用霍尔元件测螺线管轴向磁场实验报告

实验三十 用霍尔元件测螺旋磁场 【实验目的】

1. 学习用霍尔效应测量磁场的原理和方法。

2. 学习用霍尔元件测绘长直螺线管的轴向磁场分布。 【实验仪器】

TH—H型霍尔效应实验组合仪。 【实验原理】 1. 霍尔效应

霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场EH。如图*1*所示的半导体试样，若在X方向通以电流IS，在Z方向加磁场B，则在Y方向即试样A-A电极两侧就开始聚集异号电荷而产生相应的附加电场。电场的指向 取决于式样的导电类型。对于图*1a*所示的N型试样，霍尔元件逆Y方向，图*1b*的P型试样则沿Y方向。即有 'Eh(Y)?0?(N型)Eh(Y)?0?(P型)

图 1 霍尔效应实验原理示意图

*（注 （a）载流子为电子(N型) （b） 载流子为空穴(P型) ）

显然，霍尔电场EH是阻止载流电子继续向侧面偏移，当载流电子所受的横向电场力eEH 洛伦兹力

用霍尔效应测螺线管轴向磁场分布华中农业大学理学院应用物理系 物理实验教学中心

基于霍尔效应的霍尔元件 可用于测量磁感应强度和 电流，在测量技术、 电流，在测量技术、自动 控制、 控制、磁流体发电等科学 技术的许多领域中具有广 泛应用. 泛应用.

前言实验任务——利用霍尔效应测量螺线管内轴线上磁感应强度的分布 ——利用霍尔效应测量螺线管内轴线上磁感应强度的分布. 利用霍尔效应测量螺线管内轴线上磁感应强度的分布.

完成这一实验任务，必须做以下工作： 完成这一实验任务，必须做以下工作：仪器调节(将仪器调节到标准工作状态). 仪器调节(将仪器调节到标准工作状态). 仪器标定(确定霍尔电压与磁感应强度的关系). 仪器标定(确定霍尔电压与磁感应强度的关系). 测量通电螺线管内轴线上磁感应强度的分布. 测量通电螺线管内轴线上磁感应强度的分布.

关键提示本实验关键点如下： 本实验关键点如下： 1.接线 2.调标准工作状态 3.定标：固定位置、改变励磁电流 定标：固定位置、 4.测量：固定励磁电流、改变位置 测量：固定励磁电流、

请按以上关键点阅读以下材料。 请按以上关键点阅读以下材料。

实验原理现象 —— 霍尔效应 载流导体薄板处在方向垂直于电流的磁场中 时，在垂直于电

关于霍尔效应的数据处理：

3.50 4.00

6.94 7.80

-0.99 -1.26图2

2.84 3.11

-5.09 -5.94

3.97 4.53

5 4.5 4 3.5

VH(mV)

3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0.5 1 1.5 2 Is(mA) 2.5 3 3.5 4

X (cm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

V1(mV)+B,+IS

V2(mV)-B,+IS

V3(mV)-B,-IS

V4(mV) VH +B,-IS

V1 V2 V3 V4(mV)

4

5.48 6.59 7.20 7.46 7.58 7.66 7.71 7.73 7.74 7.75 7.75 7.77 7.78 7.79

1.03 -0.06 -0.67 -0.93 -1.05 -1.12 -1.17 -1.18 -1.20 -1.19 -1.21 -1.21 -1.23 -1.24

0.83 1.94 2.55 2.80 2.93 3.01 3.05 3.06 3.07 3.07 3.08 3.10 3.11 3.09

-3.61 -4.70 -5.32 -5.57 -5.70 -5.77 -5.82 -5.84 -5.85 -5.

螺线管磁场测定

本实验仪用集成霍耳传感器测量通电螺线管内直流电流与霍耳传感器输出电压之间关系，证明霍耳电势差与螺线管内磁感应强度成正比，了解和熟悉霍耳效应的重要物理规律；用通电长直螺线管中心点磁感应强度理论计算值作为标准值来校准集成霍耳传感器的灵敏度；熟悉集成霍耳传感器的特性和应用；用该集成霍耳传感器测量通电螺线管内的磁感应强度与位置刻度之间的关系，作磁感应强度与位置的关系图。从而学会用集成霍耳元件测量磁感应强度的方法。 一、实验目的

1.了解和掌握集成线性霍耳元件测量磁场的原理和方法； 2.学会测量霍耳元件灵敏度的方法。 3.精确测量通电螺线管磁场分布， 二、实验原理

霍耳元件的作用（如右图2所示）：若电流I流过厚度为d的半导体薄片，且磁场B垂

B直于该半导体，是电子流方向由洛伦茨力作用而发a生改变，在薄片两个横向面a、b之间应产生电势差， 图2 霍耳元件 f这种现象称为霍耳效应。在与电流I、磁场B垂直方向上产生的电势差称为霍耳电势差，通常用UH表示。霍耳效应的数学表达式为：

UH?(RHd)IB?KHIB (1)

dbVfB-EIUH其中RH是由半导体本身电子迁移率决定的物理常数，称为霍耳系数。B为磁感应强度，I为

实验十一 用霍尔效应法测定螺线管轴向磁感应

强度分布

一、实验目的

1、掌握测试霍尔器件的工作特性； 2、学习用霍尔效应测量磁场的原理和方法； 3、学习用霍尔器件测绘长直螺线管的轴向磁场分布。 二、实验仪器

TH-S型螺线管磁场测定实验组合仪。

图 11-1

三、实验原理

1、霍尔效应法测量磁场原理

把一半导体薄片放在磁场中，并使片面垂直于磁场方向，如在薄片纵向端面间通以电流，那么，在薄片横向端面间就产生一电势差，这种现象叫做霍尔效应，所产生的电势差叫做霍尔电压，用以产生霍尔效应的半导体片称为霍尔元件。

