霍尔效应实验报告
霍尔效应的研究实验报告

霍尔效应的研究实验报告实验报告:霍尔效应的研究摘要:本实验通过测量铜箔和σ-Fe薄膜的霍尔效应,研究磁场下的电子运动和磁场效应。
实验结果表明,在磁场的作用下,霍尔电阻Rxy的大小与电流I的正向方向、磁感应强度B及样品厚度d有关,且与样品材料的导电性质、载流子浓度n、载流子类型p、n有关。
引言:霍尔效应是指在外加磁场下,垂直于电流方向的方向会发生电势差,这种电势差所对应的电阻称为霍尔电阻。
该现象广泛应用于电子学、材料科学等领域。
本实验旨在通过实验验证霍尔效应,并深入研究磁场对电子运动和电阻的影响。
实验步骤和方法:1.制备实验样品:分别用化学方法制备铜箔和σ-Fe薄膜样品。
2.测量实验样品的电阻率:用四端子法测量样品的电阻率ρ。
3.测量霍尔效应:在磁场作用下,用直流电流源给样品加电流I,并在样品表面检测到的霍尔电势差UH作为其霍尔电阻Rxy。
4.测量实验数据:通过数据处理对实验结果进行定量分析,并进行结果分析与比较。
结果:1.铜箔和σ-Fe薄膜样品的电阻率分别为2.5×10-8 Ω·m和2.0×10-7 Ω·m。
2.在外加磁场下,两种材质的霍尔电势差UH分别变化,随磁感应强度B增大而增大。
霍尔电阻Rxy的大小与磁场强度B、电流I梦想方向、样品厚度d、载流子密度n和载流子类型p、n有关。
3.样品材质、载流子密度n、载流子类型p、n对样品的Rxy和UH的大小都有一定影响,导电性质较差、载流子密度较低的材料霍尔效应较小。
分析:1.样品的电阻率与样品材质的导电性质有关,样品的Rxy和UH与样品材料及其性质有关。
2.载流子密度n是决定材料电导率的关键因素之一,导电性质优越的材料,其载流子密度较高,霍尔电阻和霍尔电势差都会增大。
3.磁感应强度B的增大清楚样品中载流子受到的场强增大,样品中的霍尔电阻和霍尔电势差增大。
结论:本实验研究了霍尔效应的特性及其与样品的相关性,结果表明,在外加磁场下,铜箔和σ-Fe薄膜均出现了霍尔效应,其相应的霍尔电阻和霍尔电势差都与材料性质、载流子密度、磁感应强度等因素有关。
霍尔效应实验报告

霍尔效应实验报告一、实验目的1、了解霍尔效应的基本原理。
2、掌握用霍尔效应测量磁场的方法。
3、学会使用霍尔效应实验仪器。
二、实验原理霍尔效应是指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,这种现象称为霍尔效应。
设导体的厚度为 d,宽度为 b,通过的电流为 I,磁场强度为 B,电子的电荷量为 e,电子的平均定向移动速度为 v。
则在磁场的作用下,电子受到洛伦兹力的作用,其大小为 F = evB。
电子会在导体的一侧积累,从而在导体的两侧产生电势差,这个电势差称为霍尔电压 UH。
当达到稳定状态时,电子受到的电场力与洛伦兹力相等,即 eEH = evB,其中 EH 为霍尔电场强度。
霍尔电场强度 EH = UH / b,所以 UH = EHb = vBb。
又因为 I = nevbd(n 为单位体积内的自由电子数),所以 v = I /(nebd)。
将 v 代入 UH 的表达式中,可得 UH = IB /(ned),霍尔系数 RH = 1 /(ned),则 UH = RHIB / d 。
三、实验仪器霍尔效应实验仪、特斯拉计、双刀双掷开关、直流电源、毫安表、伏特表等。
四、实验步骤1、连接电路将霍尔效应实验仪的各部分按照电路图连接好,确保连接正确无误。
2、调节磁场打开特斯拉计,调节磁场强度,使其达到所需的值。
3、测量霍尔电压接通电源,让电流通过霍尔元件。
分别测量不同电流和磁场强度下的霍尔电压,并记录数据。
4、改变电流方向和磁场方向重复测量步骤 3,以消除副效应的影响。
5、数据处理根据测量的数据,计算出霍尔系数和载流子浓度。
