霍尔效应测磁场实验报告(共7篇)

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1、篇一：霍尔元件测磁场实验报告用霍尔元件测磁场前言：霍耳效应是德国物理学家霍耳（a.h.hall1855—1938）于1879年在他的导师罗兰指导下发现的。由于这种效应对一般的材料来讲很不明显，因而长期未得到实际应用。六十年代以来，随着半导体工艺和材料的发展，这一效应才在科学实验和工程技术中得到了广泛应用。利用半导体材料制成的霍耳元件，特别是测量元件，广泛应用于工业自动化和电子技术等方面。由于霍耳元件的面积可以做得很小，所以可用它测量某点或缝隙中的磁场。此外，还可以利用这一效应来测量半导体中的载流子浓度

2、及判别半导体的类型等。近年来霍耳效应得到了重要发展，冯﹒克利青在极强磁场和极低温度下观察到了量子霍耳效应，它的应用大大提高了有关基本常数测量的准确性。在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍耳器件，会有更广阔的应用前景。了解这一富有实用性的实验，对今后的工作将大有益处。教学目的：1.了解霍尔效应产生的机理，掌握测试霍尔器件的工作特性。2.掌握用霍尔元件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。教学重难点：1.霍尔效应2.霍尔片载流子类型判定。实验原理如右图所

3、示，把一长方形半导体薄片放入磁场中，其平面与磁场垂直，薄片的四个侧面分别引出两对电极（m、n和p、s），径电极m、n通以直流电流ih，则在p、s极所在侧面产生电势差，这一现象称为霍尔效应。这电势差叫做霍尔电势差，这样的小薄片就是霍尔片。图片已关闭显示，点此查看假设霍尔片是由n型半导体材料制成的，其载流子为电子，在电极m、n上通过的电流由m极进入，n极出来（如图），则片中载流子（电子）的运动方向与电流is的方向相反为v,运动的载流子在磁场b中要受到洛仑兹力fb的作用，fb=ev×b，电子在fb的作用下，

4、在由n→m运动的过程中，同时要向s极所在的侧面偏转（即向下方偏转），结果使下侧面积聚电子而带负电，相应的上侧面积（p极所在侧面）带正电，在上下两侧面之间就形成电势差vh，即霍尔电势差。薄片中电子在受到fb作用的同时，要受到霍尔电压产生的霍尔电场eh的作用。fh的方向与fb的方向正好相反，eh=vh/b,b是上下侧面之间的距离即薄片的宽度，当fh+fb=0时，电子受力为零达到稳定状态，则有–eeh+(–ev×b)=0eh=-v×b因v垂直b，故eh=vb（v是载流子的平均速度）霍尔电压为vh=beh=b

5、vb。设薄片中电子浓度为n，则is=nedbv,v=is/nedb。vh=isb/ned=khisb式中比例系数kh=1/ned，称为霍尔元件的灵敏度。将vh=khisb改写得b=vh/khis如果我们知道了霍尔电流ih，霍尔电压vh的大小和霍尔元件的灵敏度kh，我们就可以算出磁感应强度b。实际测量时所测得的电压不只是vh，还包括其他因素带来的附加电压。根据其产生的原因及特点，测量时可用改变is和b的方向的方法，抵消某些因素的影响。例如测量时首先任取某一方向的is和b为正，当改变它们的方向时为负，保持

6、is、b的数值不变，取（is+，b+）、（is-、b+）、（is+、b-）、（is-，b-）四种条件进行测量，测量结果分别为：v1=vh+v0+ve+vn+vrlv2=-vh-v0-ve+vn+vrlv3=-vh+v0-ve-vn-vrlv4=vh-v0+ve-vn-vrl从上述结果中消去v0，vn和vrl，得到图片已关闭显示，点此查看图片已关闭显示，点此查看vh=（v1-v2-v3+v4）-ve一般地ve比vh小得多，在误差范围内可以忽略不计。实验仪器th-s型螺线管磁场测定实验组合仪。1.实验仪介

7、绍如图所示，探杆固定在二维（x,y方向）调节支架上。其中y方向调节支架通过旋钮y调节探杆中心轴线与螺线管内孔轴线位置，应使之重合。x方向调节支架通过旋钮x1,x2来调节探杆的轴向位置,其位置可通过标尺读出。图片已关闭显示，点此查看2.测试仪1.“is输出”：霍尔器件工作电流源，输出电流0～10ma，通过“is调节”旋钮调节。2.“im输出”：螺线管励磁电流源，输出电流0～1a，通过“im调节”旋钮调节。上述俩组恒流源读数可通过“测量选择”按键共用一只数字电流表“is(ma).im(a)“显14图片已关

8、闭显示，点此查看示，按键测im，放键测is。3.直流数字电压表“vh.vo(mv)”，供测量霍尔电压用。实验步骤1.按图接好电路，k1、k2、k3都断开，注意is和im不可接反,将is和im调节旋钮逆时针方向旋到底，使其输入电流趋于最小状态。2.转动霍尔器件探杆支架的旋钮x1或x2，慢慢将霍尔器件移到螺线管的中心位置(x1=14cm,x2=0)(注：以相距螺线管两端口等远的中心位置为坐标原点，则探头离中心的距离为x=14-x1-x2)k3,调节im=0.