實(shí)驗(yàn)04_霍爾效應(yīng)原理及應(yīng)用

1、霍霍 爾爾 效效 應(yīng)應(yīng)五邑大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心五邑大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心2010.3電磁場(chǎng)n電磁場(chǎng)無所不在n地球磁場(chǎng)、手機(jī)通信、電磁爐、發(fā)電機(jī)、指南針、硬盤、人體、恒星磁場(chǎng)測(cè)量n磁場(chǎng)看不見摸不著，如何測(cè)量磁場(chǎng)？n磁力法-被測(cè)磁場(chǎng)與磁化物體（或通電線圈）的機(jī)械力（力矩）n電磁感應(yīng)法-法拉第電磁感應(yīng)原理n磁飽和法-鐵磁材料磁調(diào)制n霍爾效應(yīng)法n磁阻效應(yīng)法n磁共振法n超導(dǎo)效應(yīng)法n磁光效應(yīng)法1879，24歲的霍爾（歲的霍爾（E.T.Hall,美美,1855-1938）發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)：霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)“電流通過金屬，電流通過金屬，在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生橫向電動(dòng)勢(shì)生橫向電動(dòng)勢(shì)” 霍爾效應(yīng)的應(yīng)用n測(cè)定半

2、導(dǎo)體材料電學(xué)參數(shù)，如載流子濃度測(cè)定半導(dǎo)體材料電學(xué)參數(shù)，如載流子濃度n非電量電測(cè)：微小位移、壓力、轉(zhuǎn)速等非電量電測(cè)：微小位移、壓力、轉(zhuǎn)速等n自動(dòng)控制自動(dòng)控制n信息處理信息處理n測(cè)量磁場(chǎng)、地磁測(cè)量磁場(chǎng)、地磁n電信號(hào)轉(zhuǎn)換及運(yùn)算電信號(hào)轉(zhuǎn)換及運(yùn)算n設(shè)計(jì)磁流體發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)磁流體發(fā)電機(jī)n測(cè)量電流強(qiáng)度測(cè)量電流強(qiáng)度n通有電流的導(dǎo)體或半導(dǎo)體薄片置于磁場(chǎng)中，由于受到洛侖茲力的作用，載流子將向薄片側(cè)邊積累，則在垂直于電流IH和磁場(chǎng)B的方向上出現(xiàn)一個(gè)電位差VH，這個(gè)現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，VH稱為霍爾電壓。 n ，式中RH叫霍爾系數(shù)。d為厚度。dBIRVHHH霍爾效應(yīng)的原理霍爾效應(yīng)的原理 霍爾效應(yīng)的原理霍爾效應(yīng)的原理 霍爾效應(yīng)

3、的原理霍爾效應(yīng)的原理 霍爾效應(yīng)的原理霍爾效應(yīng)的原理 霍爾效應(yīng)的原理霍爾效應(yīng)的原理 霍爾效應(yīng)的原理霍爾效應(yīng)的原理 （ a）（ b）VEHFEFgACACISEHFEFgACISVAC圖 1-1 霍 爾 效 應(yīng) 原 理 圖dBIRVHHH霍爾效應(yīng)建立時(shí)間很短（約霍爾效應(yīng)建立時(shí)間很短（約10-12-10-14s）測(cè)量磁場(chǎng)測(cè)量磁場(chǎng)HHHIKVB用霍爾效應(yīng)法測(cè)量長(zhǎng)直用霍爾效應(yīng)法測(cè)量長(zhǎng)直螺線管的磁場(chǎng)分布螺線管的磁場(chǎng)分布實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)?zāi)康模?.1.了解霍爾效應(yīng)的物理規(guī)律。了解霍爾效應(yīng)的物理規(guī)律。2.2.了解霍爾元件測(cè)量磁場(chǎng)的原理。了解霍爾元件測(cè)量磁場(chǎng)的原理。3.3.測(cè)量通電長(zhǎng)直螺線管軸線上的磁場(chǎng)測(cè)量通電長(zhǎng)直

