实验霍尔效应法测量磁场A.docx

精品学习资料 名师归纳总结——欢迎下载 .试验八霍尔效应法测量磁场【试验目的】1．明白霍尔器件的工作特性；2．把握霍尔器件测量磁场的工作原理；3．用霍尔器件测量长直螺线管的磁场分布；4．考查一对共轴线圈的磁耦合度；【试验仪器】长直螺线管，亥姆霍兹线圈，霍尔效应测磁仪，霍尔传感器等；【试验原理】1．霍尔器件测量磁场的原理d1×F×m××××× ××ve ××××EH××× . 试验八 霍尔效应法测量磁场 【试验目的】 1．明白霍尔器件的工作特性； 2．把握霍尔器件测量磁场的工作原理； 3．用霍尔器件测量长直螺线管的磁场分布； 4．考查一对共轴线圈的磁耦合度； 【试验仪器】 长直螺线管，亥姆霍兹线圈，霍尔效应测磁仪，霍尔传感器等； 【试验原理】 1．霍尔器件测量磁场的原理 d 1 × F×m × × × × × × ×ve × × × ×EH × × × × × b 4 3 UH × × × × × FH × L I 2 E mA 图 1 霍尔效应原理 如图 1 所示，有－ N 型半导体材料制成的霍尔传感器，长为 L，宽为 b，厚为 d，其四个侧面各焊有一个电 极 1，2，3，4；将其放在如下列图的垂直磁场中，沿 3， 4 两个侧面通以电流 I ，就电子将沿负 I 方向以速 度运动，此电子将受到垂直方向磁场 B 的洛仑兹力 Fm eve B 作用，造成电子在半导体薄片的 1 测积存 EH ，该电场对电子 过量的负电荷， 2 侧积存过量的正电荷；因此在薄片中产生了由 2 侧指向 1 侧的电场 FH eEH ，与 Fm eve B 反向，当两种力相平稳时，便显现稳固状态， 的作用力 1， 2 两侧面将建立起 U U H 稳固的电压 ，此种效应为霍尔效应，由此而产生的电压叫霍尔电压 ，1， 2 端输出的霍尔电压可由 H 数显电压表测量并显示出来； ,. 第 1 页，共 8 页 精品学习资料 名师归纳总结——欢迎下载 .U HIBdK H假如半导体中电流I 是稳固而匀称的，可以推导出满意：U HRHK HIB，式中，RH 为霍耳系数，通常定义K HRH/ d，称为灵敏度；由RH 和 K H 的定义可知， 对于一给定的霍耳传感器，RH和 KH有唯独确定的值，在电流I 不变的情形下，与B 有一一对应关系 . U H IB d K H 假如半导体中电流 I 是稳固而匀称的，可以推导出 满意： U H RH K H IB ， 式中， RH 为霍耳系数，通常定义 K H RH / d ， 称为灵敏度； 由 RH 和 K H 的定义可知， 对于一给定的霍耳传感器， RH 和 KH 有唯独确定的值，在电流 I 不变的情形下， 与 B 有一一对应关系； 2．误差分析及改进措施 由于系统误差中影响最大的是不等势电势差，下面介绍一种 1 I 方法可直接排除不等势电势差的影响，不用多次转变 B， I 方 UH 4 3 6 向；如图 2 所示，将图 2 中电极 2 引线处焊上两个电极引线 5， 5 2 6，并在 5，6 间连接一可变电阻， 其滑动端作为另一引出线 2， 图 2 将线路完全接通后， 可以调剂滑动触头 2，使数字电压表所测 电压为零，这样就排除了 1， 2 两引线间的不等势电势差，而且仍可以测出不等势电势差的大小；本霍尔 效应测磁仪的霍尔电压测量部分就采纳了这种电路，使得整个试验过程变得较为简单操作，不过试验前要 第一进行霍尔输出电压的调零，以排除霍尔器件的 “不等位电势 ”； 在测量过程中，假如操作不当，使霍尔元件与螺线管磁场不垂直，或霍尔元件中电流与磁场不垂直，也会 引入系统误差； 3．载流长直螺线管中的磁场 从电磁学中我们知道，螺线管是绕在圆柱面上的螺旋型线圈；对于密绕的螺线管来说，可以近似地看成是 一系列园线圈并排起来组成的；假如其半径为 R，总长度为 L，单位长度的匝数为 n，并取螺线管的轴线 为 x 轴，其中心点 O 为坐标原点，就 L R的有限长螺线管，其轴线上的磁场是一个匀称磁场，且等于： （ 1）对于无限长螺线管 L 或 B0 0 NI ,. 第 2 页，共 8 页 精品学习资料 名师归纳总结——欢迎下载 .NI —— 线圈的励磁电流；式中0 —— 真空磁导率；—— 单位长度的线圈匝数；（ 2）对于半无限长螺线管的一端或有限长螺线管两端口的磁场为：12B10 NI即端口处磁感应强度为中部磁感应强度的一半，两者情形如图3 所示；B2RLB01B02OO . N I —— 线圈的励磁电流； 式中 0 —— 真空磁导率； —— 单位长度的线圈匝数； （ 2）对于半无限长螺线管的一端或有限长螺线管两端口的磁场为： 1 2 B1 0 NI 即端口处磁感应强度为中部磁感应强度的一半，两者情形如图