磁阻效應(yīng)大物實(shí)驗(yàn)

關(guān)于磁阻效應(yīng)大物實(shí)驗(yàn)第1頁，共16頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)17分，星期五一、實(shí)驗(yàn)背景

導(dǎo)電材料的電阻值R隨磁感應(yīng)強(qiáng)度B變化這樣一個規(guī)律，稱為磁阻效應(yīng)。利用磁阻效應(yīng)制成的器件叫做磁阻器件。磁阻器件有很多的優(yōu)點(diǎn)：體積小、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)等等。在導(dǎo)航、電流檢測、磁性編碼等方面有著十分廣泛的應(yīng)用。

銻化銦（InSb）傳感器是一種價(jià)格比較低，但靈敏度比較高的磁阻器件，有著十分重要的應(yīng)用價(jià)值。第2頁，共16頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)17分，星期五二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

研究銻化銦傳感器的電阻與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系。第3頁，共16頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)17分，星期五三、實(shí)驗(yàn)原理

如圖：一半導(dǎo)體薄片放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，（B的方向沿Z軸方向）在薄片的y軸方向通正向電流I，半導(dǎo)體的載流子將受洛侖茲力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在x方向積聚電荷產(chǎn)生霍爾電場。根據(jù)霍爾效應(yīng)，當(dāng)霍爾電場作用和載流子的洛侖茲力作用剛好抵消qE=qvB，也就達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)滿足：E=vB，E－霍耳電場，v－載流子的速度，B－磁感強(qiáng)度。載流子的速度并不都一樣，而是滿足一定的統(tǒng)計(jì)分布，這里的v僅僅是一個最可幾的速率。那么小于或大于該速度的載流子將向D或Dˊ偏轉(zhuǎn)，這種偏轉(zhuǎn)就會使得沿外加電場方向（y方向）運(yùn)動的載流子數(shù)量減少，從而電阻增大，這種現(xiàn)象稱為磁阻。xyzBv+++

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IVD′DqvBqE第4頁，共16頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)17分，星期五

磁阻效應(yīng)通常用電阻率的相對變化量Δρ/ρ（0）或電阻的相對變化量ΔR/R（0）來表示其大小。通過實(shí)驗(yàn)可以證明，在一般情況下當(dāng)金屬或半導(dǎo)體處于較弱磁場中時(shí)，磁電阻的ΔR/R（0）正比于B的二次方，而在強(qiáng)磁場中ΔR/R（0）與B呈線性函數(shù)關(guān)系。

如果磁阻傳感器處于角頻率為ω的弱正弦交流磁場中，由于磁電阻的相對變化量ΔR/R（0）正比于B2，那么磁阻傳感器R將隨角頻率2ω作周期性變化。這就是弱正弦交流磁場中磁阻傳感器所具有的交流電倍頻性能。第5頁，共16頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)17分，星期五測量磁電阻的原理示意圖在恒流（Is=1mA）的情況下，改變磁場測電壓，求電阻。第6頁，共16頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)17分，星期五四、實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)采用DH4510磁阻效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀第7頁，共16頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)17分，星期五第8頁，共16頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)17分，星期五第9頁，共16頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)17分，星期五五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、在銻化銦磁阻傳感器工作電流保持不變的條件下，測量銻化銦磁阻傳感器的電阻與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系。作ΔR/R(0)～B和ΔR/R(0)～B2的關(guān)系曲線，并進(jìn)行曲線擬合。找出B<0.06T和B>0.12T兩個區(qū)間ΔR/R（0）與B的函數(shù)關(guān)系。（實(shí)驗(yàn)時(shí)注意GaAs和InSb傳感器工作電流應(yīng)調(diào)至1mA）。2、用磁阻傳感器測量一個未知的磁場強(qiáng)度，與毫特計(jì)測得的磁場強(qiáng)度相比較，估算測量誤差。第10頁，共16頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)17分，星期五六、實(shí)驗(yàn)步驟

