磁电阻效应实验

磁电阻效应实验

概述

磁电阻传感器由于灵敏度高、抗干扰能力强等优点在工业、交通、仪器仪表、医疗器械、探矿等领域应用十分广泛，如：数字式罗盘、交通车辆检测，导航系统、伪钞检测、位置测量等。其中最典型的锑化铟（InSb ）传感器是一种价格低廉、灵敏度高的磁电阻传感器，有着十分重要的应用价值。 【实验目的】

1. 测量锑化铟磁电阻传感器的电阻值B R 与磁感应强度B 的关系。

2. 作出锑化铟磁电阻传感器的电阻变化0/R R ∆与磁感应强度B 的关系曲线，对此关系曲线的非线性区域和线性区域分别进行拟合。

3. 研究锑化铟磁电阻传感器在弱磁场下的交流特性（倍频效应），观测其特有的物理现象。 【实验原理】

一定条件下，导电材料的电阻值随磁感应强度B 的变化规律称为磁电阻效应。如图1所示，当半导体处于磁场中时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍耳电场。如果霍耳电场作用和某一速度载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，电阻增大，表现出横向磁电阻效应。若将图1中a 端和b 端短路，则磁电阻效应更明显。通常以电阻率的相对改变量来表示磁电阻的大小，即用0/ρρ∆表示。其中0ρ为零磁场时的电阻率，设磁电阻在磁感应强度为B 的磁场中电阻率为B ρ，则0ρρρ-=

∆B 。由于磁电阻传感器电阻的相对变化率0/R R ∆正比于

0/ρρ∆，这里0R R R B -=∆，因此也可以用磁电阻传感器电阻的相对改变量0/R R ∆来表示磁电

阻效应的大小。

图1 磁电阻效应

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实验证明，当金属或半导体处于较弱磁场中时，一般磁电阻传感器电阻相对变化率0/R R ∆正比于磁感应强度B 的平方，而在强磁场中0/R R ∆与磁感应强度B 呈线性关系。磁电阻传感器的上述特性在物理学和电子学方面有着重要应用。

如果半导体材料磁电阻传感器处于角频率为ω的弱正弦波交流磁场中，由于磁电阻相对变化量

0/R R ∆正比于2B ，则磁电阻传感器的电阻值B R 将随角频率ω2作周期性变化。即在弱正弦波交

流磁场中，磁电阻传感器具有交流电倍频性能。若外界交流磁场的磁感应强度B 为

t B B ωcos 0=

（1）

（1）式中，0B 为磁感应强度的振幅，ω为角频率，t 为时间。

设在弱磁场中 20/KB R R =∆ （2）

（2）式中，K 为常量。由（1）式和（2）式可得

0000R R R R R R R B ∆⨯+=∆+=

t KB R R ω22

000cos +=

t KB R KB R R ω2cos 2

1212002

000++

= （3） （3）式中，200021KB R R +为不随时间变化的电阻值，而t KB R ω2cos 2

12

00为以角频率ω2作余弦

变化的电阻值。因此，磁电阻传感器的电阻值在弱正弦波交流磁场中，将产生倍频交流电阻阻值变化。 【实验装置】

磁电阻效应实验仪实验仪 【实验内容】

1. 将恒流源输出与实验模块上锑化铟磁电阻传感器用恒流源相连，将数字电压表输入与实验模块上标明“接数字电压表”的插座相连，当黑色开关拨向磁电阻传感器时，数字电压表测量磁电阻传感器两端的电压，当黑色开关拨向外接电阻时，数字电压表测量外接电阻两端的电压。

2. 调节恒流源，使外接电阻两端的电压值为300mV （外接电阻为300Ω），则流过锑化铟磁电阻传感器的电流值为1mA ，测量传感器两端电压值，可知无外加磁场时，传感器的电阻值0R 。

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3. 将电磁铁直流电源与电磁铁输入端相连，调节输入电磁铁的电流大小，可由毫特计得到电磁铁间隙中磁感应强度的大小，测量磁电阻传感器两端的电压值，求不同磁感应强度下磁电阻传感器的电阻值B R ，求出0/R R 与B 的关系。

4.选作：将电磁铁交流电源与电磁铁输入端相连，锑化铟磁电阻传感器通以2.5mA 直流电，用Q9连接线将面板上的Q9插座与示波器上CH1，CH2通道对应连接，观察磁电阻传感器两端电压（CH2）与电磁铁两端电压（CH1）形成的李萨如图形，证明在弱正弦交流磁场情况下，磁电阻传感器具有交流正弦倍频特性。

电磁铁分压

磁电阻分

压

图3 磁电阻传感器在弱正弦交流磁场下的李萨如图形

【注意事项】

1.需将传感器固定在磁铁间隙中，不可弯折。

2.不要在实验仪附近放置具有磁性的物品。

3.不得外接传感器电源。

4.仪器上的恒流源不用时应归零，以提高使用寿命。

5.按仪器面板提示插连接线，不要随意插线。

(20100921修订)

FD-MR-C型磁电阻效应实验仪

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