五、实验数据记录与处理|磁场强度 B(T)|电流 I(mA)|霍尔电压 UH(mV)|||||| 01 | 10 | 25 || 01 | 20 | 50 || 02 | 10 | 50 || 02 | 20 | 100 |根据实验数据,计算霍尔系数 RH 和载流子浓度 n。
霍尔效应实验报告

霍尔效应实验报告引言:霍尔效应是指当电流通过垂直于电流方向的导电体时,会产生横向电势差(Hall voltage)。
通过研究霍尔效应,可以了解材料的电性质,并在磁传感器、霍尔元件等领域得到应用。
本实验旨在通过测量霍尔效应的相关参数,深入了解其原理和特性。
实验材料与仪器:1. 霍尔片:选用精确的霍尔片,并保证其表面电阻低于10 Ω;2. 磁铁:用于产生磁场,保证其磁场均匀且稳定;3. 恒流源:用于提供稳定的电流;4. 毫伏表:用于测量霍尔电压;5. 恒温槽:用于控制实验环境温度。
实验原理:当电流通过霍尔片时,由于霍尔片内产生的洛伦兹力,电子受力方向与电流方向成正交关系,从而形成电子在导电体中的漂移运动。
此过程中,电子受力方向受磁场和电荷载流方向的共同作用。
当磁场、电流和电子漂移方向垂直时,会在导体一侧产生电势差,即霍尔电压。
实验步骤:1. 将霍尔片固定在实验台上,并将磁铁与霍尔片垂直放置;2. 连接恒流源,并设置电流大小;3. 通过毫伏表测量霍尔电压,并记录;4. 重复步骤2和3,改变电流大小,记录相应的霍尔电压;5. 在实验过程中,保持实验环境温度恒定,使用恒温槽进行控制。
实验数据及结果:按照上述步骤进行实验,依次记录不同电流值下的霍尔电压。
随后,根据实验数据绘制电流与霍尔电压之间的关系曲线图,并进行数据分析。
分析与讨论:通过实验数据的分析,我们可以得到以下几个结论:1. 霍尔电压与电流存在线性关系,电流越大,霍尔电压也越大;2. 霍尔电压与磁场的关系是非线性的,且磁场强度越大,霍尔电压也越大;3. 霍尔电压与温度存在一定的关系,随着温度的升高,霍尔电压会变化。
以上结论验证了霍尔效应的基本原理。
当电流通过霍尔片时,受到磁场的作用,电子受到洛伦兹力的驱动,从而产生横向电势差。
而电势差的大小与电流、磁场以及温度等因素有关。
实验误差分析:在实验过程中,由于外界环境的干扰以及仪器的精度等原因,会产生一定的误差。
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。
实验报告霍尔效应

实验报告霍尔效应一、前言本实验即为霍尔效应实验,目的为观察材料中的自由电子在磁场中的漂移情况,并通过测量霍尔电压、磁场强度、电流等参数计算出材料中的载流子浓度、电荷载流子的载流率和电导率等物理参数,加深对材料物理性质的理解。
二、实验原理1. 霍尔效应霍尔效应是指在垂直磁场中,导电体中的自由电子感受到的洛伦兹力使其沿着垂直于电流方向的方向漂移,从而产生一侧的电荷密度增加,另一侧的电荷密度减小,形成的电势差即为霍尔电势差(VH),如下图所示:其中,e为元电荷,IB为电流,B为磁场强度,d为样品宽度,n为电子浓度。
2. 实验装置本实验装置如下图所示:其中,UH为霍尔电势差测量电压,IB为电流源,B为电磁铁控制磁场强度,R为电阻,L1,L2为长度为d的导线,L3为长度为l的导线。
3. 实验步骤(1)将实验装置按照图中所示连接好。
(2)打开电源,调节电流源的电流大小,使其稳定在0.5A左右。
(3)打开电磁铁电源,调节磁场强度大小。
(4)读取测量电压UH值。
(5)更改电流大小、磁场强度等参数进行多次实验重复测量。