儀器開機(jī)前須將IM調(diào)節(jié)電位器、Is電流調(diào)節(jié)電位器逆時(shí)針方向旋到底。1、信號源的“IM直流源”端用導(dǎo)線接至測試架的“勵磁電流”輸入端，紅導(dǎo)線與紅接線柱相連，黑導(dǎo)線與黑接線柱相連，如圖4所示。調(diào)節(jié)“IM電流調(diào)節(jié)”電位器可改變輸入勵磁線圈電流的大小，從而改變電磁鐵間隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。2、將實(shí)驗(yàn)儀信號源背部的二芯話筒通過專用的二芯話筒線接至測試架的工作電壓輸入端，這是一路提供繼電器工作的12V直流控制電源，作為繼電器的控制電壓。紅的香蕉插接紅接線柱，黑的香蕉插接黑接線柱。3、信號源上“Is直流恒流源”輸出用導(dǎo)線接至工作電流切換繼電器K1接線柱的中間兩端，紅導(dǎo)線與紅接線柱相連，黑導(dǎo)線與黑接線柱相連。如圖4所示。4、信號源的“信號輸入”兩端用導(dǎo)線接至輸出信號切換繼電器K2接線柱的中間兩端，紅導(dǎo)線與紅接線柱相連，黑導(dǎo)線與黑接線柱相連。如圖4所示。

第11頁，共16頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)17分，星期五5、將繼電器K1接線柱的下面兩端與繼電器K2接線柱的下面兩端相連，紅導(dǎo)線與紅接線柱相連，黑導(dǎo)線與黑接線柱相連。如圖4所示。6、將銻化銦（InSb）磁阻傳感器（藍(lán)、綠引出線）的兩端與工作電流切換繼電器K1接線柱的下面兩端相連，紅的香蕉插接紅接線柱，黑的香蕉插接黑接線柱。即藍(lán)引出線接至紅接線柱，綠引出線接至黑接線柱。如圖4所示。7、砷化鎵（GaAs）霍爾傳感器的的四引出線按線的長短已分成兩組，紅、棕為一組（為工作電流輸入端），黃、橙為一組（為霍爾電壓輸出端），紅、棕這一組線接至工作電流切換繼電器K1接線柱的上面兩端，黃、橙這一組線接至輸出信號切換繼電器K2接線柱的上面兩端。紅的香蕉插接紅接線柱，黑的香蕉插接黑接線柱，如圖4所示。8、確認(rèn)接線正確完成后，打開交流電源，將信號源及測試架的切換開關(guān)都處于按上狀態(tài)，這時(shí)將測試架上取出的霍爾電壓信號輸入到信號源，經(jīng)內(nèi)部處理轉(zhuǎn)換成磁場強(qiáng)度由表頭顯示。第12頁，共16頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)17分，星期五9、調(diào)節(jié)Is調(diào)節(jié)電位器讓Is表頭顯示為1.00mA，然后調(diào)節(jié)IM=0mA，記下零點(diǎn)誤差B0=？mT。10、調(diào)節(jié)IM使磁場強(qiáng)度顯示為B'=（10+B0）mT，（20+B0）mT......按下信號源及測試架上的切換開關(guān)，測量并記錄該磁場強(qiáng)度下對應(yīng)的磁阻電壓。注意：這時(shí)的Is表頭顯示應(yīng)為1.00mA。參考表1?！綛'在100mT以內(nèi)每增加10mT測一組數(shù)據(jù)，大于100mT后每增加50mT測一組，直到500mT附近為止】。11、根據(jù)表一所記錄的數(shù)據(jù)在整個區(qū)間作出ΔR/R(0)～B曲線并在B<0.06T區(qū)間作ΔR/R(0)～B2曲線，并在B<0.06T和B>0.12T兩個區(qū)間分別給出：

ΔR/R（0）=f（B）。13、調(diào)節(jié)IM=0.300A,Is=1.00mA電流，使電磁鐵產(chǎn)生一個未知的磁場強(qiáng)度。測量磁阻傳感器的磁阻電壓，求R（B）后得ΔR/R（0）=[R（B）－R（0）]/R（0）并從ΔR/R(0)～B曲線上求得磁場強(qiáng)度B.14、用儀器所配的毫特計(jì)測量該磁場強(qiáng)度，將測得的磁場強(qiáng)度作為準(zhǔn)確值與磁阻傳感器測得的磁場強(qiáng)度值與相比較，估算相對誤差E。第13頁，共16頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)17分，星期五表1電流Is=1mAB0=mT第14頁，共16頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)17分，星期五七、儀器使用注意事項(xiàng)

1、需將傳感器固定在磁鐵間隙中，不可將傳感器彎折。2、不要在實(shí)驗(yàn)儀附近放置具有磁性的物品。3、加電前必須保證測試儀的“Is調(diào)節(jié)”和“IM調(diào)節(jié)”旋鈕均置零