大物C-霍尔元件

分别测量电压值 Ui，计算霍尔电压 UH，填入表 2 中，并绘出 UH-IM 曲线，分析霍尔电压 UH 与励磁电流
IM 之间的关系。
【数据记录】
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表1
霍尔电压UH与工作电流Is的关系Im=300mA,C= 0.5010 T/A d=0.4997mm B=0.1503 T
Is(mA) U1(mV) U2(mV) U3(mV) U4(mV) +IM，+Is -IM，+Is -IM，-Is +IM，-Is
700
9.67
-9.66
9.69
-9.69
800
11.07 -11.06
11.09 -11.10
UH 1 U1 U 2 U 3 U 4 4
(mV)
1.305 2.700 4.095 5.495 6.895 8.280 9.678 11.080
B(mT)
1.43 1.48 1.50 1.51 1.51 1.51 1.52 1.52
1) .移动二维移动尺，使霍尔元件处于电磁铁气隙中心位置,闭合励磁电流开关，调节励磁电流 IM=300mA，
通过公式：B=C∙IM 求得并记录此时电磁铁气隙中的磁感应强度 B（C 为电磁铁的线圈常数，C 的值见面板
标示牌）
2) .调节工作电流 Is=1.00、2.00……、8.00mA（间隔 1.00mA），通过变换实验仪各换向开关，在（+IM，+Is）、
3).将测试仪的电压量程调至高量程。
4).测试仪面板右下方为提供励磁电流 IM 的恒流源输出端，接实验仪上励磁电流的输入端（将接线叉口与
接线柱连接）。
5).测试仪左下方为提供霍尔元件工作电流 Is 的恒流源输出端接实验仪工作电流输入端（将插头插入插孔）。
6).实验仪上的霍尔电压输出端接测试仪中部下方的霍尔电压输入端。
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Uh
表2
12
11.080
10
9.678
8
8.280
6.895
6
5.495
4
4.095
2.700 2
1.305
0
*100 Im
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
1.由于励磁电流较大，所以千万不能将 IM 和 Is 接错，否则励磁电流将烧坏霍尔元件。 2.霍尔元件及二维移动尺容易折断、变形，应注意避免受挤压、碰撞等。实验前应检查两者及电磁铁是否
1
1
n
当霍尔元件的材料和厚度确定时，根据霍尔元件灵敏度可以得到载流子浓度： eRH edKH
v vL 霍尔元件中载流子迁移率： Es U s
v 将
I nebd
代入求得：
KH
L b
Is Us
µ 为载流子的迁移率，即单位电场强度下载流子获得的平均漂移速度（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）。L 为霍尔元件的长度，Us 为霍尔元件沿着 Is 方向的 工作电压，Es 为由 Us 产生的电场强度。
7).将测试仪与 220V 交流电源相连，按下开机键。
（注：为了提高霍尔元件测量的准确性，实验前霍尔元件应至少预热 5min，具体操作如下：断开励磁电
流开关，闭合工作电流开关，通入工作电流 5mA，待至少 5min 可以开始实验。）
2. 测量霍尔元件的 Is-Uh 曲线，并计算霍尔元件灵敏度 Kh 和载流子浓度 n
-6.84
6.83
6.00
8.19
-8.19
8.19
--9.55
9.56
-9.57
9.56
8.00
10.93 -10.92
10.93 -10.94
10.93
表2 霍尔电压Uh与励磁电流Im之间的关系 Is=300mA
U1(mV) U2(mV) U3(mV) U4(mV) Im(mA)
+IM，+Is -IM，+Is -IM，-Is +IM，-Is
100
1.31 -1.30
1.30
-1.31
200
2.70
-2.69
2.70
-2.71
300
4.09
-4.09
4.09
-4.11
400
5.49
-5.48
5.50
-5.51
500
6.89
-6.88
6.90
-6.91
600
8.27
-8.27
8.28 -8.30
UH 1 U1 U 2 U 3 U 4 4 (mV)
1.00
1.37
-1.36
1.37
-1.38
1.37
2.00
