磁阻效应大物实验 (2)优秀PPT.ppt

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1、磁阻效应大物实验现在学习的是第1页，共16页一、实验背景一、实验背景 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变变化化这这样样一一个个规规律律，称称为为磁磁阻阻效应。利用磁阻效应制成的器件叫做磁阻器件。效应。利用磁阻效应制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、抗抗干干扰扰能能力力强强等等等。在导航、电流检测、磁性编码等方面有着十分广泛的应用。等。在导航、电流检测、磁性编码等方面有着十分广泛的应用。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阻器件，）传感器是一种价格比较低，但灵敏度比较

2、高的磁阻器件，有着十分重要的应用价值。有着十分重要的应用价值。现在学习的是第2页，共16页二、实验目的二、实验目的 研究锑化铟传感器的电阻与磁研究锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系。感应强度的关系。现在学习的是第3页，共16页三、实验原理三、实验原理 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方向积聚电荷产生霍尔电场。方向积聚电荷产生霍尔电场。根根据据霍霍尔尔效效应应，当当

3、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载载流流子子的的速速度，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，而而是是满满足足一一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场方向（电场方向（y方向）运动的载流子数量减少，从而电阻增大，这种现象称为磁阻。方向

4、）运动的载流子数量减少，从而电阻增大，这种现象称为磁阻。xyzBv+IVDDqvBqE现在学习的是第4页，共16页 磁阻效应通常用磁阻效应通常用电阻率的相对变化量电阻率的相对变化量/（0）或或电阻的相对变化量电阻的相对变化量R/R（0）来表示其大小。来表示其大小。通过实验可以证明，在一般情况下当金属或半导体处于通过实验可以证明，在一般情况下当金属或半导体处于较弱磁较弱磁较弱磁较弱磁场场场场中时，磁电阻的中时，磁电阻的R/R（0）正比于正比于B的的二次方二次方二次方二次方，而在，而在强磁场强磁场强磁场强磁场中中R/R（0）与与B呈呈线性函数线性函数线性函数线性函数关系。关系。如果磁阻传感器处于角

5、频率为如果磁阻传感器处于角频率为的的弱弱正弦交流磁场中，由于正弦交流磁场中，由于 磁电阻的相磁电阻的相对变化量对变化量R/R（0）正比于正比于B2，那么磁阻传感器，那么磁阻传感器R将随角频率将随角频率2作周期性作周期性变化。这就是弱正弦交流磁场中磁阻传感器所具有的变化。这就是弱正弦交流磁场中磁阻传感器所具有的交流电倍频性能交流电倍频性能。现在学习的是第5页，共16页测量磁电阻的原理示意图 在恒流（在恒流（Is=1mA）的情况下，改变磁场测电压，求电阻。）的情况下，改变磁场测电压，求电阻。现在学习的是第6页，共16页四、实验仪器四、实验仪器实验采用DH4510磁阻效应实验仪现在学习的是第7页，共

6、16页现在学习的是第8页，共16页现在学习的是第9页，共16页五、实验内容五、实验内容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器感器的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。合。找出找出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。（实验时实验时注注意意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

7、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较，估算，估算测测量量误误差。差。现在学习的是第10页，共16页六、实验步骤六、实验步骤 仪仪器开机前器开机前须须将将IM调节电调节电位器、位器、Is电电流流调节电调节电位器逆位器逆时针时针方向旋到底。方向旋到底。1、信号源的、信号源的“IM直流源直流源”端用端用导线导线接至接至测试测试架的架的“励磁励磁电电流流”输输入端，入端，红导线红导线与与红红接接线线柱相柱相连连，黑，黑导线导线与黑与黑接接线线柱相柱相连连，如，如图图4所示。所示。调节调节“IM电电流流调节调节”电电位器可改位器可改变输变输入励磁入励磁线线圈圈电电流

