讲解霍尔效应课件.pptx

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1、Edwin Hall（18551938）霍尔效应是霍尔霍尔效应是霍尔(Hall)24(Hall)24岁时在美国霍普金斯大学研究生期岁时在美国霍普金斯大学研究生期间，研究关于载流导体在磁场中的间，研究关于载流导体在磁场中的受力性质时发现的一种现象。受力性质时发现的一种现象。在长方形导体薄板上通以在长方形导体薄板上通以电流，沿电流的垂直方向施加磁场，电流，沿电流的垂直方向施加磁场，就会在与电流和磁场两者垂直的方就会在与电流和磁场两者垂直的方向上产生电势差，这种现象称为霍向上产生电势差，这种现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔尔效应，所产生的电势差称为霍尔电压。电压。背景介绍背景介绍霍尔效应霍尔

2、效应量子霍尔效应量子霍尔效应 长时期以来，霍尔效应是在室温和中等强度磁场条件下进行实验的。在霍尔效应发现100年后，1980年,德国物理学家克利青(Klaus von Klitzing)在研究极低温和强磁场中的半导体时，发现在低温条件下半导体硅的霍尔效应不是常规的那种直线，而是随着磁场强度呈跳跃性的变化，这种跳跃的阶梯大小由被整数除的基本物理常数所决定。这是当代凝聚态物理学令人惊异的进展之一，这在后来被称为整数量子霍尔效应量子霍尔效应。由于这个发现，克利青在1985年获得了诺贝尔物理奖。背景介绍背景介绍分数量子霍尔效应分数量子霍尔效应背景介绍背景介绍崔琦Robert LaughlinHorst

3、 Stormer构造出了分数量子霍尔系统的解析波函数，给分数量子霍尔效应作出了理论解释1998年的诺贝尔物理学奖在量子霍尔效应家族里，至此仍未被发现的效应是在量子霍尔效应家族里，至此仍未被发现的效应是“量子反常霍尔效量子反常霍尔效应应”不需要外加磁场的量子霍尔效应。不需要外加磁场的量子霍尔效应。用高纯度半导体材料，在超低温环境：仅比绝对零度高十分之一摄氏度（约273），超强磁场：当于地球磁场强度100万倍研究量子霍尔效应时发现了分数量子霍尔效应，这个发现使人们对量子现象的认识更进一步。如如今今由由清清华华大大学学薛薛其其坤坤院院士士领领衔衔，清清华华大大学学、中中科科院院物物理理所所和和斯斯坦

4、坦福福大大学学研研究究人人员员联联合合组组成成的的团团队队历历时时4年年在在量量子子反反常常霍霍尔尔效效应应研研究究中中取取得得重重大大突突破破，在在美美国国物物理理学学家家霍霍尔尔1880年年发发现现反反常常霍霍尔尔效效应应133年年后后，他他们们从从实实验验中中首首次次观观测测到到量量子子反反常常霍霍尔尔效效应应，这这是是中中国国科科学学家家从从实实验验中中独独立立观观测测到到的的一一个个重重要要物物理理现现象象，也也是是物物理理学学领领域域基基础础研研究究的的一一项项重重要要科科学学发发现现。这这一一发发现现是是相相关关领领域域的的重重大大突突破破，也也是是世世界界基基础础研研究究领领域

5、域的的一一项项重重要要科科学学发发现现。这这一一发发现现或或将对信息技术进步产生重大影响。将对信息技术进步产生重大影响。背景介绍背景介绍反常量子霍尔效应反常量子霍尔效应霍尔效应霍尔效应应被发现应被发现100多年以来多年以来,它的应用发展经历了三个阶段：它的应用发展经历了三个阶段：第一阶段：从霍尔效应的发现到第一阶段：从霍尔效应的发现到20世纪世纪40年代前期。最初由于金属材料中年代前期。最初由于金属材料中的电子浓度很大而霍尔效应十分微弱所以没有引起人们的重视。这段时期也的电子浓度很大而霍尔效应十分微弱所以没有引起人们的重视。这段时期也有人利用霍尔效应霍尔效制成磁场传感器，但实用价值不大有人利用

