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1、霍尔传感器基本参量及 磁场测量,1、背景知识,美国物理学家霍尔(Edwin Herbert Hall，18551938) 1879年在研究金属的导电机制时发现了“霍尔效应(Hall Effect) ”。,后来发现，在半导体、导电流体等材料中也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多。,目前， 利用这种现象制成了多种多样的半导体霍尔元件，被广泛地应用于自动控制技术、检测技术、电子信息 处理等方面，从而使霍尔效应在应用技术中有了广泛而重要的应用。,2、实验目的,1、霍尔效应的原理，测量霍尔系数和电导率。,2、了解霍尔电压与工作电流的关系，霍尔电压与磁场的关系。,3、了解霍尔效应的附加效应及消除方
2、法，掌握正确测量霍尔电压的方法。,4、掌握用霍尔器件测量电磁铁磁场B，和磁导率 的方法。,3、实 验 仪 器,1、霍耳元件实验仪,2、霍耳元件测量仪,电流输出和电压输入、测量,霍耳元件及移动装置、电磁铁、换向闸刀等,4、实验原理,将静止的载流导体(或半导体)置于外磁场中，当电流 I 的方向与磁场 B 的方向有一定夹角时， 在沿载流体电流方向且平行于磁场方向的两个侧面之间会出现电势差，这一现象就是“霍尔效应”，这个电势差叫做“霍尔电压”。,霍尔效应的本质是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起偏转，当带电粒子被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直于电流和磁场方向的导体两表面产生正、负电荷的
3、聚集，从而在材料中形成附加的横向电场。,不等位效应： 电极不在等位面上，产生不等为电位差， 只与 有关与B无关。 埃廷豪森效应：载流子运动的速度不同，引起温差电压 ， 的正负与 ，B 的方向有关。 能斯特效应：电流电极与霍尔片的接触电阻不等，产生附加电压 ， 的大小取决于磁场方向。 里纪勒杜克效应：由于热扩散电流的载流子的迁移速度不同，产生相应的温度电压 ， 的大小与 B 的方向有关，与 无关。,4.1霍尔效应附加效应,由于以上原因，霍尔元件载测量中产生多种附加电压，这些附加电压会引起测量的系统误差所以测量时必须被抵偿掉。,为抵消附加效应：,在实验中要用“对称测量法”消除由此造成的系统误差。,
4、那么，在实验中要首先定义“IS”和“B”的方向，以及 V1， V2， V3， V4 和 “+B +IS”， “+B -IS”， “-B +IS” ，“-B -IS” 的对应关系。,5、实 验 仪 器 介 绍,5.1 电磁铁的工作系数(KB),电磁铁空隙中心位置 磁场大小 B 励磁电流 IM 工作系数 KB,5.2 半导体材料的几何尺寸和线路连接图,5.3霍尔元件 实验仪 和 测量仪,实验仪,霍尔元件测量仪,霍尔元件位置的移动,1、 测绘VH-Is关系曲线霍尔效应。用表4.7.1记录数据。霍尔元件置于电磁铁气隙中心。 调节：,6.实验内容,用作图法求出斜率,根据公式计算霍尔系数和载流子浓度,2、
5、绘制IS-V曲线欧姆定律 测量霍尔元件的电导率、载流子迁移率，用表4.7.2记录数据。,调节：,要断开 开关,注意,3、测绘VH-IM关系曲线，用表3.7.3记录数据，霍尔元件置于电磁铁气隙中心； 调节:,在坐标纸上绘图,4、测绘电磁铁气隙中磁感应强度B沿X方向的分布曲线。 用表3.7.5记录数据，在坐标纸上绘图。 调节： 用公式 计算各点磁感应强度B的值。,可由表.计算得到,1. 用坐标纸绘制四个实验的图形并计算结果。,7、实验报告要求,2. 报告要求分析四个坐标图的物理意义，并给出文字说明和实验结论。,8、注意,1，开机，预热10分钟，再取数据。 2，严禁拆缷、改动仪器连线！ 3，严格控制电流大小： IS 1mA， IM 1A。 4，爱护仪器，操作轻缓(调节电流要缓慢！)。 5，仪器、坐凳整齐，桌面、地面清洁！ 6，一周内将实验报告投到6号报告箱！,9、仪 器 整 理,