磁阻效应实验[0]

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1、磁阻效应实验[概述]磁阻器件由于灵敏度高、抗干扰能力强等优点在工业、交通、仪器仪表、医疗器械、探矿等领域应用十分广泛，如：交通车辆检测，导航系统、伪钞检测、位置测量等。其中最典型的锑化铟（InSb）传感器是一种灵敏度高的磁电阻，有着十分重要的应用价值。[实验项目]1、理解磁阻效应、霍尔效应等概念。2、掌握测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系的一种方法。3、作出锑化铟传感器的电阻变化与磁感应强度的关系曲线，并对此关系曲线的非线性区域和线性区域分别进行拟合。[实验原理]一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B的变化规律称为磁阻效应。如图2所示，当半导体处于磁场中

2、时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍耳电场。如果霍耳电场作用和某一速度载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，电阻增大，表现出横向磁阻效应。若将图1中a端和b端短路，则磁阻效应更明显。通常以电阻率的相对改变量来表示磁电阻的大小，即用Δρ/ρ（0）表示。其中ρ（0）为零磁场时的电阻率，设磁电阻在磁感应强度为B的磁场中电阻率为ρ（B），则Δρ=ρ（B）-ρ（0）。由于磁阻传感器电阻的相Ba-IUυRdbI图1磁阻效应对变化率ΔR/R（0）正比于Δρ/ρ（0

3、），这里ΔR=R（B）-R（0），因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量ΔR/R（0）来表示磁阻效应的大小。实验证明，当金属或半导体处于较弱磁场中时，一般磁阻传感器电阻相对变化率ΔR/R（0）正比于磁感应强度B的平方，而在强磁场中ΔR/R（0）与磁感应强度B呈线性关系。磁阻传感器的上述特性在物理学和电子学方面有着重要应用。[实验仪器]实验采用FD-MR-II型磁阻效应实验仪，图2为该仪器示意图图2FD-MR-II磁阻效应实验仪FD-MR-II型磁阻效应验仪包括直流双路恒流电源、0-2V直流数字电压表、电磁铁、数字式毫特仪（GaAs作探测器）、锑化铟（InSb）磁阻传

4、感器、电阻箱、双向单刀开关及导线等组成。仪器连接如图2所示。图3所示实验装置，用于测量磁电阻的电阻值R与磁感应强度B之间的关系。图3测量磁电阻实验装置采用FD-MR-II型磁阻效应验仪测量磁感应强度和磁电阻大小的关系时，在保持锑化铟（InSb)磁阻传感器电流恒定的情况下，调节通过电磁铁的电流大小，改变电磁铁间隙中磁感应强度的大小，测出通过锑化铟磁阻传感器两端的电压值，求磁阻传感器的电阻值R，并求出ΔR/R(0)与B的关系。[实验内容与步骤]1、按图接好实验线路。按图2和图3接实验线路，将锑化铟（InSb)磁阻传感器与外接电阻串联，并与可调直流电源相接，数字电压的一端

5、连接磁阻传感器和串接电阻公共接点，另一端与单刀双向开关的刀口处相连。单刀双向开关可分别与串接电阻、锑化铟（InSb)切换，用于测量它们的端电压。直流励磁恒流源与电磁铁输入端相联，调节输入电磁铁的电流大小，改变电磁铁间隙中磁感应强度的大小。2、调解锑化铟（InSb)磁电阻和串接电阻通入的电流为I=1.00mA。具体操作是：按图3将单刀双向开关接通测量外接电阻箱的电压，外接电阻箱阻值R外=300.0Ω，令电压U=300.0mV；调解锑化铟（InSb)电流旋钮，使电压测量值为U=300.0mV，则锑化铟（InSb)磁电阻和串接电阻通入的电流I=U/R=300.0/300.

6、0=1.00mA。3、测量锑化铟磁阻传感器的电阻与磁感应强度的对应关系。1）、在保持锑化铟（InSb)磁阻传感器电流恒定的情况下进行测量。将单刀双向开关接通锑化铟（InSb）传感器，锑化铟（InSb)磁电阻置于电磁铁气息中，从电磁铁励磁电流为0开始实验测量，此时的磁场很小，忽略不计，调节毫特计为0，此时测得的电阻值为锑化铟（InSb)磁电阻R(0)。实验中可经常观测外接电阻两端电压是否变化来表明锑化铟（InSb)磁电阻的电流的稳定性。2）、调节通过电磁铁的电流IM，改变电磁铁气息的磁场，由毫特仪读出相应的B值，并由测量通过锑化铟磁阻传感器两端的电压值UR，求磁阻传感

7、器的电阻值R，同时求出ΔR/R(0)与B的关系,计入表中。[注意事项]1、实验时注意GaAs和InSb传感器工作电流应小于3mA。2、需将传感器固定在磁铁间隙中，不可弯折。3、不要在实验仪附近放置具有磁性的物品。4、不得外接传感器电源。5、开机后需预热10分钟，再进行实验。6、外接电阻应大于200欧姆。[数据处理]1、记录原始数据及进行相关计算磁感应强度和磁电阻大小的对应关系表磁电阻电流I=mA电磁铁InSbB～ΔR/R(0)对应关系I/mAU/mvB/mTlnB/TR/ΩΔR/R(0)lnΔR/R(0)MR00.010.020.030.040.50.060.0