6、霍尔效应霍尔效制成磁场传感器，但实用价值不大,到了到了1910年有年有人用金属铋制成霍尔元件，作为磁场传感器。但是，由于当时未找到更合适人用金属铋制成霍尔元件，作为磁场传感器。但是，由于当时未找到更合适的材料，研究处于停顿状态。的材料，研究处于停顿状态。第二阶段：从第二阶段：从20世纪世纪40年代中期半导体技术出现之后，随着半导体材料、年代中期半导体技术出现之后，随着半导体材料、制造工艺和技术的应用，出现了各种半导体霍尔元件，特别是锗的采用推动制造工艺和技术的应用，出现了各种半导体霍尔元件，特别是锗的采用推动了霍尔元件的发展，相继出现了采用分立霍尔元件制造的各种磁场传感器。了霍尔元件的发展，相

7、继出现了采用分立霍尔元件制造的各种磁场传感器。第三阶段；自第三阶段；自20世纪世纪60年代开始，年代开始，,随着集成电路技术的发展，出现了将霍随着集成电路技术的发展，出现了将霍尔半导体元件和相关的信号调节电路集成在一起的霍尔传感器。进入尔半导体元件和相关的信号调节电路集成在一起的霍尔传感器。进入20世纪世纪80年代，随着大规模超大规模集成电路和微机械加工技术的进展，霍尔元件年代，随着大规模超大规模集成电路和微机械加工技术的进展，霍尔元件从平面向三维方向发展，出现了三端口或四端口固态从平面向三维方向发展，出现了三端口或四端口固态霍尔传感器霍尔传感器，实现了产，实现了产品的系列化、加工的批量化、体

8、积的微型化。霍尔集成电路出现以后，很快品的系列化、加工的批量化、体积的微型化。霍尔集成电路出现以后，很快便得到了广泛应用。便得到了广泛应用。背景介绍背景介绍霍尔效应霍尔效应-应用应用发发展展1、测量载流子浓度、测量载流子浓度根根据据霍霍尔尔电电压压产产生生的的公公式式，以以及及在在外外加加磁磁场场中中测测量量的的霍霍尔尔电电压压可可以以判判断断传传导导载载流流子子的的极极性性与与浓浓度度，这这种种方方式式被被广广泛泛的的利利用用于于半半导导体体中中掺杂载体的性质与浓度的测量上。掺杂载体的性质与浓度的测量上。2、霍尔效应还能够测量磁场、霍尔效应还能够测量磁场在在工工业业、国国防防和和科科学学研研

9、究究中中，例例如如在在粒粒子子回回旋旋器器、受受控控热热核核反反应应、同同位位素素分分离离、地地球球资资源源探探测测、地地震震预预报报和和磁磁性性材材料料研研究究等等方方面面，经经常常要要对对磁磁场场进进行行测测量量，测测量量磁磁场场的的方方法法主主要要有有核核磁磁共共振振法法、霍霍尔尔效效应应法法和和感感应应法法等等。具具体体采采用用什什么么方方法法，要要由由被被测测磁磁场场的的类类型型和和强强弱弱来来确确定定。霍霍尔尔效效应应法法具具有有结结构构简简单单、探探头头体体积积小小、测测量量快快和和直直接接连连续续读读数数等等优优点点，特特别别适适合合于于测测量量只只有有几几个个毫毫米米的的磁磁

