磁阻效應(yīng)大物實驗

1、磁阻效應(yīng)一、實驗背景一、實驗背景 導(dǎo)電材料的電阻值導(dǎo)電材料的電阻值R隨磁感應(yīng)強度隨磁感應(yīng)強度B變化這樣一個規(guī)律，稱變化這樣一個規(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。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：體積小、靈敏度高、抗干擾能力磁阻器件有很多的優(yōu)點：體積小、靈敏度高、抗干擾能力強等等。在導(dǎo)航、電流檢測、磁性編碼等方面有著十分廣泛的強等等。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。應(yīng)用。 銻化銦（銻化銦（InSbInSb）傳感器是一種價格比較低，但靈敏度比較高的）傳感器是一種價格比較低，但靈敏度比較高的磁阻器件，有著十分重要的應(yīng)用價

2、值。磁阻器件，有著十分重要的應(yīng)用價值。二、實驗?zāi)康亩?、實驗?zāi)康?研究銻化銦傳感器的電阻與研究銻化銦傳感器的電阻與磁感應(yīng)強度的關(guān)系。磁感應(yīng)強度的關(guān)系。三、實驗原理三、實驗原理 如圖：一半導(dǎo)體薄片放在磁感應(yīng)強度為如圖：一半導(dǎo)體薄片放在磁感應(yīng)強度為B的磁場中，（的磁場中，（B的方向沿的方向沿Z軸方向）在薄片的軸方向）在薄片的y軸方向通正向電流軸方向通正向電流I，半導(dǎo)體的載流子將受洛侖茲力，半導(dǎo)體的載流子將受洛侖茲力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在x方向積聚電荷產(chǎn)生霍爾電場。方向積聚電荷產(chǎn)生霍爾電場。 根據(jù)霍爾效應(yīng)，當霍爾電場作用和載流子的洛侖茲力作用剛好抵消根據(jù)霍爾效應(yīng)，當霍爾電場作用和載流子的

3、洛侖茲力作用剛好抵消qE=qvB，也就達到了穩(wěn)定狀態(tài)。此時滿足：，也就達到了穩(wěn)定狀態(tài)。此時滿足：E=vB，E霍耳電場，霍耳電場，v載流子的速度，載流子的速度，B磁感強度。磁感強度。 載流子的速度并不都一樣，而是滿足一定的統(tǒng)計分布，這里的載流子的速度并不都一樣，而是滿足一定的統(tǒng)計分布，這里的v僅僅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或或D偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)，這種偏轉(zhuǎn)就會使得沿外加電場方向（這種偏轉(zhuǎn)就會使得沿外加電場方向（y方向）運動的載流子數(shù)量減少，方向）運動的載流子數(shù)量減少，從而電阻增大，這種現(xiàn)象稱為磁阻。從而電阻增大，這種現(xiàn)象

4、稱為磁阻。xyzBv+ + + IVDDqvBqE 磁阻效應(yīng)通常用磁阻效應(yīng)通常用電阻率的相對變化量電阻率的相對變化量 /（0） 或或電阻的相電阻的相對變化量對變化量R/R（0）來表示其大小。來表示其大小。 通過實驗可以證明，在一般情況下當金屬或半導(dǎo)體處于通過實驗可以證明，在一般情況下當金屬或半導(dǎo)體處于中時，磁電阻的中時，磁電阻的R/R（0）正比于正比于B的的，而在，而在中中R/R（0）與與B呈呈關(guān)系。關(guān)系。 如果磁阻傳感器處于角頻率為如果磁阻傳感器處于角頻率為的的弱弱正弦交流磁場中，由于正弦交流磁場中，由于 磁磁電阻的相對變化量電阻的相對變化量R/R（0）正比于正比于B2，那么磁阻傳感器，那么

5、磁阻傳感器R將隨角將隨角頻率頻率2作周期性變化。這就是弱正弦交流磁場中磁阻傳感器所作周期性變化。這就是弱正弦交流磁場中磁阻傳感器所具有的具有的交流電倍頻性能交流電倍頻性能 。測量磁電阻的原理示意圖 在恒流（在恒流（Is=1mA）的情況下，改變磁場測電壓，求電阻。）的情況下，改變磁場測電壓，求電阻。四、實驗儀器四、實驗儀器實驗采用DH4510磁阻效應(yīng)實驗儀五、實驗內(nèi)容五、實驗內(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、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)強度的關(guān)系。作感器的電阻與磁感應(yīng)強度的關(guān)系。作R/R(0)B和和R/R(0)

6、B2的關(guān)系曲的關(guān)系曲線，并進行曲線擬合。線，并進行曲線擬合。找出找出B0.12T兩個區(qū)間兩個區(qū)間R/ R（0）與與B的函數(shù)關(guān)系。的函數(shù)關(guān)系。（實驗時注意（實驗時注意GaAs和和InSb傳感器工作電流應(yīng)調(diào)至傳感器工作電流應(yīng)調(diào)至1mA）。）。2、用磁阻傳感器測量一個未知的磁場強度，與毫特計測得的磁場強度相、用磁阻傳感器測量一個未知的磁場強度，與毫特計測得的磁場強度相比較，估算測量誤差。比較，估算測量誤差。六、實驗步驟六、實驗步驟 儀器開機前須將儀器開機前須將IM調(diào)節(jié)電位器、調(diào)節(jié)電位器、Is電流調(diào)節(jié)電位器逆時針方向電流調(diào)節(jié)電位器逆時針方向旋到底。旋到底。1、信號源的、信號源的“IM直流源直流源”端用

