利用霍尔元件测磁场

大学物理实验用霍尔元件测磁场

深圳大学物理实验中心

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实验目的 实验原理 实验仪器 实验内容和步骤 报告要求 阅读材料

1、今天的实验内容是什么？ 今天的实验内容是什么？ 为什么要测V 关系？怎么测？ 2、为什么要测 H—Im 关系？怎么测？ 为什么要测V 关系？怎么测？ 3、为什么要测 H—IS 关系？怎么测？ 4、完成上述实验内容，你需要哪些实验仪器？ 完成上述实验内容，你需要哪些实验仪器？ 5、长直螺线管轴线上的磁场分布有何特点？ 长直螺线管轴线上的磁场分布有何特点？ 怎样测？ 记录哪些数据， 怎样测？需要测量 记录哪些数据，才能测 出磁感应强度的分布？ 出磁感应强度的分布？ 你怎么理解“对称测量法” 6、 你怎么理解“对称测量法”消除负效应

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一、实验目的了解产生霍尔效应的物理过程 学习用霍尔元件测量长直螺线管的轴向磁场分布 学习“对称测量法”消除负效应的影响，测量 学习“对称测量法”消除负效应的影响， 试样的VH—IS 和VH—IM曲线 确定试样的导电类型、 确定试样的导电类型、载流子浓度以及迁移率

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z

二、实验原理1、霍尔电动势 、

IB VH = K H IB = nqdVH :霍尔电动势K H :霍尔器件的灵敏度 1 RH = :材料的霍尔系数 nq 材料的霍尔系数

O x

A′ IvVH

v B

d

y

A

2、样品的导电类型N型：电子导电，在如图条件下，A点高于 A′ 型 电子导电，在如图条件下， 点高于 P型：空穴导电，在如图条件下， ′点高于 型 空穴导电，在如图条件下， 点高于A A

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二、实验原理3、附加电动势电热(爱廷豪森效应) 电热(爱廷豪森效应)电流端

电压端

等位面

温差(能斯特效应里纪勒杜克效应) 温差(能斯特效应里纪勒杜克效应) 不等电位差(零位误差) 不等电位差(零位误差)例如：能斯特( 例如：能斯特(Nernst)效应引起的 N 的方向仅与 的方向有关 )效应引起的V 的方向仅与B 的方向有关。

VH = K H IB

+ Is,+B: V1=VH+VN - Is,+B: V2=-VH+VN V1- V2 =VH 2 对称测量法

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二、实验原理4、霍尔元件的参数(1)迁移率 )平均漂移速率 电导率

µ v = µE µ = KHσ d

µ = σ / nq

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二、实验原理5、螺线管的磁场βA11

β

p

β

R2

A2

1 B = µ nI (cos β1 cos β 2 ) 2 Bµ nI1 µ

nI 2

VH = K H IBx

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三、实验仪器TH— TH—H霍尔效应实验测试仪H 霍尔效应 型 螺线管磁场测试仪 S

TH— +IS 输 出 VH、VO(mv)

`

功能切换 S H IS调节

IS、IM(A)

+IM 输 出

调零

VH、VO输入

测量选择 IS IM

IM调节

-

杭州天科技术实业有限公司

杭州天煌电器设备厂

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三、实验仪器TH— TH—H霍尔效应实验组合仪x y 调节 样品架 样品 电磁铁

Is换向 换向

VH

IM 换向

Is输入 输入

IM 输入

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实验连线图x y 调节 样品架 样品 电磁铁

Is换向 换向

VH

IM 换向

Is输入 输入

VH输出霍尔效应 螺线管磁场 测试仪

IM 输入

TH— +IS 输 出 VH、VO(mv)

`

H S

型

功能切换 S H IS调节

IS、IM(A)