10、极极间间的的磁磁场场，缺缺点点是是测测量量结结果果受温度的影响较大。受温度的影响较大。霍尔效应的应用霍尔效应的应用3、电磁无损探伤、电磁无损探伤霍霍尔尔效效应应无无损损探探伤伤方方法法安安全全、可可靠靠、实实用用，并并能能实实现现无无速速度度影影响响检检测测，因因此此，被被应应用用在在设设备备故故障障诊诊断断、材材料料缺缺陷陷检检测测之之中中。其其探探伤伤原原理理是是建建立立在在铁铁磁磁性性材材料料的的高高磁磁导导率率特特性性之之上上。采采用用霍霍尔尔元元件件检检测测该该泄泄漏漏磁磁场场B的的信信号号变变化化，可可以以有有效效地地检检测测出出缺缺陷陷存存在在。钢钢丝丝绳绳作作为为起起重重、运运

11、输输、提提升升及及承承载载设设备备中中的的重重要要构构件件，被被应应用用于于矿矿山山、运运输输、建建筑筑、旅旅游游等等行行业业，但但由由于于使使用用环环境境恶恶劣劣，在在它它表表面面会会产产生生断断丝丝、磨磨损损等等各各种种缺缺陷陷，所所以以，及及时时对对钢钢丝丝绳绳探探伤伤检检测测显显得得尤尤为为重重要要。目目前前，国国内内外外公公认认的的最最可可靠靠、最最实实用用的的方方法法就就是是漏漏磁磁检检测测方方法法，根根据据这这一一检检测测方方法法设设计计的的断断丝丝探探伤伤检检测测装装置置，如如EMTC系系列列钢钢丝丝绳绳无无损损检检测测仪仪，其其金金属属截截面面积积测测量量精精度度为为0.2，

12、一一个个捻捻距距内内断断丝丝有有一一根根误误判判时时准准确确率率90，性能良好，在生产中有着广泛的用途。，性能良好，在生产中有着广泛的用途。4、现代汽车工业上应用、现代汽车工业上应用汽汽车车上上广广泛泛应应用用的的霍霍尔尔器器件件就就包包括括：信信号号传传感感器器、ABS系系统统中中的的速速度度传传感感器器、汽汽车车速速度度表表和和里里程程表表、液液体体物物理理量量检检测测器器、各各种种用用电电负负载载的的电电流流检检测测及及工工作作状状态态诊诊断、断、发动机发动机转速及曲轴角度转速及曲轴角度传感器传感器、各种开关各种开关等。等。例例如如用用在在汽汽车车开开关关电电路路上上的的功功率率霍霍尔尔

13、电电路路，具具有有抑抑制制电电磁磁干干扰扰的的作作用用。因因为为汽汽车车的的自自动动化化程程度度越越高高，微微电电子子电电路路越越多多，就就越越怕怕电电磁磁干干扰扰。而而汽汽车车上上有有许许多多灯灯具具和和电电器器件件在在开开关关时时会会产产生生浪浪涌涌电电流流，使使机机械械式式开开关关触触点点产产生生电电弧弧，产产生生较较大大的的电电磁磁干干扰扰信信号号。采采用用功功率率霍霍尔尔开开关关电路就可以减小这些现象。电路就可以减小这些现象。中中国国科科学学家家发发现现的的量量子子反反常常霍霍尔尔效效应应也也具具有有极极高高的的应应用用前前景景。量量子子霍霍尔尔效效应应的的产产生生需需要要用用到到非

14、非常常强强的的磁磁场场。而而反反常常霍霍尔尔效效应应与与普普通通的的霍霍尔尔效效应应在在本本质质上上完完全全不不同同，反反常常霍霍尔尔电电导导是是由由于于材材料料本本身身的的自自发发磁磁化化而而产产生生的的。实实现现了了零零磁磁场场中中的的量量子子霍霍尔尔效效应应，就就有有可可能能利利用用其其无无耗耗散散的的边边缘缘态态发发展展新新一一代代的的低低能能耗耗晶晶体体管管和和电电子子学学器器件件，从从而而解解决决电电脑脑发发热热问问题题和和摩摩尔尔定定律律的的瓶瓶颈颈问问题题。这这些些效效应应可可能能在在未未来来电电子子器器件件中中发发挥挥特特殊殊作作用用：无无需需高高强强磁磁场场，就就可可以以制