三、实验结果通过多次实验测量,我们得到了以下测量数据:IB/A B/T UH/mV0.5 0 00.5 0.1 60.5 0.2 120.5 0.3 180.5 0.4 240.5 0.5 30四、实验分析1. 计算样品电子浓度根据式子:UH=IBBd/ne,可以计算得出样品中电子浓度n,如下表所示:2. 计算材料电导率IB/A B/T UH/mV R/Ω J/A.m^-2 E/V.m^-1 σ/(S.m^-1)0.5 0 0.22 1.18 4.24E+5 0.64 3.59E+50.5 0.1 6.22 1.18 4.24E+5 0.64 3.59E+50.5 0.2 12.22 1.18 4.24E+5 0.64 3.59E+50.5 0.3 18.22 1.18 4.24E+5 0.64 3.59E+50.5 0.4 24.22 1.18 4.24E+5 0.64 3.59E+50.5 0.5 30.22 1.18 4.24E+5 0.64 3.59E+53. 计算电子的载流率通过本实验可以得到如下结论:1. 随着磁场强度的增加,霍尔电势差也随之增加。
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。
大霍尔效应实验报告

大霍尔效应实验报告一、实验目的本实验旨在研究大霍尔效应,通过测量霍尔电压、电流、磁场强度等物理量,深入理解霍尔效应的原理和应用,掌握相关实验技能和数据处理方法。
二、实验原理霍尔效应是指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,这一现象称为霍尔效应。
霍尔电压$V_H$ 与通过导体的电流$I$、外加磁场的磁感应强度$B$ 以及导体的厚度$d$ 等因素有关,其关系式为:$V_H =\frac{RHIB}{d}$其中,$R_H$ 为霍尔系数,它与导体的材料性质有关。
在本实验中,我们通过给霍尔元件通以电流,并在其周围施加磁场,测量产生的霍尔电压,从而计算出霍尔系数等相关物理量。
三、实验仪器1、霍尔效应实验仪:包括磁场发生装置、霍尔元件、电流源、电压表等。
2、特斯拉计:用于测量磁场强度。
四、实验步骤1、连接实验仪器将霍尔元件插入实验仪的插槽中,确保接触良好。
按照电路图连接电流源、电压表和磁场发生装置。
2、测量霍尔电压与电流的关系设定磁场强度为一定值。
逐渐改变电流大小,测量不同电流下的霍尔电压,并记录数据。
3、测量霍尔电压与磁场强度的关系设定电流为一定值。
逐渐改变磁场强度,测量不同磁场强度下的霍尔电压,并记录数据。
4、测量不同方向磁场下的霍尔电压改变磁场方向,测量相应的霍尔电压。
5、重复测量对每个测量步骤进行多次测量,以减小误差。
五、实验数据记录与处理1、霍尔电压与电流的关系|电流(mA)|霍尔电压(mV)||||| 100 | 250 || 200 | 500 || 300 | 750 || 400 | 1000 || 500 | 1250 |根据数据绘制霍尔电压与电流的关系曲线,可以发现霍尔电压与电流呈线性关系。
2、霍尔电压与磁场强度的关系|磁场强度(T)|霍尔电压(mV)||||| 010 | 200 || 020 | 400 || 030 | 600 || 040 | 800 || 050 | 1000 |绘制霍尔电压与磁场强度的关系曲线,同样呈现线性关系。
霍尔效应实验报告优秀4篇

霍尔效应实验报告优秀4篇实验四霍尔效应篇一实验原理1.液晶光开关的工作原理液晶的种类很多,仅以常用的TN(扭曲向列)型液晶为例,说明其工作原理。
TN型光开关的结构:在两块玻璃板之间夹有正性向列相液晶,液晶分子的形状如同火柴一样,为棍状。
棍的长度在十几埃(1埃=10-10米),直径为4~6埃,液晶层厚度一般为5-8微米。
玻璃板的内表面涂有透明电极,电极的表面预先作了定向处理(可用软绒布朝一个方向摩擦,也可在电极表面涂取向剂),这样,液晶分子在透明电极表面就会躺倒在摩擦所形成的微沟槽里;电极表面的液晶分子按一定方向排列,且上下电极上的定向方向相互垂直。
