霍尔效应及磁场的测量

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1、霍尔效应及磁场的测量大学物理实验实验目的了解霍尔效应的基本原理，掌握用霍尔效应测量磁场的方法。学习用对称测量法消除霍尔元件的副效应。实验原理导体或半导体薄膜材料在外加电场作用下，载流子产生定向运动，运动的电荷在磁场中受到洛仑兹力作用使电荷产生横向的偏转，由于样品有边界，所以偏转的载流子将在边界积累起来，产生一个横向电场EH，这个现象称为霍尔效应，该电场称为霍尔电场。应用这种效应做成的传感器称为霍尔元件。图1霍尔效应霍尔电势差的产生和确定KH称为霍尔元件的灵敏度，是一个常数，单位为FBFE++++++------BIHVHb由上式可看出，若已知霍尔片的灵敏度KH，只需

2、分别测出霍尔电流IH及霍尔电势差VH就可以算出磁场B的大小，这就是霍尔效应测磁场的基本原理。*一般要求霍尔元件的灵敏度KH愈大愈好。KH与载流子浓度n成反比，半导体内载流子浓度远比金属载流子浓度小，所以都用半导体材料作为霍尔元件，KH与材料片厚d成反比,因此霍尔元件都做得很薄,一般只有0.2mm厚.霍尔元件副效应及消除在实际测量过程中，还会伴随一些热磁副效应，它使所测得的电压不只是VH还会附加另外一些电压，给测量带来误差。这些热磁效应有1.埃廷斯豪森效应2.能斯脱效应3.里纪-勒杜克效应4.不等位效应埃廷斯豪森效应，是由于霍尔片两端有温度差，从而产生温差电动势VE，

3、它与霍尔电流IH、磁场B方向有关。能斯脱效应，是由于当热流通过霍尔片在其两侧会有电动势VN产生，只与磁场B和热流有关。里纪-勒杜克效应,是当热流通过霍尔片时,两侧会有温度差产生,从而又产生温差电动势VL,它同样与磁场B及热流有关.不等位效应,是两侧的电极不在同一等势面上引起的，当IH通过电流端时，即使不加磁场也会有电势差V0产生，其方向随IH方向而改变。霍尔元件副效应及消除这些负效应值的正负与电流和磁场的方向有关，采用电流和磁场换向的对称测量法，基本上就能把副效应的影响从测量结果中消除。实验测量电路如左图所示,VAA电压测量双路恒流电源提供实验装置电源和显示霍尔电压

4、的数值。左面的恒流源提供电磁铁提供励磁电流IM，右面的恒流源提供霍尔工作电流IH，中间的电压表显示霍尔电压VH的大小。实验测量图1霍尔效应*确定仪器的KH和IH，并记录下来，方可开始实验。实验仪器实验仪器电源电源电源SH500A型SH500型对称法消除负效应——换向开关IM霍尔元件实验操作要求测量电磁铁间隙磁场沿水平方向的分布,画出分布图(B-X图)(IM=600mA);A.将霍尔控制电流调至设定值，SH500型IH=9.00mA;SH500-A型IH=2.00mA；B.测量单边水平方向磁场分布(0~20mm)，0~12mm每隔4mm测一点，13~20mm每隔1mm

5、测一点；C.每个点都应用对称测量法消除霍尔元件的副效应。磁场沿水平方向的B~X分布（IM=600mA）x(mm)048121314151617181920V1(mV)V2(mV)V3(mV)V4(mV)VH(mV)B(T)实验操作要求电磁铁气隙磁场沿水平方向的分布B－X图A.将霍尔控制电流调至设定值:SH500型IH=9.00mA;SH500-A型IH=2.00mAB.励磁电流IM在0~200mA,800mA~1000mA范围内每隔50mA测一点,200mA~800mA范围内每隔200mA测一点;C.每个点都应用对称测量法消除霍尔元件的副效应.测量励磁电流与霍尔电压

6、的IM-VH关系曲线实验操作要求实验操作要求IM-VH关系（位置在0mm处）IM(mA)0501001502004008008509009501000V1(mV)V2(mV)V3(mV)V4(mV)VH(mV)IM-VH关系曲线注意事项1.励磁电流与霍尔电流的输入端不可接错;2.两种霍尔效应实验仪的工作电流不得超过:SH500型IH<10.00mA;SH500-AIH<2.50mA.3.实验仪的换相开关需自己连接.作业什么是霍尔效应？采用霍尔效应测量磁场时，需要测量哪些物理量？2.如何判断材料的导电类型和磁场的极性？3.如何判断霍尔元件的法向与磁场方向是否一致，对结

7、果有何影响？讲义中思考题1、2作业*半导体材料有N型（电子型）和P型(空穴型）两种，前者载流子为电子，带负电；后者载流子为空穴，相当于带正电的粒子。如何判断材料的导电类型？*本实验中磁场由励磁电流来激励产生，磁场方向与电流方向有关，未知励磁线圈绕向的情况下如何判断磁场方向？课堂思考FBFE------++++++FBFE++++++------BIHVHbBIHVHVH>0VH<0*如何判断载流子类型FEFB------++++++FBFE++++++------BIHVHbBIHVHVH>0VH<0*如何判断磁场方向实验报告基本要求：字迹清晰，文理通顺，图表正