磁阻效应大物实验.优秀PPT.ppt

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1、磁阻效应一、试验背景一、试验背景 导导电电材材料料的的电电阻阻值值R随随磁磁感感应应强强度度B变变更更这这样样一一个个规规律律，称称为为磁磁阻阻效效应应。利利用用磁磁阻阻效效应应制制成的器件叫做磁阻器件。成的器件叫做磁阻器件。磁磁阻阻器器件件有有很很多多的的优优点点：体体积积小小、灵灵敏敏度度高高、抗抗干干扰扰实实力力强强等等等等。在在导导航航、电电流流检检测测、磁磁性性编码等方面有着特别广泛的应用。编码等方面有着特别广泛的应用。锑化铟（锑化铟（InSbInSb）传感器是一种价格比较低，但灵敏度比较高的磁）传感器是一种价格比较低，但灵敏度比较高的磁阻器件，有着特别重要的应用价值。阻器件，有着特

2、别重要的应用价值。二、试验目的二、试验目的 探讨锑化铟传感器的电阻与磁感应探讨锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系。强度的关系。三、试验原理三、试验原理 如如图图：一一半半导导体体薄薄片片放放在在磁磁感感应应强强度度为为B的的磁磁场场中中，（B的的方方向向沿沿Z轴轴方方向向）在在薄薄片片的的y轴轴方方向向通通正正向向电电流流I，半半导导体体的的载载流流子子将将受受洛洛仑仑兹兹力力的的作作用用发发生生偏偏转转，在在x方方向向积积聚聚电电荷荷产生霍尔电场。产生霍尔电场。依依据据霍霍尔尔效效应应，当当霍霍尔尔电电场场作作用用和和载载流流子子的的洛洛仑仑兹兹力力作作用用刚刚好好抵抵消消qE=qvB，也

3、也就就达达到到了了稳稳定定状状态态。此此时时满满足足：E=vB，E霍霍耳耳电电场，场，v载流子的速度，载流子的速度，B磁感强度。磁感强度。载载流流子子的的速速度度并并不不都都一一样样，而而是是满满足足确确定定的的统统计计分分布布，这这里里的的v仅仅仅仅是是一一个个最最可可几几的的速速率率。那那么么小小于于或或大大于于该该速速度度的的载载流流子子将将向向D或或D偏偏转转，这这种种偏偏转转就就会会使使得得沿沿外外加加电电场场方方向向（y方方向向）运运动动的的载载流流子子数数量量削削减减，从从而而电电阻阻增大，这种现象称为磁阻。增大，这种现象称为磁阻。xyzBv+IVDDqvBqE 磁阻效应通常用电

4、阻率的相对变更量/（0）或电阻的相对变更量R/R（0）来表示其大小。通过试验可以证明，在一般状况下当金属或半导体处于较弱磁场中时，磁电阻的R/R（0）正比于B的二次方，而在强磁场中R/R（0）与B呈线性函数关系。假如磁阻传感器处于角频率为的弱正弦沟通磁场中，由于 磁电阻的相对变更量R/R（0）正比于B2，那么磁阻传感器R将随角频率2作周期性变更。这就是弱正弦沟通磁场中磁阻传感器所具有的沟通电倍频性能。测量磁电阻的原理示意图 在恒流（在恒流（Is=1mA）的状况下，变更磁场测电压，求电阻。）的状况下，变更磁场测电压，求电阻。四、试验仪器四、试验仪器试验接受DH4510磁阻效应试验仪五、试验内容五

5、、试验内容1、在、在锑锑化化铟铟磁阻磁阻传传感器工作感器工作电电流保持不流保持不变变的条件下，的条件下，测测量量锑锑化化铟铟磁阻磁阻传传感感器的器的电电阻与磁感阻与磁感应应强强度的关系。作度的关系。作R/R(0)B和和R/R(0)B2的关系曲的关系曲线线，并，并进进行曲行曲线拟线拟合。找出合。找出B0.12T两个区两个区间间R/R（0）与）与B的函数关系。（的函数关系。（试验时试验时留意留意GaAs和和InSb传传感器工作感器工作电电流流应调应调至至1mA）。）。2、用磁阻、用磁阻传传感器感器测测量一个未知的磁量一个未知的磁场场强强度，与毫特度，与毫特计测计测得的磁得的磁场场强强度相比度相比较