2.73
-2.72
2.73
-2.74
2.73
3.00
4.09
-4.09
4.09
-4.11
4.10
4.00
5.46
-5.45
5.47
-5.48
5.46
5.00
6.83
-6.82
6.83
【数据处理】
1.完成表 1，测绘霍尔元件的 Is-Uh 曲线，由曲线斜率计算霍尔元件灵敏度 Kh；，有霍尔元件灵敏度 Kh 计
算载流子浓度 n。
IB
IB
U H ned RH d KHIB
1
1
n
eRH edKH
B=C.IM=0.1503T KH=9.12
n= 1.371024
表1
12
10.93
1
U H 4 (U1 U2 U3 U4 ) 即
UH
1 4
U1
U2
U3
U4
【实验内容】
1. 实验前准备
1).按仪器面板上的文字和符号提示将 ZKY-HS 霍尔效应实验仪（以下简称“实验仪”）与 ZKY-H/L 霍尔效
应螺线管磁场测试仪（以下简称“测试仪”）正确连接。
2).将工作电流、励磁电流调节旋钮逆时针旋转到底，使电流最小。
假设霍尔元件宽度为 b，厚度为 d。载流子浓度为 n，则霍尔元件的工作电流为：
I JS nevbh
v I nebd
代入得：U H
IB ned
UH
IB ned
RH
IB d
KHIB
1 RH ne
称为霍尔系数
1 K
H ned
称为霍尔元件的灵敏度，其单位是 mV/(mA·T)，一般要求 KH 愈大愈好
可知
KH=K1/B；根据式KH
1 ned
可计算载流子浓度 n（霍尔元件厚度 d
已知，见面板标示牌）。
3.测量霍尔元件的 IM-UH 曲线,研究霍尔电压 UH 与励磁电流 IM 之间的关系
霍尔元件仍位于电磁铁气隙中心，调定 Is=3.00mA，分别调节 IM=100、200……800mA（间隔为 100mA），
松动、移位，并加以调整。 3.为了不使电磁铁因过热而受到损害，或影响测量精度，除在短时间内读取有关数据，通以励磁电流 IM 外，
其余时间最好断开励磁电流开关。 4.仪器不宜在强光、高温、强磁场和有腐蚀性气体的环境下工作和存放。
实验日期
年 月 日 完成报告日期
【报告规范检查】未检查 已检查
年 月 日 实验合作人
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电流 IＳ和磁感应强度 B 的方向有关。 在霍尔元件上测得的电压是各种附加电压叠加的结果,因此必须设法消除。 处理方法：对称测量法 1. IM 为正，IS 为正，测得 U1； 2. IM 为负，IS 为正，测得 U2； 3. IM 为负，IS 为负，测得 U3； 4. IM 为正，IS 为负，测得 U4。
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××大学学生实验报告
姓名 学号 专业班级
成绩
教师签名
【实验题目】
利用霍尔效应测磁场
【实验目的】
1. 掌握霍尔效应实验原理。
2. 学习用“对称测量法”消除副效应产生的系统误差。
3. 测量霍尔元件的 Is-Uh 曲线，并计算霍尔元件灵敏度 Kh 和载流子浓度 n。
4. 测量霍尔元件的 Im-Uh 曲线，研究霍尔电压 Uh 与励磁电流 Im 之间的关系。
9.56 10
8.20
8
6.83
6
5.46
4.10
4
2.73
2 1.37
0 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
3. 完成表 2，测绘霍尔元件的 Im-Uh 曲线，研究霍尔电压 Uh 与励磁电流 Im 之间的关系；用已知的霍尔 元件测磁场。
B UH KHI
由于金属的电子浓度 n 很高，所以它的 KH 都不大，因此不适宜作霍尔元件。此外元件厚度 d 愈薄， KH 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。 2. 霍尔元件的副效应及副效应的消除方法
在霍尔效应建立的同时还会伴有其它附加效应的产生。 附加电压：不等位电势、爱廷豪森效应、能斯脱效应和里纪-勒杜克效应，它们相应的电压的正负与工作
（-IM，+Is）、（-IM，-Is）、（+IM，-Is）四种测量条件下，分别测出对应的电压值 Ui（i=1、2、3、4），
根据公式 UH
（K1=UH/Is）。
1 4
U1
U2
U3
U4 计算霍尔电压
UH
填入表
1，并绘制
UH-Is
关系曲线，求得斜率