8、的大小，从而改流的大小，从而改变变电电磁磁铁间铁间隙中磁感隙中磁感应应强强度的大小。度的大小。2、将、将实验仪实验仪信号源背部的二芯信号源背部的二芯话话筒通筒通过专过专用的二芯用的二芯话话筒筒线线接至接至测试测试架的工作架的工作电压输电压输入端，入端，这这是一路提供是一路提供继继电电器工作的器工作的12V直流控制直流控制电电源，作源，作为继电为继电器的控制器的控制电压电压。红红的香蕉插接的香蕉插接红红接接线线柱，黑的香柱，黑的香蕉插接黑接蕉插接黑接线线柱。柱。3、信号源上、信号源上“Is直流恒流源直流恒流源”输输出用出用导线导线接至工作接至工作电电流切流切换继电换继电器器K1接接线线柱的中柱的

9、中间间两端，两端，红导线红导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。4、信号源的、信号源的“信号信号输输入入”两端用两端用导线导线接至接至输输出信号切出信号切换继电换继电器器K2接接线线柱的中柱的中间间两端，两端，红导线红导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。现在学习的是第11页，共16页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，红导线红导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

10、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）的两端与工作）的两端与工作电电流切流切换继电换继电器器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，黑的香蕉插接黑接柱，黑的香蕉插接黑接线线柱。柱。即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（为为工工作作电电流流输输入

11、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切换继换继电电器器K1接接线线柱的上面两端，黄、橙柱的上面两端，黄、橙这这一一组线组线接至接至输输出信号切出信号切换继电换继电器器K2接接线线柱的柱的上面两端。上面两端。红红的香蕉插接的香蕉插接红红接接线线柱，黑的香蕉插接黑接柱，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，打开交流正确完成后，打开交流电电源，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于按上状按上状态态，这时这时将将测试测试架上取出的

12、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转换换成磁成磁场场强强度由表度由表头显头显示。示。现在学习的是第12页，共16页9、调节调节Is调节电调节电位器位器让让Is表表头显头显示示为为1.00mA，然后，然后调节调节IM=0mA，记记下零点下零点误误差差B0=？mT。10、调节调节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试测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。注意：。注意：这时这时的的Is表表头显头显示示应为应

13、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，直到，直到500mT附近附近为为止】。止】。11、根据表一所、根据表一所记录记录的数据在的数据在整个区整个区间间作出作出R/R(0)B曲曲线线并并在在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、调节调节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

14、器的磁阻电电压压，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、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准确准确值值与磁阻与磁阻传传感器感器测测得的得的磁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。现在学习的是第13页，共16页电磁铁电磁铁InSbBR/R（0）对应关系）对应关系IM/mAUR/mVB/mT（毫特计毫特计读数）读数）B=B-B0/mTR/R/R（0）B20346.1 1.11 0346.1017346.8

15、11.1110346.80.002033348.221.1120348.20.0061每增加每增加10mT测一组测一组151401.5101.1401.50.1601227454.4151.1454.40.3129每增加每增加50mT测一组测一组7251074.5501.11074.52.1046 表表 1 电电流流Is=1mA B0=mT现在学习的是第14页，共16页七、七、仪仪器使用注意事器使用注意事项项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，不可将隙中，不可将传传感器弯折。感器弯折。2、不要在、不要在实验仪实验仪附近放置具有磁性的物品。附近放置具有磁性的物品。3、加、加电

16、电前必前必须须保保证测试仪证测试仪的的“Is调节调节”和和“IM调节调节”旋旋钮钮均置零位均置零位（即逆（即逆时针时针旋到底）。旋到底）。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有极会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。器。如需插拔励磁如需插拔励磁电电流流连线连线，应应将励将励磁磁电电流流调调至最小，再关至最小，再关闭闭交流交流电电源，才可源，才可进进行插拔！行插拔！现在学习的是第15页，共16页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效何有磁阻效应应？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？这这两种特两种特性有什么性有什么应应用？用？八、实验思考题八、实验思考题现在学习的是第16页，共16页