔元件处于隙缝的中间位置。

- 按照实验仪的接线图连接电路,包括直流稳流电源、霍尔元件、螺线管和毫伏电压表。

- 调节稳流电源,使霍尔元件的工作电流保持在安全范围内(一般不超过10mA)。

- 使用调零旋钮调整毫伏电压表,确保在零磁场下电压读数为零。

2. 测量不等位电压- 在零磁场下,测量霍尔元件的不等位电压,记录数据。

3. 测量霍尔电流与霍尔电压的关系- 保持励磁电流不变,逐渐调节霍尔电流,从1.00mA开始,每隔1.0mA改变一次,记录每次霍尔电流对应的霍尔电压值。

- 改变霍尔电流的方向,重复上述步骤,记录数据。

4. 测量励磁电流与霍尔电压的关系- 保持霍尔电流不变,逐渐调节励磁电流,从100.0mA开始,每隔100.0mA改变一次,记录每次励磁电流对应的霍尔电压值。

- 改变励磁电流的方向,重复上述步骤,记录数据。

5. 绘制曲线- 根据实验数据,绘制霍尔电流与霍尔电压的关系曲线和励磁电流与霍尔电压的关系曲线。

6. 数据处理与分析- 根据霍尔效应的原理,计算霍尔系数和载流子浓度。

- 分析实验结果,确定材料的导电类型。

五、注意事项1. 操作过程中,注意安全,避免触电和电火花。

2. 霍尔元件的工作电流不应超过10mA,以保护元件。

3. 在调节电流和磁场时,注意观察毫伏电压表的读数变化,避免超出量程。

磁场测量实验报告

磁场测量实验报告

磁场测量实验报告引言:磁场是一种力场,它对电荷、电流或磁矩有作用力。

磁场的测量对于理解和应用磁学理论具有重要意义。

本次实验旨在使用霍尔效应测量磁场的强度,并探究不同位置和方向对磁场测量结果的影响。

实验装置和原理:1. 实验装置:本实验使用的装置主要包括:霍尔效应传感器、电流源、数字万用表、直流电源以及导线等。

2. 原理:霍尔效应是指当一个载有电荷的导体带有电流通过时,该导体两侧的磁场与电荷的运动状态之间存在一种相互作用,从而引起横向电位差的现象。

通过测量产生霍尔电压与磁场强度之间的关系,可以得到磁场的强度大小。

实验步骤:1. 准备工作:根据所使用实验装置的要求,连接霍尔效应传感器、电流源、数字万用表和直流电源。

2. 调试装置:先将电流源的输出电流调整到合适数值范围,然后接通电源,并确保霍尔效应传感器处于不受任何磁场作用的状态。

最后,使用数字万用表准确测量霍尔电压。

3. 测量磁场强度:将霍尔效应传感器放置在待测磁场中,测量产生的霍尔电压。

此时,可以改变磁场的位置和方向,记录相应的霍尔电压读数。

4. 数据处理:根据测得的霍尔电压值,使用所给的标定曲线或者知名磁场标准值进行转换,得到实际的磁场强度数值。

实验结果:根据实验数据和数据处理,得到了各个位置和方向下的磁场强度。

在此列举部分测量结果如下:位置 A:(x,y,z)=(2 cm,0 cm,0 cm),磁场强度 B = 0.5 T 位置 B:(x,y,z)=(0 cm,2 cm,0 cm),磁场强度 B = 0.8 T 位置 C:(x,y,z)=(0 cm,0 cm,2 cm),磁场强度 B = 1.2 T 通过实验结果可以看出,不同位置和方向对磁场强度的测量结果有一定影响。

在实验过程中,对于特定的磁场测量目的,我们要仔细选择合适的位置和方向,以保证测量结果的准确性和可靠性。

讨论与分析:1. 实验误差:在实验过程中,可能存在一些误差因素导致测量结果的偏差。

霍尔效应实验报告(共8篇)

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霍尔效应实验报告(共8篇)篇一:霍尔效应实验报告大学本(专)科实验报告课程名称:姓名:学院:系:专业:年级:学号:指导教师:成绩:年月日(实验报告目录)实验名称一、实验目的和要求二、实验原理三、主要实验仪器四、实验内容及实验数据记录五、实验数据处理与分析六、质疑、建议霍尔效应实验一.实验目的和要求:1、了解霍尔效应原理及测量霍尔元件有关参数.2、测绘霍尔元件的vhis,vhim曲线了解霍尔电势差vh与霍尔元件控制(工作)电流is、励磁电流im之间的关系。