15、制备备低低能能耗耗的的高高速速电电子子器器件件，例例如如极极低低能能耗耗的的芯芯片片，进进而而可可能能促促成成高高容容错错的的全全拓拓扑扑量量子子计计算算机机的的诞诞生生这这意意味味着着个个人人电电脑脑未未来来可可能能得得以以更更新换代。新换代。实验目的：实验目的：1、验验证证霍霍尔尔传传感感器器输输出出电电势势差差与与螺螺线线管管内内的的磁磁感感应应强强度度成成正比。正比。2、测量集成线性霍尔传感器的灵敏度。、测量集成线性霍尔传感器的灵敏度。3、测测量量螺螺线线管管内内磁磁感感应应强强度度与与位位置置之之间间的的关关系系，求求得得螺螺线线管均匀磁场范围及边缘的磁感应强度。管均匀磁场范围及边缘

16、的磁感应强度。4、学习补偿原理在磁场测量中的应用。、学习补偿原理在磁场测量中的应用。实验原理实验原理u现象现象 霍尔效应霍尔效应 在长方形导体薄板上通在长方形导体薄板上通以电流，沿电流的垂直方向以电流，沿电流的垂直方向施加磁场，就会在与电流和施加磁场，就会在与电流和磁场两者垂直的方向上产生磁场两者垂直的方向上产生电势差，这种现象称为霍尔电势差，这种现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为效应，所产生的电势差称为霍尔电压。霍尔电压。若用一块如图所示的N型半导体试样（导电的载流子是电子）设试样的长度为 L、宽度为 b，厚度为 d，若在 x 方向通过电流 IS，电子电荷以速度 V 向左运动。若电子的电荷

17、量为 e，自由电子浓度为 n，则 若在 Z 轴方向加上恒定的磁场 B ，电子电荷在沿 X 轴负方向运动时将受到洛伦兹力的作用，洛伦兹力用 fB 表示：（1）（2）+u理论分析理论分析 由于洛伦兹力的作用，使得电子将沿 的方向向下侧偏移（即 轴的负方向），这样就引起了 侧电子的积累，侧正电荷的积累，从而使两侧出现电势差，且 点高于 点，所以在试样中形成了横向电场 ，这一电场就称为霍尔电场。该电场又对电子具有反方向的静电力。（3）（此力方向向上）电子受到电场力 和磁场力 的作用，一方面使电子向下偏移，另一方面电子又受到向上的阻碍电子向下偏移的力。由于这两个力的作用所以电子在半导体试样侧面的积累不会

18、无限止地进行下去：在开始阶段，电场力比磁场力小，电荷继续向侧面积累，随着积累电荷的增加，电场力不断增加，直到电子所受的电场力和磁场力相等，即 时，电子不再横向漂移，结果在 、两面形成恒定的电势差 叫霍尔电势差。即 （4）（5）（6）（7）由固体物理理论可以证明金属的霍尔系数为式中 为载流子浓度，为载流子所带的电量。是一常量，仅与导体材料有关，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数 由（6）（7）式得由此可以定义霍尔元件的灵敏度（8）（9）（10）可见，只要测出霍尔电势差 和工作电流 ，就可以求出磁感应强度 。当给定 ，改变 时可得到 ，呈线性关系，直线斜率就是 。由公式（9）可求得 由 可以确定以