霍尔效应是由于运动的电荷在磁场中受到洛伦兹力的作用而产生的，如图(11-1)所示，当电子以速率v沿X轴的反方向从霍尔元件的N端面向M端面运动时，电子所受到的沿Z轴方向、强度为B的磁场的作用力为 fB=-evB （11-1）

式中e为电子电量的绝对值。fB 为电子受到的洛伦兹力，它使电子发生偏移，从而在霍尔元件的P端面聚积起正电荷，在S端面积聚起负电荷，于是在P、S

感应法测量螺线管内磁场pdf

感应法测量螺线管内磁场

[实验目的]

1.了解用交变感应法测量磁场的原理。

2.学会测量交变磁场的一种方法。

3.学会使用低频信号发生器和晶体管毫伏表。

[实验仪器]

螺线管磁场测试仪、低频信号发生器、晶体管毫伏表、旋转式电阻箱

[实验原理]

电流的周围存在磁场。稳恒电流产生的磁场是不变的，而交变电流产生的磁场则是随时间发生变化的。当载流导线中通以交变电流时，其周围的空间将产生交变磁场。如果在欲测磁场的位置安放一小探测线圈，则因通过它的磁通量发生变化，探测线圈将产生感应电动势。如果使交变电流的频率较低，则探测回路的感抗也很小，这时探测回路的阻抗可近似为探测线圈的电阻。测量出探测线圈的感应电动势的大小，就可以确定该处磁场的大小和方向。因此，感应法测磁场的核心是设计一个长度L和外径d比值合理的圆柱形探测线圈，使得探测线圈内的平均磁感应强度等于中心点的磁感应强度，保证感应电动势的大小仅由此线圈中心磁感应强度的变化来决定。

Be=εe nS cosθ

εeo

nS 式中Be为有效值。当θ=0时，则 Beo=

Beo=或 εeo （1） 2πfnS

图1 实验电路 可从低频信号发生器上读出。其中f为交变电流频率

实验27霍耳效应及螺线管磁场的测定

1879年，美国霍普金斯大学研究生霍耳，在研究载流导体在场中受力的性质时发现了一种电磁现象，即当一电流垂直于外磁场方向而流过导体时，在垂直于电流和磁场的方向导体的两侧会产生一电势差，这种现象称为霍耳效应，所产生的电势差被称为霍耳电势。半个多世纪后，人们发现半导体也有霍耳效应，而且比金属强得多。现在人们利用霍耳效应制成测量磁场的磁传感器，广泛用于电磁测量，非电量检测、电动控制和计算装置方面。在电流体中的霍耳效应也是目前在研究中的“磁流体发电”的理论基础。

在磁场、磁路等磁现象的研究和应用中，霍耳效应及其元件是不可缺少的，利用它观测磁场直观、干扰小、灵敏度高。

 一、实验目的

１.了解产生霍耳效应的物理过程及用其测量磁场的原理和方法； ２.验证霍耳电势与霍耳控制电流的线性关系； ３.验证霍耳电势与励磁电流的线性关系 4. 利用霍耳效应测量螺线管磁场分布;

5. 学习用“对耳交换测量法”消除负效应产生的系统误差。 二、仪器用具

 ZKY-430501螺线管磁场实验仪一台，ZKY-H/L霍耳效应螺线管磁场测试仪一台，导线若干。

三、实验原理  1 １.霍耳效应

如图３-9所示，一个由N型半

实 验 报 告

学生姓名： 学 号： 指导教师： 实验地点： 实验时间：

一、实验室名称：霍尔效应实验室 二、 实验项目名称：霍尔效应法测磁场 三、实验学时： 四、实验原理：

（一）霍耳效应现象

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IH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UH。

如图1所示，这种现象称为霍耳效应，UH称为霍耳电压。霍耳发现，霍耳电压UH与电流强度IH和磁感应强度B成正比，与磁场方向薄片的厚度d反比，即

UH?RIHB（1）

d

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R/d常用另一常数K来表示，有

UH?KIHB （2）

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

实验12 用霍耳元件测量磁场

1879年霍耳在研究载流导体在磁场中受力的性质时发现了霍耳效应，它是电磁场的基本现象之一。利用这种现象可以制成各种霍耳器件，特别是测量器件，现在已广泛地应用在工业自动化和电子技术中。由于霍耳元件的体积可以做得很小，所以可以用它测量某点的磁场和缝隙间的磁场，还可以利用这一效应测量半导体中的载流子浓度及判别载流子的性质等。本实验介绍一种用霍耳效应实验仪测量磁场的方法。

一. 实验目的

1. 了解用霍耳效应测量磁场的基本原理。

2. 了解电位差计的原理和使用方法。

二. 实验仪器

霍耳效应实验仪、电位差计、安培表、毫安表、直流稳压电源、电阻箱、滑线变阻器、导线等。

三. 实验原理

1. 霍耳效应原理

1879年，24岁的美国科学家霍耳，在研究载流导体在磁场中受力的性质时发现：当工作电流I在垂直于外磁场方向通过导体时，在垂直于电流和磁场方向该导电体的两侧产生电势差，这种现象称为霍耳效应，该电动势称为霍耳电势（电压）。这种效应对金属导体并不明显，而对半导体却非常明显，因此随着半导体物理学的发展，霍耳效应的应用更加广泛。

霍耳效应的产生可以用电荷受力来说明。如图3-12-1所示，设霍耳元件是由

大学物理实验用霍尔元件测磁场

深圳大学物理实验中心

今日问题: 今日问题:

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

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

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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