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。如今由清华大学薛其坤院士领衔，清华大学、中科院如今由清华大学薛其坤院士领衔，清华大学、中科院物理所和斯坦福大学
4、研究人员联合组成的团队历时物理所和斯坦福大学研究人员联合组成的团队历时4年在年在量子反常霍尔效应研究中取得重大突破，在美国物理学家量子反常霍尔效应研究中取得重大突破，在美国物理学家霍尔霍尔1880年发现反常霍尔效应年发现反常霍尔效应133年后，他们从实验中年后，他们从实验中首次观测到量子反常霍尔效应，这是中国科学家从实验中首次观测到量子反常霍尔效应，这是中国科学家从实验中独立观测到的一个重要物理现象，也是物理学领域基础研独立观测到的一个重要物理现象，也是物理学领域基础研究的一项重要科学发现。这一发现是相关领域的重大突破究的一项重要科学发现。这一发现是相关领域的重大突破，也是世界基础研究领域的一
5、项重要科学发现。这一发现，也是世界基础研究领域的一项重要科学发现。这一发现或将对信息技术进步产生重大影响。或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
6、实用价值不大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,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。
7、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。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
8、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 根据霍尔电压产生的公式，以及在外加磁场中测量的霍尔电压可根据霍尔电压产生的公式，以及在外加磁场中测量的霍尔电压可以判断传导载流子的极性与浓度，这种方式被广泛的利用于半导体中以判断传导载流子的极性与浓度，这种方式被广泛的利用于半导体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 在工业、国
9、防和科学研究中，例如在粒子回旋器、受控热核反在工业、国防和科学研究中，例如在粒子回旋器、受控热核反应、同位素分离、地球资源探测、地震预报和磁性材料研究等方面，应、同位素分离、地球资源探测、地震预报和磁性材料研究等方面，经常要对磁场进行测量，测量磁场的方法主要有核磁共振法、经常要对磁场进行测量，测量磁场的方法主要有核磁共振法、霍尔效霍尔效应法应法和感应法等。具体采用什么方法，要由被测磁场的类型和强弱来和感应法等。具体采用什么方法，要由被测磁场的类型和强弱来确定。霍尔效应法具有结构简单、探头体积小、测量快和直接连续读确定。霍尔效应法具有结构简单、探头体积小、测量快和直接连续读数等优点，特别适合于测
10、量只有几个毫米的磁极间的磁场，缺点是测数等优点，特别适合于测量只有几个毫米的磁极间的磁场，缺点是测量结果受温度的影响较大。量结果受温度的影响较大。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 霍尔效应无损探伤方法安全、可靠、实用，并能实现无速度影霍尔效应无损探伤方法安全、可靠、实用，并能实现无速度影响检测，因此，被应用在设备故障诊断、材料缺陷检测之中。其探伤响检测，因此，被应用在设备故障诊断、材料缺陷检测之中。其探伤原理是建立在铁磁性材料的高磁导率特性之上。采用原理是建立在铁磁性材料的高磁导率特性之上。采用霍尔元件霍尔元件检测该检测该泄漏磁场泄漏磁场B的信号变化，可以有效地检测出
11、缺陷存在。钢丝绳作为起的信号变化，可以有效地检测出缺陷存在。钢丝绳作为起重、运输、提升及承载设备中的重要构件，被应用于矿山、运输、建重、运输、提升及承载设备中的重要构件，被应用于矿山、运输、建筑、旅游等行业，但由于使用环境恶劣，在它表面会产生断丝、磨损筑、旅游等行业，但由于使用环境恶劣，在它表面会产生断丝、磨损等各种缺陷，所以，及时对钢丝绳探伤检测显得尤为重要。目前，国等各种缺陷，所以，及时对钢丝绳探伤检测显得尤为重要。目前，国内外公认的最可靠、最实用的方法就是漏磁检测方法，根据这一检测内外公认的最可靠、最实用的方法就是漏磁检测方法，根据这一检测方法设计的断丝探伤检测装置，如方法设计的断丝探伤
12、检测装置，如EMTC 系列钢丝绳无损检测仪，系列钢丝绳无损检测仪，其金属截面积测量精度为其金属截面积测量精度为 0.2，一个，一个捻距捻距内断丝有一根误判时准内断丝有一根误判时准确率确率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 汽车汽车上广泛应用的上广泛应用的霍尔器件霍尔器件就包括：信号传感器、就包括：信号传感器、ABS系统系统中的速度传感器、汽车速度表和里程表、液体中的速度传感器、汽车速度表和里程表、液体物理量检测器、各种用电负载的电流检测及工作状态诊物理量检测器、各种用电负载的电流检测及工作状态诊断、断、发动机发
13、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。例如例如用在汽车开关电路上的功率霍尔电路，具有用在汽车开关电路上的功率霍尔电路，具有抑制抑制电磁干扰电磁干扰的作用。因为汽车的的作用。因为汽车的自动化自动化程度越高，程度越高，微微电子电子电路越多，就越怕电路越多，就越怕电磁干扰电磁干扰。而汽车上有许多灯具。而汽车上有许多灯具和电器件在开关时会产生和电器件在开关时会产生浪涌电流浪涌电流，使机械式开关触点，使机械式开关触点产生电弧，产生较大的产生电弧，产生较大的电磁干扰电磁干扰信号。采用功率信号。采用功率霍尔开霍尔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。中国科学家
14、发现的量子反常霍尔效应也具有极高的应中国科学家发现的量子反常霍尔效应也具有极高的应用前景。量子霍尔效应的产生需要用到非常强的磁场用前景。量子霍尔效应的产生需要用到非常强的磁场。而反常霍尔效应与普通的霍尔效应在本质上完全不。而反常霍尔效应与普通的霍尔效应在本质上完全不同，反常霍尔电导是由于材料本身的自发磁化而产生同，反常霍尔电导是由于材料本身的自发磁化而产生的。实现了零磁场中的量子霍尔效应，就有可能利用的。实现了零磁场中的量子霍尔效应，就有可能利用其无耗散的边缘态发展新一代的低能耗晶体管和电子其无耗散的边缘态发展新一代的低能耗晶体管和电子学器件，从而解决电脑发热问题和学器件，从而解决电脑发热问题
15、和摩尔定律摩尔定律的瓶颈问的瓶颈问题。这些效应可能在未来电子器件中发挥特殊作用：题。这些效应可能在未来电子器件中发挥特殊作用：无需高强磁场，就可以制备低能耗的高速电子器件，无需高强磁场，就可以制备低能耗的高速电子器件，例如极低能耗的芯片，进而可能促成高容错的全拓扑例如极低能耗的芯片，进而可能促成高容错的全拓扑量子计算机的诞生量子计算机的诞生这意味着个人电脑未来可能得这意味着个人电脑未来可能得以更新换代。以更新换代。实验目的：实验目的：1、验证霍尔传感器输出电势差与螺线管内的磁感应强度成、验证霍尔传感器输出电势差与螺线管内的磁感应强度成正比。正比。2、测量集成线性霍尔传感器的灵敏度。、测量集成线
16、性霍尔传感器的灵敏度。3、测量螺线管内磁感应强度与位置之间的关系，求得螺线、测量螺线管内磁感应强度与位置之间的关系，求得螺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
17、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：SIenvbd（1）BBfev（2）efBfSISIvbdl+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
18、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）BfHEeHfeE 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。efBeffHUySPPSPSBfBeff即 （4）（5）（6）（7）HBEeveHEBv由固体物理理论可以证明金属的霍尔系数为SHPSHI B