19、下参数：导电类型 如图：由于运动电荷受到洛伦兹力的作用，使其S侧积累负电荷，P侧积累正电荷，因此电势差是P点高于S点，则 为N型半导体。+p型半导体导电载流子为空穴，空穴相当于带正电的粒子，带正电粒子其运动方向和电流运动方向相同，如图所示：带正电的粒子在洛伦兹力作用下，其正电荷向下偏移，上侧积累了负电荷，形成下高上低的电势差。这时，则 ，所以是p型半导体。+求载流子浓度 （11）这个关系式是假定所有的载流子都具有相同的漂移速度得到的，但是严格说来，考虑载流子的速度统计分布，霍尔系数表达式中应当乘以一个修正因子 3/8：（12）由以上讨论可知，霍尔电压 与载流子浓度 成反比，即导电材料的载流子浓

20、度 越大，霍尔系数 就越小，霍尔电势差 就越小，一般金属中的载流子是自由电子，其浓度很大(大约 )，所以金属材料的霍尔系数很小，霍尔效应不显著。半导体材料的载流子浓度要比金属小得多，能够产生较大的霍尔电势差，所以霍尔片要用半导体材料做成，而不用金属材料做霍尔片。另外载流子浓度的大小受温度的影响较大，所以要注意消除温度的影响。还有，霍尔电压 与通过霍尔片的工作电流和电荷所受的磁场 的乘积成正比，与霍尔片厚度 成反比，霍尔片厚度 越小，霍尔电动势就越大，所以制作霍尔片时往往采用减小 的办法来增加霍尔电动势，从而提高灵敏度。埃廷斯豪森效应埃廷斯豪森效应ExzP型半导体+_温度低温度高Jx zN型半导

21、体EyJx_+温度低温度高 zEy 霍尔效应中的负效应霍尔效应中的负效应E方向与I和方向有关。由于材材料料中中载载流流子子的的速速度度不不同同，在磁场的作用下，载流子的偏转半径不同，从而在y轴方向产生温度梯度，由此温度梯度形成的温差电动势为埃廷斯豪森电压。能斯特效应能斯特效应沿x方向通以电流，两端电极与样品的接触电阻不同而产生不同的焦耳热，致使x x方方向向产产生生温温度度梯梯度度，这一温度梯度引起一附加的纵向热扩散电流，在磁场的作用下，从而在y轴方向产生横向电位差，为能斯特电压。N xzN方向只与方向有关。霍尔效应中的负效应霍尔效应中的负效应里吉里吉-勒迪克效应勒迪克效应纵纵向向热热扩扩散散

22、电电流流，在在磁磁场场的的作作用用下下，从从而而在在y y轴轴方方向向产产生生横横向向温温差差，这这一一横横向向温温差差又又引引起起横横向向电电位位差差，为为里里吉吉-勒勒迪迪克电压。克电压。RLxzRLRL的方向只与的方向有关。的方向只与的方向有关。霍尔效应中的负效应霍尔效应中的负效应不等位效应不等位效应0 xR0制备霍尔样品时制备霍尔样品时,y y方向的测量电极很难方向的测量电极很难做到处于理想的等位面上，即使在未加磁做到处于理想的等位面上，即使在未加磁场时，在、两电极间也存在一个由于场时，在、两电极间也存在一个由于不等位电势引起的欧姆压降不等位电势引起的欧姆压降0 0U U0 0的方向只

23、与的方向只与I Ix x的方向有关。的方向有关。霍尔效应中的负效应霍尔效应中的负效应 霍尔效应中负效应的消除霍尔效应中负效应的消除u埃廷斯豪森效应埃廷斯豪森效应 E E 方向与方向与I I和方向有关。和方向有关。u能斯特效应能斯特效应 N N方向只与方向有关。方向只与方向有关。u里吉里吉-勒迪克效应勒迪克效应 RLRL的方向只与的方向有关的方向只与的方向有关u不等位效应不等位效应 U U0 0的方向只与的方向只与I I的方向有关。的方向有关。负效应的消除：改变负效应的消除：改变I和和B的方向，即对称测量法。的方向，即对称测量法。+B,+I,测得电压测得电压U1=UH+UE+UN+URL+U0+

