霍尔效应测磁场实验报告.doc

薆实验报告肂学生姓名:学号:指导教师:荿实验地点:实验时间:艿一、实验室名称:霍尔效应实验室蚄实验项目名称:霍尔效应法测磁场蒂三、实验学时:膀四、实验原理:芀(一)霍耳效应现象羆将一块半导体(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。膅如图1所示,这种现象称为霍耳效应,称为霍耳电压。霍耳发现,霍耳电压与电流强度和磁感应强度B成正比,与磁场方向薄片的厚度d反比,即袀(1)肇式中,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,故常用另一常数K来表示,有膅(2)薅式中,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),再测出电流和霍耳电压,就可根据式蚁(3)腿算出磁感应强度B。蒇肄图1霍耳效应示意图图2霍耳效应解释莁膀薆(二)霍耳效应的解释蒃膁现研究一个长度为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,其大小为羈羈方向沿Z方向。在的作用下,电荷将在元件沿Z方向的两端面堆积形成电场(见图2),它会对载流子产生一静电力,其大小为袃袂方向与洛仑兹力相反,即它是阻止电荷继续堆积的。当和达到静态平衡后,有,即,于是电荷堆积的两端面(Z方向)的电势差为聿(4)肆通过的电流可表示为节蚂式中n是电子浓度,得膀(5)膅将式(5)代人式(4)可得羅莂可改写为羈薇该式与式(1)和式(2)一致,就是霍耳系数。袈薆五、实验目的:蒂研究通电螺线管内部磁场强度膈芇六、实验内容:肂(一)测量通电螺线管轴线上的磁场强度的分布情况,并与理论值相比较;蒃(二)研究通电螺线管内部磁场强度与励磁电流的关系。薁螆七、实验器材:螂霍耳效应测磁场装置,含集成霍耳器件、螺线管、稳压电源、数字毫伏表、直流毫安表等。芁虿八、实验步骤及操作:膆(一)研究通电螺线管轴线上的磁场分布。要求工作电流和励磁电流都固定,并让mA,逐点(约12-15个点)测试霍耳电压,记下和K的值,同时记录长直螺线管的长度和匝数等参数。:霍尔传感器的1、3脚为工作电流输入,分别接“IH输出”的正、负端;2、4脚为霍尔电压输出,分别接“VH输入”的正、负端。螺线管左右接线柱(即“红”、“黑”)分别接励磁电流IM的“正”、“负”,这时磁场方向为左边N右边S。莂2、测量时应将“输入选择”开关置于“VH”挡,将“电压表量程”选择按键开关置于“200”mV挡,,霍尔传感器的灵敏度为:245mV/mA/T。螇3、螺线管励磁电流IM调到“0A”,记下毫伏表的读数(此时励磁电流为0,霍尔工作电流仍保持不变)。薅4、再调输出电压调节钮使励磁电流为。芃5、将霍耳元件在螺管线轴线方向左右调节,读出霍耳元件在不同的位置时对应的毫伏表读数,对应的霍耳电压。霍尔传感器标尺杆坐标x=,表示霍尔传感器正好位于螺线管最左端,,推荐的