上下电极之间的那些液晶分子因范德瓦尔斯力的作用,趋向于平行排列。
然而由于上下电极上液晶的定向方向相互垂直,所以从俯视方向看,液晶分子的排列从上电极的沿-45度方向排列逐步地、均匀地扭曲到下电极的沿+45度方向排列,整个扭曲了90度。
理论和实验都证明,上述均匀扭曲排列起来的结构具有光波导的性质,即偏振光从上电极表面透过扭曲排列起来的液晶传播到下电极表面时,偏振方向会旋转90度。
取两张偏振片贴在玻璃的两面,P1的透光轴与上电极的定向方向相同,P2的透光轴与下电极的定向方向相同,于是P1和P2的透光轴相互正交。
在未加驱动电压的情况下,来自光源的'自然光经过偏振片P1后只剩下平行于透光轴的线偏振光,该线偏振光到达输出面时,其偏振面旋转了90°。
这时光的偏振面与P2的透光轴平行,因而有光通过。
在施加足够电压情况下(一般为1~2伏),在静电场的作用下,除了基片附近的液晶分子被基片“锚定”以外,其他液晶分子趋于平行于电场方向排列。
于是原来的扭曲结构被破坏,成了均匀结构。
从P1透射出来的偏振光的偏振方向在液晶中传播时不再旋转,保持原来的偏振方向到达下电极。
这时光的偏振方向与P2正交,因而光被关断。
由于上述光开关在没有电场的情况下让光透过,加上电场的时候光被关断,因此叫做常通型光开关,又叫做常白模式。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
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s H I V -,M H I V -曲线了解霍尔电势差H V 与霍尔元件控制(工作)电流s I 、励磁电流M I 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s I (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s I 相反的X 负向运动。
由于洛伦兹力L f 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E f 的作用。
随着电荷积累量的增加,E f 增大,当两力大小相等(方向相反)时,L f =-E f ,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H E ,相应的电势差称为霍尔电压H V 。
设电子按均一速度V 向图示的X 负方向运动,在磁场B 作用下,所受洛伦兹力为L f =-e V B式中e 为电子电量,V 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 l eV eE f H H E /-=-= 式中H E 为霍尔电场强度,H V 为霍尔电压,l 为霍尔元件宽度当达到动态平衡时,E L f f -= l V B V H /= (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 ld V ne I s = (2) 由(1),(2)两式可得 dB I R d BI ne l E V s H s H H ===1 (3)即霍尔电压H V (A 、B 间电压)与I s 、B 的乘积成正比,与霍尔元件的厚度成反比,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,根据材料的电导率σ=ne μ的关系,还可以得到:μρσμ==/H R (4)式中ρ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。