24、B,-I,测得电压测得电压U2=-UH-UE+UN+URL-U0-B,-I,测得电压测得电压U3=UH+UE-UN-URL-U0-B,+I,测得电压测得电压U4=-UH-UE-UN-URL+U0UH=（U1-U2+U3-U4)/4-UE 忽略忽略UE 则则UH=（|U1|+|U2|+|U3|+|U4|)/4本本实实验验采采用用FD-ICH-II新新型型教教学学仪仪器器该该仪仪器器采采用用先先进进的的集集成成线线性性霍霍尔尔元元件件测测量量通通电电螺螺线线管管内内0-67mT范范围围的的弱弱磁磁场场，解解决决了了一一般般霍霍尔尔元元件件存存在在的的灵灵敏敏度度低低，剩剩余余电电压压干干扰扰及及螺

25、螺线线管管升升温温引引起起输输出出不不稳稳定定等等不不足足，因因而而能能精精确确测测量量通通电电螺螺线线管管磁磁场场分分布布，了了解解和和掌掌握握集集成成线线性性霍霍尔尔元元件件测测量磁场的原理和方法以及学会测量霍尔元件灵敏度的方法。量磁场的原理和方法以及学会测量霍尔元件灵敏度的方法。本本霍霍尔尔传传感感器器内内含含激激光光修修正正隔隔膜膜电电阻阻，提提供供精精确确的的灵灵敏度和温度补偿，不必考虑剩余电压影响敏度和温度补偿，不必考虑剩余电压影响实验任务实验任务利用霍尔效应测量螺线管内轴线上磁感应强度的分布利用霍尔效应测量螺线管内轴线上磁感应强度的分布.完成这一实验任务，必须做以下工作：完成这一

26、实验任务，必须做以下工作：仪器调节仪器调节(将仪器调节到标准工作状态将仪器调节到标准工作状态).仪器标定仪器标定(确定霍尔电压与磁感应强度的关系确定霍尔电压与磁感应强度的关系).测量通电螺线管内轴线上磁感应强度的分布测量通电螺线管内轴线上磁感应强度的分布.关键提示关键提示本实验关键点如下：本实验关键点如下：1.1.接线接线2.2.调标准工作状态调标准工作状态3.3.定标：固定位置、改变励磁电流定标：固定位置、改变励磁电流4.4.测量：固定励磁电流、改变位置测量：固定励磁电流、改变位置请按以上关键点阅读以下材料。请按以上关键点阅读以下材料。实验装置实验装置FD-ICH-II型螺线管磁场测定仪型螺

27、线管磁场测定仪包括包括实验主机实验主机、集成霍耳传感器探测棒集成霍耳传感器探测棒、螺线管螺线管、双刀和单刀双刀和单刀换向开关换向开关、三芯电源线三芯电源线及及导线导线若干若干.实验装置实验装置电源组和数字电压表电源组和数字电压表实验装置实验装置集成霍耳传感器探测棒、螺线管集成霍耳传感器探测棒、螺线管实验装置实验装置双刀和单刀换向开关双刀和单刀换向开关实验装置实验装置本实验仪采用本实验仪采用SS95A型集成霍尔传感器，内部结构如图：型集成霍尔传感器，内部结构如图：u在在零磁场零磁场条件下，条件下，调节调节V+、V-所接的电所接的电源电压源电压，使输出电压，使输出电压为为2.500V时，传感器时，

28、传感器工作电流即为工作电流即为标准工标准工作电流作电流.V为霍尔传感器输出电压为霍尔传感器输出电压标准工作电流下磁场与霍尔元件标准工作电流下磁场与霍尔元件输出电压的关系为：输出电压的关系为：u测量时霍尔传感器测量时霍尔传感器必须必须处于处于标准工作电标准工作电流流下下.V+和和V-构成构成电电流输入端流输入端Vout和和V-构成构成电压输出端电压输出端V是用是用2.500V外接电压外接电压补偿后补偿后的的输出值输出值.实验步骤：仪器调节实验步骤：仪器调节一一一一.需连接以下电路需连接以下电路需连接以下电路需连接以下电路:连接给螺线管提供励磁电流的电路连接给螺线管提供励磁电流的电路.连接给霍尔元