6、较，估算，估算测测量量误误差。差。六、试验步骤六、试验步骤 仪器开机前须将仪器开机前须将IM调整电位器、调整电位器、Is电流调整电位器逆时针方向电流调整电位器逆时针方向旋究竟。旋究竟。1、信号源的、信号源的“IM直流源直流源”端用导线接至测试架的端用导线接至测试架的“励磁电流励磁电流”输输入端，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连，如图入端，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连，如图4所示。调整所示。调整“IM电流调整电流调整”电位器可变更输入励磁线圈电流电位器可变更输入励磁线圈电流的大小，从而变更电磁铁间隙中磁感应强度的大小。的大小，从而变更电磁铁间隙中磁感应强度的大小。2、将试

7、验仪信号源背部的二芯话筒通过专用的二芯话筒线接至测、将试验仪信号源背部的二芯话筒通过专用的二芯话筒线接至测试架的工作电压输入端，这是一路供应继电器工作的试架的工作电压输入端，这是一路供应继电器工作的12V直流直流限制电源，作为继电器的限制电压。红的香蕉插接红接线柱，限制电源，作为继电器的限制电压。红的香蕉插接红接线柱，黑的香蕉插接黑接线柱。黑的香蕉插接黑接线柱。3、信号源上、信号源上“Is直流恒流源直流恒流源”输出用导线接至工作电流切换继电输出用导线接至工作电流切换继电器器K1接线柱的中间两端，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱的中间两端，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连。如图接

8、线柱相连。如图4所示。所示。4、信号源的、信号源的“信号输入信号输入”两端用导线接至输出信号切换继电器两端用导线接至输出信号切换继电器K2接线柱的中间两端，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线接线柱的中间两端，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连。如图柱相连。如图4所示。所示。5、将、将继电继电器器K1接接线线柱的下面两端与柱的下面两端与继电继电器器K2接接线线柱的下面两端相柱的下面两端相连连，红导红导线线与与红红接接线线柱相柱相连连，黑，黑导线导线与黑接与黑接线线柱相柱相连连。如。如图图4所示。所示。6、将、将锑锑化化铟铟（InSb）磁阻）磁阻传传感器（感器（蓝蓝、绿绿引出引出线线）的

9、两端与工作）的两端与工作电电流切流切换换继电继电器器K1接接线线柱的下面两端相柱的下面两端相连连，红红的香蕉插接的香蕉插接红红接接线线柱，黑的香蕉插接柱，黑的香蕉插接黑接黑接线线柱。即柱。即蓝蓝引出引出线线接至接至红红接接线线柱，柱，绿绿引出引出线线接至黑接接至黑接线线柱。如柱。如图图4所示。所示。7、砷化、砷化镓镓（GaAs）霍）霍尔尔传传感器的的四引出感器的的四引出线线按按线线的的长长短已分成两短已分成两组组，红红、棕棕为为一一组组（为为工作工作电电流流输输入端），黄、橙入端），黄、橙为为一一组组（为为霍霍尔尔电压输电压输出端），出端），红红、棕棕这这一一组线组线接至工作接至工作电电流切流

10、切换继电换继电器器K1接接线线柱的上面两端，黄、橙柱的上面两端，黄、橙这这一一组组线线接至接至输输出信号切出信号切换继电换继电器器K2接接线线柱的上面两端。柱的上面两端。红红的香蕉插接的香蕉插接红红接接线线柱，柱，黑的香蕉插接黑接黑的香蕉插接黑接线线柱，如柱，如图图4所示。所示。8、确、确认认接接线线正确完成后，打开沟通正确完成后，打开沟通电电源，将信号源及源，将信号源及测试测试架的切架的切换换开关都开关都处处于按上状于按上状态态，这时这时将将测试测试架上取出的霍架上取出的霍尔尔电压电压信号信号输输入到信号源，入到信号源，经经内部内部处处理理转换转换成磁成磁场场强强度由表度由表头显头显示。示。