4、螺線管軸線上的磁場(chǎng)分布。分布?；魻栃?yīng)實(shí)驗(yàn)儀霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀 長(zhǎng)直螺線管長(zhǎng)直螺線管末端帶有末端帶有霍爾傳感霍爾傳感器的滑桿器的滑桿 螺線管是由繞在圓柱面上的導(dǎo)線構(gòu)成的，對(duì)螺線管是由繞在圓柱面上的導(dǎo)線構(gòu)成的，對(duì)于密繞的螺線管，可以看成是一列有共同軸線的于密繞的螺線管，可以看成是一列有共同軸線的圓形線圈的并列組合，因此，一個(gè)圓形線圈的并列組合，因此，一個(gè)無限長(zhǎng)載流長(zhǎng)無限長(zhǎng)載流長(zhǎng)直螺線管直螺線管軸線上某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可以從對(duì)各軸線上某點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可以從對(duì)各圓形電流在軸線上該點(diǎn)所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行圓形電流在軸線上該點(diǎn)所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行積分求和得到積分求和得到：MNIB00長(zhǎng)直螺線管的磁場(chǎng)長(zhǎng)直

5、螺線管的磁場(chǎng) MpNIB0MNIBB02121中點(diǎn)端點(diǎn))cos(cos2120MPNIB長(zhǎng)直螺線管的磁場(chǎng)長(zhǎng)直螺線管的磁場(chǎng)12P點(diǎn)長(zhǎng)度L，直徑D021，時(shí)，DL消除副效應(yīng)消除副效應(yīng) 實(shí)際情況中，通有電流的霍爾元件在磁場(chǎng)中除霍爾效應(yīng)外，還存在著其他因素引起的幾種副效應(yīng)。 這些副效應(yīng)所產(chǎn)生的電壓總和有時(shí)甚至遠(yuǎn)大于霍爾電壓，形成測(cè)量中的系統(tǒng)誤差。 實(shí)驗(yàn)分析表明，這些副效應(yīng)有的與流過霍爾元件的工作電流方向有關(guān)，有的與加到霍爾片的磁場(chǎng)方向有關(guān)，在測(cè)量過程中只要按要求改變工作電流方向和磁場(chǎng)方向，就可以減少或消除這些副效應(yīng)的影響。消除副效應(yīng)的影響消除副效應(yīng)的影響 四種副效應(yīng)：有不等位效應(yīng)V0，愛廷豪森效應(yīng)VE

6、、能斯脫效應(yīng)VN、里紀(jì)勒杜克效應(yīng)VRL，這些都屬熱磁效應(yīng)。 為了消除上述四種副效應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)中改變勵(lì)磁電流IM和磁場(chǎng)的方向，即?。?B，+IM）、（+B，-IM）、（-B，-IM）、（-B，+IM）四種條件下進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得的4個(gè)電壓值分別為V1、 V2、V3、 V4，代入下式即可消除其影響：4|4321VVVVVH霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀 電壓表電流表X2X1210 .14XXX 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.1.測(cè)量霍爾器件輸出特性，即驗(yàn)證測(cè)量霍爾器件輸出特性，即驗(yàn)證V VH H=K=KH HI IS SB,B,注意霍爾器件位于螺線管中注意霍爾器件位于螺線管中央（央（X=0.0cmX=0.0cm），見表），見表1 1、表、表2 22.2.測(cè)定螺線管內(nèi)軸線上磁場(chǎng)分布情況，測(cè)定螺線管內(nèi)軸線上磁場(chǎng)分布情況，作圖，并分析螺線管中點(diǎn)處磁場(chǎng)的實(shí)作圖，并分析螺線管中點(diǎn)處磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)值與理論值的相對(duì)誤差。（表驗(yàn)值與理論值的相對(duì)誤差。（表3 3）注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)1 1霍爾片又薄又脆，切勿用手摸?；魻柶直∮执?，切勿用手摸。2 2霍爾片允許通過電流很小，切勿與勵(lì)霍爾片允許通過電流很小，切勿與勵(lì)磁電流接錯(cuò)！磁電流接錯(cuò)！3 3電磁鐵通電時(shí)間不要過長(zhǎng)，以防電磁電磁鐵通電時(shí)間不要過長(zhǎng)，以防電磁鐵線圈過熱影響測(cè)量結(jié)果