7、導(dǎo)線接至測試架的端用導(dǎo)線接至測試架的“勵磁電流勵磁電流”輸入端，紅導(dǎo)線與輸入端，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)所示。調(diào)節(jié)“IM電流調(diào)節(jié)電流調(diào)節(jié)”電位器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)強度的大小。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)強度的大小。2、將實驗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、將實驗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

8、控制電壓。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。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、信號源上“Is直流恒流源直流恒流源”輸出用導(dǎo)線接至工作電流切換繼電器輸出用導(dǎo)線接至工作電流切換繼電器K1接線柱的中接線柱的中間兩端，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。所示。4、信號源的、信號源的“信號輸入信號輸入”兩端用導(dǎo)線接至輸出信號切換繼電器兩端用導(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。如圖端，紅導(dǎo)線與

9、紅接線柱相連，黑導(dǎo)線與黑接線柱相連。如圖4所示。所示。 5、將繼電器、將繼電器K1接線柱的下面兩端與繼電器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)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。如圖線與紅接線柱相連，黑導(dǎo)線與黑接線柱相連。如圖4所示。所示。6、將銻化銦（、將銻化銦（InSb）磁阻傳感器（藍、綠引出線）的兩端與工作電流切換）磁阻傳感器（藍、綠引出線）的兩端與工作電流切換繼電器繼電器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。即藍引出線接至紅接線柱，綠引出線接至黑接線柱

10、。如圖黑接線柱。即藍引出線接至紅接線柱，綠引出線接至黑接線柱。如圖4所示。所示。7、砷化鎵（、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、）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），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。紅的香蕉插接紅接接線柱的上面兩端。紅的香蕉插接紅接線柱，

11、黑的香蕉插接黑接線柱，如圖線柱，黑的香蕉插接黑接線柱，如圖4所示。所示。8、確認接線正確完成后，打開交流電源，將信號源及測試架的切換開關(guān)都、確認接線正確完成后，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)，這時將測試架上取出的霍爾電壓信號輸入到信號源，經(jīng)內(nèi)處于按上狀態(tài)，這時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)換成磁場強度由表頭顯示。部處理轉(zhuǎn)換成磁場強度由表頭顯示。9、調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)Is調(diào)節(jié)電位器讓調(diào)節(jié)電位器讓Is表頭顯示為表頭顯示為1.00mA，然后調(diào)節(jié)，然后調(diào)節(jié)IM=0mA，記下零點誤差，記下零點誤差B0=？mT。10、調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)IM使磁場強度顯示為使磁場強度顯示為B

12、=（10+B0）mT，（，（20+B0）mT.按下信號源及測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度下對應(yīng)的磁阻電壓。注意：這時的試架上的切換開關(guān)，測量并記錄該磁場強度下對應(yīng)的磁阻電壓。注意：這時的Is表頭表頭顯示應(yīng)為顯示應(yīng)為1.00mA。參考表。參考表1?！綛在在100mT以內(nèi)每增加以內(nèi)每增加10mT測一組數(shù)據(jù)，大于測一組數(shù)據(jù)，大于100mT后每增加后每增加50mT測一組，直到測一組，直到500mT附近為止】。附近為止】。11、根據(jù)表一所記錄的數(shù)據(jù)在、根據(jù)表一所記錄的數(shù)據(jù)在整個區(qū)間作出整個區(qū)間作出R/R(0)B曲線曲線并并在在B0.06T區(qū)間作區(qū)間作 R/R(0)B2曲線曲線，并

13、在，并在B0.12T兩個區(qū)間分別給出：兩個區(qū)間分別給出： R/R（0）=f（B）。13、調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)IM=0.300A, Is=1.00mA電流，使電磁鐵產(chǎn)生一個未知的磁場電流，使電磁鐵產(chǎn)生一個未知的磁場強度。測量磁阻強度。測量磁阻傳感器的磁阻電壓，求傳感器的磁阻電壓，求R（B）后得后得R/ R（0）=R（B）R（0）/R（0）并從并從R/R(0)B曲曲線上求得磁場強度線上求得磁場強度B.14、用儀器所配的毫特計測量該磁場強度，將測得的磁場強度作為準確值與磁阻傳、用儀器所配的毫特計測量該磁場強度，將測得的磁場強度作為準確值與磁阻傳感器測得的磁場強度值與相比較，估算相對誤差感器測得的磁場強度值與相

14、比較，估算相對誤差E。電磁鐵電磁鐵InSbBR/R（0）對應(yīng)關(guān)系）對應(yīng)關(guān)系IM/mAUR/mVB/mT（毫特計毫特計讀數(shù)）讀數(shù)）B=B-B0/mTR/ R/R（0） B20346.1 1.11 0346.1017346.811.1110346.80.002033348.221.1120348.20.0061每增加每增加10mT測一組測一組151401.5101.1401.50.1601227454.4151.1454.40.3129每增加每增加50mT測一組測一組7251074.5501.11074.52.1046 表表 1 電流電流Is=1mA B0= mT七、儀器使用注意事項1、需將傳感器固定在磁鐵間隙中，不可將傳感器彎折。、需將傳感器固定在磁鐵間隙中，不可將傳感器彎折。2、不要在實驗儀附近放置具有磁性的物品。、不要在實驗儀附近放置具有磁性的物品。3、加電前必須保證測試儀的、加電前必須保證測試儀的“Is調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)”和和“IM調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)”旋鈕旋鈕均置零位（即逆時針旋到底）。均置零位（即逆時針旋到底）。4、嚴禁在勵磁線圈加電后插拔勵磁電流連線！嚴禁在勵磁線圈加電后插拔勵磁電流連線！因為此時會因為此時會有極強的感應(yīng)電壓，可能損壞儀器。有極強的感應(yīng)