磁阻效应实验new优秀PPT.ppt

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1、物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验试验目的试验目的1.1.了解磁阻效应的基本原理及测量磁阻了解磁阻效应的基本原理及测量磁阻效应的方法效应的方法.2.2.测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系度的关系.物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验w磁阻效应磁阻效应-试验原理试验原理w确定条件下，导电材料的电阻值确定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度随磁感应强度B的变更规律称为磁阻效应。如图的变更规律称为磁阻效应。如图1所所示，当半导体处于磁场中时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转，示，当半导体

2、处于磁场中时，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。假如霍耳电场作用和某一速度载流子的洛仑兹在两端产生积聚电荷并产生霍耳电场。假如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削减，电阻增大，表现出横向磁阻效应。若将图运动的载流子数量将削减，电阻增大，表现出横向磁阻效应。若将图1中中a端和端和b端短路，端短路，则磁阻效应更明显。通常以电阻率的相对变更量来表示磁阻的大小，即用则磁阻效应更明显。通常

3、以电阻率的相对变更量来表示磁阻的大小，即用/（0）表）表示。其中示。其中（0）为零磁场时的电阻率，设磁电阻在磁感应强度为）为零磁场时的电阻率，设磁电阻在磁感应强度为B的磁场中电阻率为的磁场中电阻率为（B），则），则=（B）-（0）。由于磁阻传感器电阻的相对变更率）。由于磁阻传感器电阻的相对变更率R/R（0）正比）正比于于/（0），这里），这里R=R（B）-R（0），因此也可以用磁阻传感器电阻的相对变更），因此也可以用磁阻传感器电阻的相对变更量量R/R（0）来表示磁阻效应的大小。）来表示磁阻效应的大小。试验证明，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更率试验证明，当金属或半导体

4、处于较弱磁场中时，一般磁阻传感器电阻相对变更率R/R（0）正比于磁感应强度）正比于磁感应强度B的平方，而在强磁场中的平方，而在强磁场中R/R（0）与磁感应强度）与磁感应强度B呈线呈线性关系。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。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。处于磁场中的磁阻器件和一个外接电阻串联，接在恒流源的分压电路中，通过对处于磁场中的磁阻器件和一个外接电阻串联，接在恒流源的分压电路中，通过对R的调的调整可以调整磁阻器件中电流的大小，电压表联接整可以调整磁阻器件中电流的大小，电压表联接1或或2可以分别监测外接电阻的电压和可以分别监测外接电阻的电

5、压和磁阻器件的电压。磁阻器件的电压。阻效应是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变更而变更的现象。同霍尔效应一阻效应是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变更而变更的现象。同霍尔效应一样，磁阻效应也是由于载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的。在达到稳态时，某样，磁阻效应也是由于载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的。在达到稳态时，某速度的载流子所受到的电场力与洛伦兹力相等，载流子在两端聚集产生霍尔电场，比速度的载流子所受到的电场力与洛伦兹力相等，载流子在两端聚集产生霍尔电场，比该速度慢的载流子将向电场力方向偏转，比该速度快的载流子则向洛伦兹力方向偏转。该速度慢的载流子将向电场力方向偏转，比该速度快的

6、载流子则向洛伦兹力方向偏转。这种偏转导致载流子的漂移路径增加。或者说，沿外加电场方向运动的载流子数削减，这种偏转导致载流子的漂移路径增加。或者说，沿外加电场方向运动的载流子数削减，从而使电阻增加。这种现象称为磁阻效应。若外加磁场与外加电场垂直，称为横向磁从而使电阻增加。这种现象称为磁阻效应。若外加磁场与外加电场垂直，称为横向磁阻效应；若外加磁场与外加电场平行，称为纵向磁阻效应。一般状况下，载流子的有阻效应；若外加磁场与外加电场平行，称为纵向磁阻效应。一般状况下，载流子的有效质量的驰豫时时间与方向无关，则纵向磁感强度不引起载流子偏移，因而无纵向磁效质量的驰豫时时间与方向无关，则纵向磁感强度不引起

7、载流子偏移，因而无纵向磁阻效应。阻效应。目前，磁阻效应广泛用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、目前，磁阻效应广泛用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储导航、仪器仪表、磁存储(磁卡、硬盘磁卡、硬盘)等领域等领域物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验试