+IM 输 出

调零

VH、VO输入

测量选择 IS IM

IM调节

-

杭州天科技术实业有限公司

杭州天煌电器设备厂

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四、实验内容与步骤曲线，确定样品的导电类型、 1、测量试样的VH—IS 和VH—IM曲线，确定样品的导电类型、 载流子浓度以及迁移率 测试仪功能选择置于“ (1)实验仪双刀开关倒向“VH”,测试仪功能选择置于“VH” 实验仪双刀开关倒向“ IM=0.5A,测绘VH—IS 曲线. =0.5A,测绘 曲线.IS/mA 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 V1/mV +B,+Is V2/mV -B,+Is V3/mV -B,-Is V4/mV +B,-Is VH=(V1-V2+V3-V4)/4 /mV

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四、实验内容与步骤2、保持IS 的值不变( IS =3.00mA),测绘曲线VH—IM 的值不变( 3.00mA),测绘曲线 ),IM/A V1/mV +B,+Is 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 V2/mV -B,+Is V3/mV -B,-Is V4/mV +B,-Is VH=(V1-V2+V3-V4)/4 /mV

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四、实验内容与步骤测试仪功能选择置于“ (3)实验仪双刀开关倒向“VO”,测试仪功能选择置于“Vo” 实验仪双刀开关倒向“ 实验中不测这一项) 在零磁场下， =0.2mA,测量 .(实验中不测这一项 在零磁场下，Is=0.2mA,测量Vo.(实验中不测这一项) (4)确定样品的导电类型(不做),并求RH , 确定样品的导电类型(不做) 并求

VH d RH = IS B

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四、实验内容与步骤2、测量螺线管轴线上磁场分布x1 x2 x V1/mV +B,+Is 0.0 0.5 1.0 1.5 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 V2/mV -B,+Is V3/mV -B,-Is V4/mV +B,-Is VH B

仪器特色: 仪器特色:折叠尺的应用

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要求 阅读材料

五、报告要求1、原始数据抄入正文,正确计算VH和B 原始数据抄入正文,正确计算V 2、做IM—VH曲线 3、做IS—VH曲线 4、计算 RH =

5、作螺线管轴线上磁场分布曲线 6、总结实验心得,写出实验结论 总结实验心得, 7、回答教材上的问题. 回答教材上的问题.

VH d 按国际单位计算 IS B

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数据 处理样例

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12 10 8 6 4

V H (mv)

14

0.2

0.4

0.6

0.8

I M (A)

1

图2 试样的I M - V H 关系曲线

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数据 处理样例

VH d VH d 10.5 ×10 3 × 5 × 10 4 RH = = = = 6.6 ×10 4 mv m A 1 T 1 I s B I s K H I M 4.00 ×10 3 × 3.94 × 0.5或 = 6.6 ×10 4 m3 C 1

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七、阅读材料(1)厄廷豪森(Eting hausen)效应引起的电势差 厄廷豪森( hausen) 由于电子实际上并非以同一速度v沿X轴负向运动，速度 大的电子回转半径大，能较快地到达接点3的侧面，从而导 致3侧面较4侧面集中较多能量高的电子，结果3、4侧面出 现温差，产生温差电动势VN VN

VE ∝ IB

B

3

1 2 4

(2)能斯特(Nernst)效应引起的电势差 能斯特(Nernst)

焊点1、2间接触电阻可能不同，通电发热程度不同，故1、 2两点间温度可能不同，于是引起热扩散电流。与霍尔效应类 似，该热电流也会在3、4点间形成电势差

VN 的方向仅与B的方向有关。

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(3)里纪——勒杜克(Righi—Leduc)效应产生的电势差 里纪——勒杜克(Righi—Leduc) ——勒杜克 在能斯特效应的热扩散电流的载流子由于速度不 一样具有厄廷豪森效应，又会在3 同，一样具有厄廷豪森效应，又会在3、4点间形成温 差电动势

VR 的正负仅与B的方向有关，而与I 的方向无关。 的正负仅与B的方向有关， 的方向无关。(4)不等电势效应引起的电势差 由于制造上困难及材料的不均匀性， 由于制造上困难及材料的不均匀性，3、4两点实际上不可能 在同一条等势线上。因此，即使未加磁场， 流过时， 在同一条等势线上。因此，即使未加磁场，当I流过时，3、4两 点也会出现电势差 的正负只与电流方向I有关， 的方向无关。 V0 的正负只与电流方向I有关，而与B 的方向无关。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/u4f4.html