11、9、调调整整Is调调整整电电位器位器让让Is表表头显头显示示为为1.00mA，然后，然后调调整整IM=0mA，登，登记记零点零点误误差差B0=？mT。10、调调整整IM使磁使磁场场强强度度显显示示为为B=（10+B0）mT，（，（20+B0）mT.按下信号源及按下信号源及测测试试架上的切架上的切换换开关，开关，测测量并量并记录该记录该磁磁场场强强度下度下对应对应的磁阻的磁阻电压电压。留意：。留意：这时这时的的Is表表头头显显示示应为应为1.00mA。参考表。参考表1。【。【B在在100mT以内每增加以内每增加10mT测测一一组组数据，大于数据，大于100mT后每增加后每增加50mT测测一一组组

12、，直到，直到500mT旁旁边为边为止】。止】。11、依据表一所、依据表一所记录记录的数据在整个区的数据在整个区间间作出作出R/R(0)B曲曲线线并在并在B0.06T区区间间作作 R/R(0)B2曲曲线线，并在，并在B0.12T两个区两个区间间分分别给别给出：出：R/R（0）=f（B）。）。13、调调整整IM=0.300A,Is=1.00mA电电流，使流，使电电磁磁铁产铁产生一个未知的磁生一个未知的磁场场强强度。度。测测量磁阻量磁阻传传感器的磁阻感器的磁阻电压电压，求，求R（B）后得）后得R/R（0）=R（B）R（0）/R（0）并从）并从R/R(0)B曲曲线线上求得磁上求得磁场场强强度度B.14

13、、用、用仪仪器所配的毫特器所配的毫特计测计测量量该该磁磁场场强强度，将度，将测测得的磁得的磁场场强强度作度作为为精确精确值值与磁阻与磁阻传传感感器器测测得的磁得的磁场场强强度度值值与相比与相比较较，估算相，估算相对误对误差差E。电磁铁电磁铁InSbBR/R（0）对应对应关系关系IM/mAUR/mVB/mT（毫特毫特计计读数）读数）B=B-B0/mTR/R/R（0）B20346.1 1.11 0346.1017346.811.1110346.80.002033348.221.1120348.20.0061每增加每增加10mT测测一一组组151401.5101.1401.50.1601227454

14、.4151.1454.40.3129每增加每增加50mT测测一一组组7251074.5501.11074.52.1046 表表 1 电电流流Is=1mA B0=mT七、七、仪仪器运用留意事器运用留意事项项1、需将、需将传传感器固定在磁感器固定在磁铁间铁间隙中，不行将隙中，不行将传传感器弯折。感器弯折。2、不要在、不要在试验仪试验仪旁旁边边放置具有磁性的物品。放置具有磁性的物品。3、加、加电电前必需保前必需保证测试仪证测试仪的的“Is调调整整”和和“IM调调整整”旋旋钮钮均置均置零位（即逆零位（即逆时针时针旋究竟）。旋究竟）。4、严严禁在励磁禁在励磁线线圈加圈加电电后插拔励磁后插拔励磁电电流流连线连线！因！因为为此此时时会会有极有极强强的感的感应电压应电压，可能，可能损损坏坏仪仪器。如需插拔励磁器。如需插拔励磁电电流流连线连线，应应将励磁将励磁电电流流调调至最小，再关至最小，再关闭闭沟通沟通电电源，才可源，才可进进行插拔！行插拔！1.什么叫磁阻效什么叫磁阻效应应？霍？霍尔尔传传感器感器为为何有磁阻何有磁阻效效应应？2.InSb磁阻磁阻传传感器在弱磁感器在弱磁场场和和强强磁磁场时场时的的电电阻阻值值与磁感与磁感应应强强度关系有何不同？度关系有何不同？这这两两种特性有什么种特性有什么应应用？用？八、试验思索题八、试验思索题