8、验原理试验原理 确定条件下，导电材料的电阻值确定条件下，导电材料的电阻值R随磁随磁感应强度感应强度B变更的规律称为磁阻效应。应用变更的规律称为磁阻效应。应用这种效应做成的传感器称为磁阻元件。这种效应做成的传感器称为磁阻元件。物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验试验原理试验原理图1 霍尔效应当导体或半导体处于磁场中时，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。物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验试验原理试验原理在霍耳电场和外加磁场的共同作用下，沿外加电场方向运动的载流子数量将削减，电阻增大，也就是由

9、于磁场的存在,增加了电阻,此现象称为磁阻效应。URIS-eFBFE+-Bab图2 磁阻效应u假如将图2中a端和b端短 u 路,磁阻效应更明显。物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验试验原理试验原理 通常以电阻率的相对变更量来表示磁阻的大小，即用/(0)表示。其中(0)为零磁场时的电阻率，设磁电阻电阻值在磁感应强度为B的磁场的电阻率为(B)，则=(B)-(0)由于磁阻传感器电阻的相对变更率R/R(0)正比于/(0)，因此也可以用磁阻传感器电阻的相对变更量R/R(0)来表示磁阻效应的大小.R=R(B)-R(0)物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实

10、验图图2 2 磁阻效应曲线磁阻效应曲线试验原理试验原理一般状况下外加磁场较弱时，电阻相对变更率正比于磁感应强度B的二次方；随磁场的加强，与磁感应强度B呈线性函数关系；当外加磁场超过特定值时，与磁感应强度B的响应会趋于饱和。物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验试验操作要求试验操作要求1.1.在在锑锑化化铟铟磁磁阻阻传传感感器器工工作作电电流流保保持持不不变变的的条条件件下下（IS=1mA）,测测量量锑锑化化铟铟磁磁阻阻传传感感器器的的电电阻阻与与磁磁感感应应强强度度的的关关系系，作作R/R(0)B关关系曲线。系曲线。2.2.用用磁磁阻阻传传感感器器测测量量一一个个未未

11、知知的的磁磁场场强强度度(275mT),与与毫毫特特计计测测得得的的磁磁场场强强度度相相比比较较,估估算测量误差算测量误差.物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验IM霍尔、磁阻元件霍尔、磁阻元件每一个数据点测量两组数据：磁场强度和磁电阻每一个数据点测量两组数据：磁场强度和磁电阻（电压）（电压）物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验磁阻效应测量电路示意图磁阻效应测量电路示意图伏安法伏安法物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验 实实 验验 仪仪 器器 物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验R/R

12、(0)B关系曲线（IS=1mA）电磁铁InSbR/R(0)B关系IM(mA)UR(mV)B(mT)R()R/R(0)01020100150500275 数数 据据 表表 格格物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验w1.不要在试验仪器旁边放置具有磁性的物品.留意事项留意事项w2.加电前必需保证测试仪的调整和调整旋钮w 均置零位(即逆时针旋究竟)。工作电流不 w 超过1mA。w3.严禁在励磁线圈加电后插拔励磁电流连线!因为此时会有极强的感应电压,可能损坏仪 器.如须插拔励磁电流连线,应将励磁电流 调至最小,再关闭电源,才可进行插拔!物理学实验教学示范中心物理学实验教学示范中心电磁学实验电磁学实验作作 业业&1.1.磁阻效应是怎样产生的磁阻效应是怎样产生的?磁阻效应和霍尔效磁阻效应和霍尔效&应有何内部联系应有何内部联系?&2.2.试验时为何要保持霍尔工作电流和流过磁阻试验时为何要保持霍尔工作电流和流过磁阻&元件的电流不变元件的电流不变?&3.3.不同的磁场强度时不同的磁场强度时,磁阻传感器的电阻值与磁阻传感器的电阻值与&磁感应强度的关系有何变更磁感应强度的关系有何变更?&*4.*4.磁阻传感器的电阻值与磁场的极性和方向磁阻传感器的电阻值与磁场的极性和方向有有&何关系何关系?