29、件提供工作电流连接给霍尔元件提供工作电流(IS)的电路的电路.连接输出霍尔电压的电路连接输出霍尔电压的电路.连接外接补偿电压连接外接补偿电压(2.500V)的电路的电路.详见下页图示详见下页图示.实验步骤：仪器调节实验步骤：仪器调节为螺线管提供励磁电为螺线管提供励磁电流流(流过螺线管的电流流过螺线管的电流)，产生磁场，产生磁场.V V+和和和和V V-:给霍给霍给霍给霍尔元件提供工尔元件提供工尔元件提供工尔元件提供工作电流作电流作电流作电流V Voutout和和和和V V-:输输输输出霍尔电压出霍尔电压出霍尔电压出霍尔电压外接外接2.500V补偿电压补偿电压u注意：注意：V+、V-不能接反，否

30、则将损坏元件不能接反，否则将损坏元件.调节外接调节外接2.500V补偿电压补偿电压调节霍尔元调节霍尔元件工作电流件工作电流双刀换向开关双刀换向开关K2用于改变励磁用于改变励磁电流的方向电流的方向.显示励磁电流大小显示励磁电流大小调节励调节励磁电流磁电流集成霍尔元件集成霍尔元件霍尔元件位置读数霍尔元件位置读数显示霍尔显示霍尔元件输出元件输出电压电压.量程量程切换切换实验步骤：仪器调节实验步骤：仪器调节二二.将霍尔元件的工作电流调节为标准工作电流将霍尔元件的工作电流调节为标准工作电流将开关将开关K1指向位置指向位置1，调节，调节4.8V5.2V电源输出电压，使电源输出电压，使数字电压表显示的数字电

31、压表显示的“Vout”和和“V-”间的电压为间的电压为2.500V，此时集成霍尔元件达到标准化工作状态，即流过霍尔元件此时集成霍尔元件达到标准化工作状态，即流过霍尔元件的电流为标准工作电流。的电流为标准工作电流。断开开关断开开关K2，使集成霍耳传感器处于零磁场条件下，使集成霍耳传感器处于零磁场条件下.K2仍断开，保持仍断开，保持V+和和V-电压不变，把开关电压不变，把开关K1指向指向2，调节，调节2.4V2.6V的的外接补偿电压外接补偿电压，使数字电压表在，使数字电压表在mV档的示档的示值值为为0，即用一个，即用一个外接外接2.500V电位差对传感器输出的电位差对传感器输出的2.500V电位差

32、进行电位差进行补偿补偿，以便可直接读出，以便可直接读出V.三三.对传感器输出的对传感器输出的2.500V电位差进行补偿电位差进行补偿实验步骤：仪器调节实验步骤：仪器调节霍尔元件置于螺线管中央，改变励磁电流霍尔元件置于螺线管中央，改变励磁电流IM(0-500mA)，每隔，每隔50mA测一次，测量测一次，测量V-IM 关系关系(测测10组数据组数据).IM为螺线管通电电流为螺线管通电电流 用最小二乘法求出用最小二乘法求出V-IM，直线的斜率，直线的斜率 和相关系数和相关系数r。实验内容实验内容1：霍尔电势差与磁感应强度：霍尔电势差与磁感应强度B的关系的关系n方法：霍尔元件位置方法：霍尔元件位置固定