19、UVVE bvBbned1HRneHR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 en1HHRKdnedHHSUK I BSHHI BURd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 HUSISIHUHSUIHK BHRBB由 可以确定以下参数：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。0H
20、U 0HR HRSISIvefBf 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：0HU 0HR 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。vSISIefBf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）1HnRe318.HRne 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度 越大，霍尔系数 就越小，霍尔电势差 就
21、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。nHUnHUHRHUBd22310cmdd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
22、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。由于材料中载流子的材料中载流子的速度不同速度不同，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方向产生温度梯度方向产生温度梯度，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。NxzN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向热扩散电流，在磁场
23、的作用下，从纵向热扩散电流，在磁场的作用下，从而在而在y y轴方向产生横向温差，这一横向轴方向产生横向温差，这一横向温差又引起横向电位差，为里吉温差又引起横向电位差，为里吉-勒迪勒迪克电压。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
24、方向只与的方向只与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+
25、U0+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 本实验采用本实验采用FD-ICH-II新型教学仪器该仪器采用先新型教学仪器该仪器采用先进的集成线性霍尔元件测量通电螺线管内进的集成线性霍尔元件测量通电螺线管内0-67mT范围的范围的弱磁场，解决了一般霍尔元件存在的灵敏度低，剩余电压弱磁场，解决了一般霍尔元件存在的灵敏度低，剩余电压干
26、扰及螺线管升温引起输出不稳定等不足，因而能精确测干扰及螺线管升温引起输出不稳定等不足，因而能精确测量通电螺线管磁场分布，了解和掌握集成线性霍尔元件测量通电螺线管磁场分布，了解和掌握集成线性霍尔元件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。本霍尔传感器内含激光修正隔膜电阻，提供精确的灵本霍尔传感器内含激光修正隔膜电阻，提供精确的灵敏度和温度补偿，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
27、下工作：完成这一实验任务，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
28、管磁场测定仪型螺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-所接的所接的电源电压电源电压，使输出电，使输出电压为压为2.500
29、V时，传感时，传感器工作电流即为器工作电流即为标准标准工作电流工作电流.SHSHIKVIKVB).(5002V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标准工作电流下磁场与霍尔元件输出电压的关系为：件输出电压的关系为：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输出值的输出值.实验步骤：仪器调节实验步骤：仪器调节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件提供工作电流连接
30、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(流过螺线管的电流过螺线管的电流流)，产生磁场，产生磁场.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用于改变励用于改变励磁电流的方向磁电流的方向.显示励磁电流大小显
31、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
32、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
33、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。K=MVI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
34、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，霍尔电时，霍尔电压总为压总为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，怎样消除地磁场的影响？场的影响？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，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：螺线管轴线磁场分布的测量量n 方法：保持励磁电流不变方法：保持
35、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 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)2mImIU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 X/cmU1/mVU2/mVU/mVB/mT1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 4.50 5.0
36、0 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50 UB=K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 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 X/cmU1/mVU2/mVU/mVB/mT23.00 24.00 24.50 25.00 25.50 26.00 26.50 27.00 2
37、7.50 28.00 28.50 29.00 29.50 30.00 实验数据处理实验数据处理1、用最小二乘法求、用最小二乘法求 ，相关系数，相关系数r22mmmmIUnI UkInI 2222111mmmmI UIUnrIIUUnn 验证霍尔电势差U与磁感应强度B的关系K2、计算集成霍尔元件的灵敏度、计算集成霍尔元件的灵敏度K022NB=IL+Dm中心220L+DK=KN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 -70=410/m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
38、：螺线管中心磁感应强度值理论：022NB=IL+Dm中心000B-B100%1%B可计算出0B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！
