霍爾效應(yīng)測量螺線管磁場備課講稿

霍爾效應(yīng)法測量(cèliáng)螺線管磁場第一頁，共14頁。1、了解集成霍爾傳感器的測量磁感應(yīng)強(qiáng)度的原理和方法。2、學(xué)習(xí)用螺線管中心點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度理論(lǐlùn)計(jì)算值來校準(zhǔn)集成霍爾傳感器的靈敏度。3、測量螺線管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度與位置刻度之間的關(guān)系【實(shí)驗(yàn)(shíyàn)目的】第二頁，共14頁?，F(xiàn)象(xiànxiàng)——霍爾效應(yīng)載流半導(dǎo)體薄片置于方向垂直于電流(diànliú)的磁場中時(shí)，在垂直于電流(diànliú)和磁場的方向上產(chǎn)生電勢差——霍爾電壓UH.理論(lǐlùn)分析磁場中運(yùn)動(dòng)載流子受洛倫茲力作用電荷聚集形成電場電場力與洛倫茲力達(dá)到平衡，形成穩(wěn)定電壓UHmA-BmV【實(shí)驗(yàn)原理】第三頁，共14頁。又考慮(kǎolǜ)到(n為載流子濃度)即：KH=1/(ned)稱為(chēnɡwéi)霍爾元件的靈敏度.IS為流過霍爾元件的電流(diànliú)，即其工作電流(diànliú).【實(shí)驗(yàn)原理】第四頁，共14頁。令UH＝KB則當(dāng)系數(shù)K能通過某種方法(fāngfǎ)測得時(shí)，只要再測得空間各點(diǎn)的UH，則磁場B的分布可求。以有限(yǒuxiàn)長螺線管為例，通以電流I時(shí)，管中部的磁場：將霍爾傳感器探頭放在該處，則當(dāng)調(diào)節(jié)(tiáojié)電流變化ΔI時(shí)，相應(yīng)的磁場變化第五頁，共14頁。從而(cóngér)，系數(shù)K（霍爾傳感器靈敏度）可求得：K值確定后，只需移動(dòng)霍爾探頭測得螺線管內(nèi)軸線上各點(diǎn)的霍爾電壓UH，即可由UH＝KB求得管內(nèi)軸線上各點(diǎn)的磁場(cíchǎng)B的分布。螺線管參數(shù)L、D、N及常數(shù)μ0已知，測得電流(diànliú)變化ΔI時(shí)，相應(yīng)的電壓變化ΔU的一組值后，得到ΔU/ΔI,代入上式即可求得K第六頁，共14頁。當(dāng)B=0時(shí)，UH≠0實(shí)際上由于半導(dǎo)體材料結(jié)晶(jiéjīng)不均勻，各種副效應(yīng)及各電極不對稱等引起的電勢差，該電動(dòng)勢U0稱為剩余電壓。實(shí)驗(yàn)中在零磁場時(shí)，采用電壓補(bǔ)償法消除剩余電壓U0。第七頁，共14頁。【實(shí)驗(yàn)(shíyàn)儀器】為螺線管提供勵(lì)磁電流，產(chǎn)生(chǎnshēng)磁場.V+和V-:給霍爾元件(yuánjiàn)提供工作電流Vout和V-

:輸出霍爾電壓第八頁，共14頁。接線(jiēxiàn)時(shí)，注意大小頭。小頭接閘刀開關(guān)?！緦?shí)驗(yàn)(shíyàn)步驟】第九頁，共14頁?！緦?shí)驗(yàn)(shíyàn)步驟】一、測定(cèdìng)霍爾傳感器靈敏度K：1、接線。將霍爾傳感器探頭(tàntóu)放在螺線管中部；第十頁，共14頁。讓霍爾傳感器處于標(biāo)準(zhǔn)化工作狀態(tài)：打開雙刀開關(guān)K2,螺線管不通電，無磁場。單刀(dāndāo)開關(guān)K1打到位置1,調(diào)節(jié)“4.8～5.2V”電源輸出電壓，使數(shù)字電壓表讀數(shù)為2.500V。（此時(shí)電壓表量程開關(guān)撥在V檔）合上K2,調(diào)節(jié)電流輸出旋鈕，調(diào)節(jié)勵(lì)磁(lìcí)電流大?。?20mA和420mA）,讀取傳感器的輸出電壓UH，計(jì)算ΔU/ΔI；代入公式求得霍爾傳感器靈敏度K。2、3、第十一頁，共14頁。二、測定(cèdìng)通電螺線管B～X關(guān)系：先用補(bǔ)償法消除(xiāochú)剩余電壓。斷開K2,使I＝0。K1置于2,調(diào)節(jié)“2.4～2.6V”電源輸出電壓，使數(shù)字電壓表讀數(shù)為0mV。（此時(shí)電壓表量程開關(guān)撥在mV檔）1、第十二頁，共14頁。2、合上K2,螺線管通以250mA電流，測出電流正向時(shí)不同位置X處的UH值和電流反向(fǎnxiànɡ)時(shí)不同位置X處的UH值從而求得該處UH的平均值，從而得到該處的B＝UH/K。27第十三頁，共14頁。1）集成霍耳傳感器的V+和V-極性不能接反，否則將損壞傳感器；2）先按圖接線，然后再開啟電源；3）儀器應(yīng)預(yù)熱5分鐘后開始測量數(shù)據(jù)；4）實(shí)驗(yàn)完畢后，應(yīng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)電源上的三個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕，使其恢復(fù)到起始位置(最小的位置).然后關(guān)閉電源，再拆除接