当霍尔元件的材料和厚度确定时,设ned d R K H H /1/== (5)将式(5)代入式(3)中得 B I K V s H H = (6)式中H K 称为元件的灵敏度,它表示霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下的霍尔电势大小,其单位是[T mA mV ⋅/],一般要求H K 愈大愈好。
若需测量霍尔元件中载流子迁移率μ,则有 II V L V E V ⋅==μ (7) 将(2)式、(5)式、(7)式联立求得ISH V I l L K ⋅⋅=μ (8) 其中V I 为垂直于I S 方向的霍尔元件两侧面之间的电势差,E I 为由V I 产生的电场强度,L 、l 分别为霍尔元件长度和宽度。
由于金属的电子浓度n 很高,所以它的H R 或H K 都不大,因此不适宜作霍尔元件。
此外元件厚度d 愈薄,H K 愈高,所以制作时,往往采用减少d 的办法来增加灵敏度,但不能认为d 愈薄愈好,因为此时元件的输入和输出电阻将会增加,这对锗元件是不希望的。
应当注意,当磁感应强度B 和元件平面法线成一角度时(如图2),作用在元件上的有效磁场是其法线方向上的分量θcos B ,此时θcos B I K V s H H = (9)所以一般在使用时应调整元件两平面方位,使H V 达到最大,即θ=0,H V =B I K B I K s H s H =θcos由式(9)可知,当控制(工作)电流s I 或磁感应强度B ,两者之一改变方向时,霍尔电压H V 的方向随之改变;若两者方向同时改变,则霍尔电压H V 极性不变。
霍尔元件测量磁场的基本电路如图3,将霍尔元件置于待测磁场的相应位置,并使元件平面与磁感应强度B 垂直,在其控制端输入恒定的工作电流s I ,霍尔元件的霍尔电压输出端接毫伏表,测量霍尔电势H V 的值。
三.主要实验仪器:1、 ZKY-HS 霍尔效应实验仪包括电磁铁、二维移动标尺、三个换向闸刀开关、霍尔元件及引线。
2、 KY-HC 霍尔效应测试仪四.实验内容:1、研究霍尔效应及霍尔元件特性① 测量霍尔元件灵敏度K H ,计算载流子浓度n (选做)。
② 测定霍尔元件的载流子迁移率μ。
③ 判定霍尔元件半导体类型(P 型或N 型)或者反推磁感应强度B 的方向。
④ 研究H V 与励磁电流M I 、工作(控制)电流I S 之间的关系。
2、测量电磁铁气隙中磁感应强度B 的大小以及分布① 测量一定I M 条件下电磁铁气隙中心的磁感应强度B 的大小。
② 测量电磁铁气隙中磁感应强度B 的分布。
五.实验步骤与实验数据记录:1、仪器的连接与预热将测试仪按实验指导说明书提供方法连接好,接通电源。
2、研究霍尔效应与霍尔元件特性① 测量霍尔元件灵敏度K H ,计算载流子浓度n 。
(可选做)。
图(2)图(3)a. 调节励磁电流I M 为0.8A ,使用特斯拉计测量此时气隙中心磁感应强度B 的大小。
b. 移动二维标尺,使霍尔元件处于气隙中心位置。
c. 调节s I =2.00……、10.00mA (数据采集间隔1.00mA ),记录对应的霍尔电压V H填入 表(1),描绘I S —V H 关系曲线,求得斜率K 1(K 1=V H /I S )。
d. 据式(6)可求得K H ,据式(5)可计算载流子浓度n 。
② 测定霍尔元件的载流子迁移率μ。
a. 调节s I =2.00……、10.00mA (间隔为1.00mA ),记录对应的输入电压降V I 填入表4,描绘I S —V I 关系曲线,求得斜率K 2(K 2=I S /V I )。
b. 若已知K H 、L 、l ,据(8)式可以求得载流子迁移率μ。
c. 判定霍尔元件半导体类型(P 型或N 型)或者反推磁感应强度B 的方向➢ 根据电磁铁线包绕向及励磁电流I M 的流向,可以判定气隙中磁感应强度B 的方向。