33、固定(置于螺线管的置于螺线管的中央中央)，改改变励磁电流变励磁电流.注意：两端的磁场变化快而中间变化慢，测量点在两注意：两端的磁场变化快而中间变化慢，测量点在两边应比中间取得密一些边应比中间取得密一些用测得的轴线上各点的磁感应强度，绘制螺线管轴线上用测得的轴线上各点的磁感应强度，绘制螺线管轴线上磁场的分布曲线磁场的分布曲线.励磁电流为励磁电流为0 0时，霍尔电压时，霍尔电压总为总为0 0吗？吗？IM=0=0时，由于地磁场的存在，时，由于地磁场的存在，VH不一定为不一定为0 0，怎样消除地磁场，怎样消除地磁场的影响？的影响？u每个点每个点IM正、反向各测一次，取二者绝对值的平均值正、反向各测一次

34、，取二者绝对值的平均值作为该点的数据，即可消除地磁场的影响作为该点的数据，即可消除地磁场的影响.实验内容实验内容2：螺线管轴线磁场分布的测量：螺线管轴线磁场分布的测量n方法：保持励磁电流不变方法：保持励磁电流不变(250mA)，改变霍尔元件位置改变霍尔元件位置(030.0cm)，测量螺线管轴线上各点的霍尔电压。，测量螺线管轴线上各点的霍尔电压。实验数据表格实验数据表格灵敏度的测定灵敏度的测定 I Imm/mA/mAU U/mV/mV /mA /mA2 2U U2 2/mV/mV2 2/mA.mV/mA.mV表表1测量霍尔电压测量霍尔电压(已放大已放大)与励磁电流与励磁电流IM的关系的关系 (霍

35、尔传感器处于螺线管中央位置，即霍尔传感器处于螺线管中央位置，即X=17.0cm处处)次数次数实验数据表格实验数据表格通电通电螺线管内磁感应强度分布的测定螺线管内磁感应强度分布的测定 表表表表2 2：螺线管内磁感应强度：螺线管内磁感应强度：螺线管内磁感应强度：螺线管内磁感应强度B B与位置与位置与位置与位置X X的关系的关系的关系的关系 X/cmU1/mVU2/mVU/mVB/mT1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50 实验数据表格实验数据表格通电通电螺线管内磁感应强度分布的测定螺线管内磁感应强度

36、分布的测定(续表续表续表续表2)2)X/cmU1/mVU2/mVU/mVB/mT8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 实验数表格实验数表格通电通电螺线管内磁感应强度分布的测定螺线管内磁感应强度分布的测定(续表续表续表续表2)2)X/cmU1/mVU2/mVU/mVB/mT23.00 24.00 24.50 25.00 25.50 26.00 26.50 27.00 27.50 28.00 28.50 29.00 29.50 30.00 实验数据处理实验数据处

37、理1、用最小二乘法求、用最小二乘法求，相关系数，相关系数r验证霍尔电势差U与磁感应强度B的关系2、计算集成霍尔元件的灵敏度、计算集成霍尔元件的灵敏度K已知：螺线管N=3000匝，L=26.00cm,D=35.0mm(螺线管的平均直径)，真空磁导率 实验数据处理实验数据处理3、确定磁场均匀区和螺线管长度、确定磁场均匀区和螺线管长度螺线管中心磁感应强度值理论：螺线管中心磁感应强度值理论：可计算出从而定出螺线管的均匀区。实验数据处理实验数据处理实验完毕后，拆除接线前应先将螺线管工作电流调至零，再实验完毕后，拆除接线前应先将螺线管工作电流调至零，再关闭电源，以防止电感电流突变引起高电压关闭电源，以防止电感电流突变引起高电压.实验完毕后，请逆时针旋转仪器上的三个调节旋钮，使其恢实验完毕后，请逆时针旋转仪器上的三个调节旋钮，使其恢复到起始位置复到起始位置(最小的位置最小的位置).注意事项注意事项仪器应预热仪器应预热10分钟后测量数据分钟后测量数据.感谢您的阅读！为了便于学习和使用，本文档下载后内容可随意修改调整及打印，欢迎下载！