(科大奥锐实验平台)霍尔元件实验报告(实验满分,内含实验数据截图)

（科大奥锐实验平台）霍尔元件实验报告（实验满分，内含实验数据截图）

学生姓名XXX 学号XXX 成绩系（院）别电气与机械工程学院专业电气及其自动化班级XXX 课程名称大学物理实验日期2020 年 5 月 1 1 日组别合作者实验室物理仿真实验平台实验台号指导教师XXX 实验名称＿＿霍尔效应测量磁场＿实【实验目的】 1. 了解霍耳效应的物理图像及其副效应产生原理。

2. 学习利用对称测量消除副效应的测量磁场方法

3. 学习用“对称测量法”消除付效应影响。

4 4 。

根据霍尔电压判断霍尔元件载流子类型，计算载流子的浓度和迁移速度。

1. 【仪器设备】模拟平台上的霍尔效应测量仪。下图为实际图样：

【实验原理】 1 1 、通过霍尔效应测量磁场霍尔效应装置如图所示。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 A 、、 A 上施加电流I 时，薄片内定向移动的载流子( ( 设平均速率为v ) 受到洛伦兹力FB 的作用：

FB = = qvB ；

(1) 无论载流子是负电荷还是正电荷，FB 的方向均沿着x 方向，在磁力的作用下，载流子发生偏移，产生电荷积累，从而在薄片 B B 、 B 两侧产生一个电位差VH , 形成一个电场E E 。电场使载流子又受到一个与FB 方向相反的电场力 FE = = qVFqEb (2) 其中 b 为薄片宽度，FE 随着电荷累积而增大，当达到稳定状态时

E FE 即即 qVH = = qvBb (3) 这时在 B B 、 B 两侧建立的电场称为霍尔电场，相应的电压 VH 称为霍尔电压，电极 B B 、 B 称为霍尔电极。另一方面，射载流子浓度为n, 薄片厚度为 d d ，则电流强度Im 与v 的关系为：

I m = = bdnqv 。

R 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。

I m 称为控制电流。

若I m 、K H 已知，只要测出霍尔电压 VH ，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VH 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。

2 2 、霍尔效应实验中的付效应：

在实际应用中，伴随霍尔效应经常存在其他效应。例如实际中载流子迁移速率u ，服从统计分布规律，速度小的载流子受到的洛伦兹力小于霍尔电场作用力，向霍尔电场作用力方向偏转，

速度大的载流子受到磁场作用力大于霍尔电场作用力，向洛伦兹力方向偏转。这样使得一侧告诉载流子较多，相当于温度较高，而另一侧低速载流子较多，相当于温度较低。这种横向温差就是温差电动势VE ，这种现象称为爱延豪森效应。

这种效应建立需要一定时间，如果采用直流电测量时会因此而给霍尔电压测量带来误差，，如果采用交流电，则由于交流变化快使得爱延豪森效应来不及建立，

平顶山学院电气与机械工程学院实验报告可以减小测量误差。

此外，在使用霍尔元件时还存在不等位电动势引起的误差，这是因为霍尔电极B、B’不可能绝对对称焊在霍尔片两侧产生的。由于目前生产工艺水平较高，不等位电动势很小，故一般可以忽略，也可以用一个电位器加以平衡(图-1 中电位器 R 1 )。我们可以通过改变I S 和磁场 B 的方向消除大多数副效应。具体说在规定电流和磁场正反方向后，分别测量下列四组不同方向的I S 和 B 组合的V BB’ ,即＋B， +I V BB’ =V 1 -B，+I V BB’ =-V 2 -B，-I V BB’ =V 3 ＋B， -I V BB’ =-V 4

【实验过程】一、验证霍尔电压VH 与工作电流Im 、霍尔电压VH 与磁场 B B （ B n I M B0I M ）即与I M 的关系。

1 1 、将测试仪上I M 输出， I m 输出和VH 输入三对接线柱分别与实验台上对应接线柱连接。打开测试仪电源开关，预热数分钟后开始实验。

2 2 、保持I M 不变，取I M = = 400mA ，Im = = 、、 ... ，将数据填入表 1 1 ，测绘VH I m 曲线，并

计算B0 n 即B0 ； 3 3 、保持I m 不变，取I m ，I M 取、、、、、，将数据测绘VH I M 曲线； 4 4 、在零磁场下 B B= = 0 ，取I I m= ，测VBC ；【原始记录】（如下图所示，均为模拟实验平台上测量）

【数据处理】如图，绘制出图线图形，根据图形写出表达式：

【结果分析】 1 1 、霍耳元件质脆、引线易断，实验时要注意不要碰触或振动霍耳元件。

2 2 、霍耳元件的工作电流 IH 有一额定值，超过额定值后会因发热而烧毁，实验时要注意实验室给出的额定值，一定不要超过。

3 3 、螺线管励磁电流有一额定值，为避免过热和节约用电，在不测量时应立即断开电源。

4 4 、消除负效应的影响要注意 V1 、 V2 、 V3 、 V4 的方向定义。

5 5 、在所得的数据结果中，发现每项与理论值之间有偏差，但是总体在误差范围之内，试验成功！【问题讨论】 1. 若磁场不恰好与霍尔元件片的法线一致，对测量结果有何影响，如何用实验方法判断 B B 与元件法线是否一致？答：

磁感线与霍尔元件发现不一致i bai 说明磁感线与霍尔元件

不垂u du 直，i zhi 这样在测量元件电位差时会导致测量值不是最大电 dao位差，即 v v 偏小，而 b=v/ki ，所以 b b 会偏小。在稳恒磁场中慢慢旋转元件，当输出电压最大时，元件法线方向与磁场方向一致。

2. 能否用霍尔元件片测量交变磁场？答：不可以。