3、学习利用霍尔效应测量磁感应强度b及磁场分布。

4、判断霍尔元件载流子的类型,并计算其浓度和迁移率。

5、学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统误差。

二.实验原理:1、霍尔效应霍尔效应是导电材料中的电流与磁场相互作用而产生电动势的效应,从本质上讲,霍尔效应是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引起的偏转。

当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中,这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积,从而形成附加的横向电场。

如右图(1)所示,磁场b位于z的正向,与之垂直的半导体薄片上沿x正向通以电流is(称为控制电流或工作电流),假设载流子为电子(n型半导体材料),它沿着与电流is相反的x负向运动。

由于洛伦兹力fl的作用,电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的b侧偏转,并使b侧形成电子积累,而相对的a侧形成正电荷积累。

与此同时运动的电子还受到由于两种积累的异种电荷形成的反向电场力fe的作用。

随着电荷积累量的增加,fe增大,当两力大小相等(方向相反)时,fl=-fe,则电子积累便达到动态平衡。

这时在a、b两端面之间建立的电场称为霍尔电场eh,相应的电势差称为霍尔电压vh。

设电子按均一速度向图示的x负方向运动,在磁场b作用下,所受洛伦兹力为fl=-eb式中e为电子电量,为电子漂移平均速度,b为磁感应强度。

同时,电场作用于电子的力为feeehevh/l 式中eh为霍尔电场强度,vh为霍尔电压,l为霍尔元件宽度当达到动态平衡时,flfe vh/l (1)设霍尔元件宽度为l,厚度为d,载流子浓度为n,则霍尔元件的控制(工作)电流为isne (2)由(1),(2)两式可得 vhehl ib1isbrhs (3)nedd即霍尔电压vh(a、b间电压)与is、b的乘积成正比,与霍尔元件的厚度成反比,比例系数rh1称为霍尔系数,它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数,根据材料的电导ne率σ=neμ的关系,还可以得到:rh/ (4)式中为材料的电阻率、μ为载流子的迁移率,即单位电场下载流子的运动速度,一般电子迁移率大于空穴迁移率,因此制作霍尔元件时大多采用n型半导体材料。

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霍尔元件测磁场实验报告 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020用霍尔元件测磁场前言:霍耳效应是德国物理学家霍耳( 1855—1938)于1879年在他的导师罗兰指导下发现的。

由于这种效应对一般的材料来讲很不明显,因而长期未得到实际应用。

六十年代以来,随着半导体工艺和材料的发展,这一效应才在科学实验和工程技术中得到了广泛应用。

利用半导体材料制成的霍耳元件,特别是测量元件,广泛应用于工业自动化和电子技术等方面。

由于霍耳元件的面积可以做得很小,所以可用它测量某点或缝隙中的磁场。

此外,还可以利用这一效应来测量半导体中的载流子浓度及判别半导体的类型等。

近年来霍耳效应得到了重要发展,冯﹒克利青在极强磁场和极低温度下观察到了量子霍耳效应,它的应用大大提高了有关基本常数测量的准确性。

在工业生产要求自动检测和控制的今天,作为敏感元件之一的霍耳器件,会有更广阔的应用前景。

了解这一富有实用性的实验,对今后的工作将大有益处。

教学目的:1.了解霍尔效应产生的机理,掌握测试霍尔器件的工作特性。

2.掌握用霍尔元件测量磁场的原理和方法。

3.学习用霍尔器件测绘长直螺线管的轴向磁场分布。

教学重难点:1. 霍尔效应2. 霍尔片载流子类型判定。

实验原理如右图所示,把一长方形半导体薄片放入磁场中,其平面与磁场垂直,薄片的四个侧面分别引出两对电极(M、N和P、S),径电极M、,则在P、S极所在侧面产生电势差,这一现象称为霍尔效应。

这电N通以直流电流IH势差叫做霍尔电势差,这样的小薄片就是霍尔片。

假设霍尔片是由n型半导体材料制成的,其载流子为电子,在电极M、N上通过的电流由M极进入,N极出来(如图),则片中载流子(电子)的运动方向与电流I S的方向相反为v,运动的载流子在磁场B中要受到洛仑兹力f B的作用,f B=e v×B,电子在fB的作用下,在由N→M运动的过程中,同时要向S极所在的侧面偏转(即向下方偏转),结果使下侧面积聚电子而带负电,相应的上侧面积(P极所在侧面)带正电,在上下两侧面之间就形成电势差V H,即霍尔电势差。