➢ 根据换向闸刀开关接线以及霍尔测试仪I S 输出端引线,可以判定I S 在霍尔元件中的流向。
➢ 根据换向闸刀开关接线以及霍尔测试仪V H 输入端引线,可以得出V H 的正负与霍尔片上正负电荷积累的对应关系d. 由B 的方向、I S 流向以及V H 的正负并结合霍尔片的引脚位置可以判定霍尔元件半导体的类型(P 型或N 型)。
反之,若已知I S 流向、V H 的正负以及霍尔元件半导体的类型,可以判定磁感应强度B 的方向。
③ 测量霍尔电压H V 与励磁电流M I 的关系霍尔元件仍位于气隙中心,调节s I =10.00mA ,调节M I =100、200……1000mA (间隔为100mA ),分别测量霍尔电压H V 值填入表(2),并绘出M I -H V 曲线,验证线性关系的范围,分析当M I 达到一定值以后,M I -H V 直线斜率变化的原因。
3、测量电磁铁气隙中磁感应强度B 的大小及分布情况 ① 测量电磁铁气隙中磁感应强度B 的大小a. 调节励磁电流I M 为0—1000mA 范围内的某一数值。
b. 移动二维标尺,使霍尔元件处于气隙中心位置。
c. 调节s I =2.00……、10.00mA (数据采集间隔1.00mA ),记录对应的霍尔电压V H填入表(1),描绘I S —V H 关系曲线,求得斜率K 1(K 1=V H /I S )。
d. 将给定的霍尔灵敏度K H 及斜率K 1代入式(6)可求得磁感应强度B 的大小。
(若实验室配备有特斯拉计,可以实测气隙中心B 的大小,与计算的B 值比较。
)② 考察气隙中磁感应强度B 的分布情况a. 将霍尔元件置于电磁铁气隙中心,调节M I =1000mA ,s I =10.00mA ,测量相应的H V 。
b. 将霍尔元件从中心向边缘移动每隔5mm 选一个点测出相应的H V ,填入表3。
c. 由以上所测H V 值,由式(6)计算出各点的磁感应强度,并绘出B-X 图,显示出气隙内B 的分布状态。
为了消除附加电势差引起霍尔电势测量的系统误差,一般按±M I ,±s I 的四种组合测量求其绝对值的平均值。
五.实验数据处理与分析:1、测量霍尔元件灵敏度K H ,计算载流子浓度n 。
根据上表,描绘出I S —V H 关系曲线如右图。
求得斜率K 1,K 1=9.9 据式(6)可求出K 1,本例中取铭牌上标注的K H =47,取实验指导说明书第3页上的d=2μm据式(5)可计算载流子浓度n 。
2、测量电磁铁气隙中磁感应强度B 的大小取M I =800mA ,则可由B=K 1/K H 求出磁感应强度B 的大小3、 考察气隙中磁感应强度B 的分布情况根据上表,描绘出B-X 关系曲线如右图,可看出气隙内B的分布状态。
4、测定霍尔元件的载流子迁移率μ根据上表,描绘出I S —V I 关系曲线如右图。
求得斜率K 2已知K H 、L 、l (从实验指导说明书上可查出),据(8)式可以求得载流子迁移率μ。
5、测量霍尔电压H V 与励磁电流M I 的关系根据上表,描绘出MI -H V 关系曲线如右图, 由此图可验证线性关系的范围。
分析当M I 达到一定值以后,M I -H V 直线斜率变化的原因。
6、实验系统误差分析测量霍尔电势V H 时,不可避免地会产生一些副效应,由此而产生的附加电势叠加在霍尔电势上,形成测量系统误差,这些副效应有: (1)不等位电势0V由于制作时,两个霍尔电势极不可能绝对对称地焊在霍尔片两侧(图5a )、霍尔片电阻率不均匀、控制电流极的端面接触不良(图5b )都可能造成A 、B 两极不处在同一等位面上,此时虽未加磁场,但A 、B 间存在电势差0V ,此称不等位电势,V I V s 0,V 是两等位面间的电阻,由此可见,在V 确定的情况下,0V 与s I 的大小成正比,且其正负随s I 的方向而改变。