薄片中电子在受到f B作用的同时,要受到霍尔电压产生的霍尔电场E H的作用。

f H的方向与f B的方向正好相反,E H =VH/b , b是上下侧面之间的距离即薄片的宽度,当fH+fB=0时,电子受力为零达到稳定状态,则有–e E H +(–e v×B)=0EH= - v×B 因v垂直B,故 E H=v B (v是载流子的平均速度)霍尔电压为 V H = b E H = b v B。

设薄片中电子浓度为n,则IS=nedb v , v=I S/nedb。

V H = ISB/ned =K H I S B式中比例系数K H = 1/ned,称为霍尔元件的灵敏度。

将V H =K H I S B改写得 B = V H / K H I S如果我们知道了霍尔电流I H,霍尔电压V H的大小和霍尔元件的灵敏度K H,我们就可以算出磁感应强度B。

实际测量时所测得的电压不只是V H,还包括其他因素带来的附加电压。

根据其产生的原因及特点,测量时可用改变I S和B的方向的方法,抵消某些因素的影响。

例如测量时首先任取某一方向的I S和B为正,当改变它们的方向时为负,保持I S、B的数值不变,取(I S+,B+)、(I S-、B+)、(I S+、B-)、(I S-,B-)四种条件进行测量,测量结果分别为:V 1= VH+V+VE+VN+VRLV2=-VH-V-VE+VN+VRLV 3=-VH+V-VE-VN-VRLV4=VH-V+VE-VN-VRL从上述结果中消去V0,V N和V RL,得到V H =41(V1-V2-V3+V4)-V E一般地V E比V H小得多,在误差范围内可以忽略不计。

实验仪器TH-S型螺线管磁场测定实验组合仪。

1.实验仪介绍如图所示,探杆固定在二维(X,Y方向)调节支架上。

其中Y方向调节支架通过旋钮Y调节探杆中心轴线与螺线管内孔轴线位置,应使之重合。

X方向调节支架通过旋钮X 1,X2来调节探杆的轴向位置, 其位置可通过标尺读出。

位置右端中心左端X1(cm)0 14 14X2(cm)0 0 142.测试仪1.“Is输出”:霍尔器件工作电流源,输出电流0~10mA,通过“Is调节”旋钮调节。

2. “IM 输出”:螺线管励磁电流源,输出电流0~1A,通过“IM调节”旋钮调节。

上述俩组恒流源读数可通过“测量选择”按键共用一只数字电流表“I S(mA).I M(A)“显示,按键测I M,放键测I S。

3.直流数字电压表“(mV)”,供测量霍尔电压用。

实验步骤1.按图接好电路,K1、K2、K3都断开,注意Is和Im不可接反,将Is和Im调节旋钮逆时针方向旋到底,使其输入电流趋于最小状态。

2.转动霍尔器件探杆支架的旋钮X1或X2,慢慢将霍尔器件移到螺线管的中心位置( X1=14cm ,X2=0) (注:以相距螺线管两端口等远的中心位置为坐标原点,则探头离中心的距离为X=14-X1-X2)。

打开测试仪电源,按下“测量选择”按钮,合上闸刀开关K3,调节Im=0.800A并在测试过程终保持不变, 弹出“测量选择”按钮,依次按表1调节Is,测出相应的V1,V2,V3,V4,绘制V H-Is曲线。

3. 调节Is=并在测试过程终保持不变, 按下“测量选择”按钮,依次按表2调节Im 测出相应的V1,V2,V3,V4,绘制V H-Im曲线(注:改变Im时要快,每测好一组数据断开闸刀开关K3后再记录数据,避免螺线管发热)。

4. 调节Is=,Im=0.800A,X1=0 ,X2=0依次按表3调节X1,X2测出相应的V 1,V2,V3,V4,记录KH和n,绘制B-X曲线,验证螺线管端口的磁感应强度为中心位置的1/2(注:调节探头位置时应将闸刀开关K1,K3断开).5.将将Is和Im调到最小,断开三个闸刀开关,关闭电源拆线收拾仪器。

实验数据记录与处理示例1.表1 Im=Is(mA) V1(mV) V2(mV) V3(mV) V4(mV)44 32 1V VVVV H-+-=(mV) 2. 表2 Is=Is(mA) V1(mV) V2(mV) V3(mV) V4(mV)44 32 1V VVVV H-+-=(mV) 霍尔电压与霍尔电流的关系曲线霍尔电压与励磁电流的关系曲线从图上可以清楚看到霍尔电压与霍尔电流,励磁电流之间成线性关系。

3.表3 Is= Im=0.800A X=14-X1-X2X1X2X V1(mV) V2(mV) V3(mV) V4(mV) V H(mV) B(KGS)螺线管中心磁感应强度理论值:N=×102/m K H =mA ·KGS)(110.0)(01103.0800.0107.1091042700KGS T NI B M ==⨯⨯⨯⨯==-πμ实验值:)(109.0KGS B = 相对误差:%9.0%100110.0110.0109.0%10000=⨯-=⨯-=B B B E 螺线管轴线磁感应强度分布曲线4. 霍尔片载流子类型的判断不同载流子类型的霍尔片在相同条件下,产生的电动势在方向上会有差异。

霍尔片位置及螺线管线圈绕向如图所示,实验中霍尔电流,励磁电流和霍尔电压极性如下表:接线柱类别霍尔电流IH 输入端霍尔电压UH输出端励磁电流IM输入端接线柱编号 1 2 3 4 5 6 接线柱正负极性+ - + - - + 即:霍尔电流从1→2沿X轴正向,磁场沿Z轴正向.若霍尔片为n型,则3端输出为“+”;若霍尔片为p型,则3端输出为“-”从上述分析可知:实验材料为p型,载流子为空穴。

实验注意事项1.接线时K1、K2、K3都断开,注意Is和Im不可接反。

2.开机前,将Is和Im调节旋钮逆时针方向旋到底,使其输入电流趋于最小状态。

3.关机前,将Is和Im调节旋钮逆时针方向旋到底,使其输入电流趋于最小状态。

4.X方向调节旋钮X1,X2在使用时要轻,严禁鲁莽操作。

5.调节探头位置时应将闸刀开关K1,K3断开,避免霍尔片和螺线管长期通电发热。

6. 实验中产生的副效应及其消除方法实际测量时所测得的电压不只是V H,还包括其他因素带来的附加电压。

下面首先分析其产生的原因及特点,然后探讨其消除方法。

(1).不等势电压由横向电极位置不对称而产生的电压降V0,它与外磁场B无关,仅与工作电流I S的方向有关。

(2).爱廷豪森效应从微观来看,当霍耳电压达到一个稳定值V H时,速度为v的载流子的运动达到动态平衡。

但从统计的观点看,元件中速度大于v和小于v的载流子也有。

因速度大的载流子所受的洛仑兹力大于电场力,而速度小的载流子所受的洛仑兹力小于电场力,因而速度大的载流子会聚集在元件的一侧,而速度小的载流子聚集在另一侧,又因速度大的载流子的能量大,所以有快速粒子聚集的一侧温度高于另一侧。

这种由于温差而产生电压的现象称为爱廷豪森效应。

该电压用V E表示,它不仅与外磁场B有关,还与电流I S有关。

(3).能斯脱效应在元件上接出引线时,不可能做到接触电阻完全相同。

当电流I S通过不同接触电阻时会产生不同的焦耳热,并因温差产生一个附加电压V N,这就是能斯脱效应。

它与电流I S无关,只与外磁场B有关。

(4).里记-勒杜克效应由能斯脱效应产生的电流也有爱廷豪森效应,由此而产生附加电压V RL,称为里记-勒杜克效应。

V RL与I S无关,只与外磁场B有关。

因此,在确定磁场B和工作电流I S的条件下,实际测量的电压包括V H,V0,V E ,VN,VRL5个电压的代数和。

测量时可用改变I S和B的方向的方法,抵消某些因素的影响。

例如测量时首先任取某一方向的I S和B为正,用I S+、B+表示,当改变它们的方向时为负,用I S-、B-表示,保持I S、B的数值不变,取(I S+,B +)、(I S-、B +)、(I S+、B -)、(I S-,B -)四种条件进行测量,测量结果分别为:V 1= V H +V 0+V E +V N +V RL V 2=-V H -V 0-V E +V N +V RL V 3=-V H +V 0-V E -V N -V RL V 4=V H -V 0+V E -V N -V RL从上述结果中消去V 0,V N 和V RL ,得到 V H =41(V 1-V 2-V 3+V 4)-V E 一般地V E 比V H 小得多,在误差范围内可以忽略不计。

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