磁阻效應(yīng)大物實(shí)驗(yàn)

1、磁阻效應(yīng)一、實(shí)驗(yàn)背景一、實(shí)驗(yàn)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(qiáng)度隨磁感應(yīng)強(qiáng)度B變化這樣一個(gè)規(guī)律，稱變化這樣一個(gè)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(diǎn)：體積小、靈敏度高、抗干擾能力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(cè)、磁性編碼等方面有著十分廣泛的強(qiáng)等等。在導(dǎo)航、電流檢測(cè)、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(jià)格比較低，但靈敏度比較高的）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)

2、值。磁阻器件，有著十分重要的應(yīng)用價(jià)值。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)?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(qiáng)度的關(guān)系。磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)原理 如圖：一半導(dǎo)體薄片放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為如圖：一半導(dǎo)體薄片放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，（的磁場(chǎng)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(chǎng)。方向積聚電荷產(chǎn)生霍爾電場(chǎng)。 根據(jù)霍爾效應(yīng)，當(dāng)霍爾電場(chǎng)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(dāng)霍爾電場(chǎng)作用和載流子的

3、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：，也就達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)滿足：E=vB，E霍耳電場(chǎng)，霍耳電場(chǎng)，v載流子的速度，載流子的速度，B磁感強(qiáng)度。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僅僅僅僅是一個(gè)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(gè)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(huì)使得沿外加電場(chǎng)方向（這種偏轉(zhuǎn)就會(huì)使得沿外加電場(chǎng)方向（y方向）運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)量減少，方向）運(yùn)動(dòng)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(duì)變化量電阻率的相對(duì)變化量 /（0） 或或電阻的相電阻的相對(duì)變化量對(duì)變化量R/R（0）來(lái)表示其大小。來(lái)表示其大小。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以證明，在一般情況下當(dāng)金屬或半導(dǎo)體處于通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以證明，在一般情況下當(dāng)金屬或半導(dǎo)體處于中時(shí)，磁電阻的中時(shí)，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(chǎng)中，由于正弦交流磁場(chǎng)中，由于 磁磁電阻的相對(duì)變化量電阻的相對(duì)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(chǎng)中磁阻傳感器所作周期性變化。這就是弱正弦交流磁場(chǎng)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(cè)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(chǎng)測(cè)電壓，求電阻。）的情況下，改變磁場(chǎng)測(cè)電壓，求電阻。四、實(shí)驗(yàn)儀器四、實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)采用DH4510磁阻效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容五、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(cè)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(cè)量銻化銦磁阻傳感器的電阻與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系。作感器的電阻與磁感應(yīng)強(qiáng)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(jìn)行曲線擬合。線，并進(jìn)行曲線擬合。找出找出B0.12T兩個(gè)區(qū)間兩個(gè)區(qū)間R/ R（0）與與B的函數(shù)關(guān)系。的函數(shù)關(guān)系。（實(shí)驗(yàn)時(shí)注意（實(shí)驗(yàn)時(shí)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(cè)量一個(gè)未知的磁場(chǎng)強(qiáng)度，與毫特計(jì)測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度相、用磁阻傳感器測(cè)量一個(gè)未知的磁場(chǎng)強(qiáng)度，與毫特計(jì)測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度相比較，估算測(cè)量誤差。比較，估算測(cè)量誤差。六、實(shí)驗(yàn)步驟六、實(shí)驗(yàn)步驟 儀器開機(jī)前須將儀器開機(jī)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(shí)針?lè)较螂娏髡{(diào)節(jié)電位器逆時(shí)針?lè)较蛐降?。旋到底?、信號(hào)源的、信號(hào)源的“IM直流源直流源”端用

7、導(dǎo)線接至測(cè)試架的端用導(dǎo)線接至測(cè)試架的“勵(lì)磁電流勵(lì)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(lì)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?？筛淖冚斎雱?lì)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(hào)源背部的二芯話筒通過(guò)專用的二芯話筒線接至測(cè)試架的工作電壓、將實(shí)驗(yàn)儀信號(hào)源背部的二芯話筒通過(guò)專用的二芯話筒線接至測(cè)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(hào)源上、信號(hào)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(hào)源的、信號(hào)源的“信號(hào)輸入信號(hào)輸入”兩端用導(dǎo)線接至輸出信號(hào)切換繼電器兩端用導(dǎo)線接至輸出信號(hào)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(lán)、綠引出線）的兩端與工作電流切換）磁阻傳感器（藍(lán)、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(lán)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(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。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(zhǎng)短已分成兩組，紅、）霍爾傳感器的的四引出線按線的長(zhǎng)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(hào)切換繼電器一組線接至輸出信號(hào)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(rèn)接線正確完成后，打開交流電源，將信號(hào)源及測(cè)試架的切換開關(guān)都、確認(rèn)接線正確完成后，打開交流電源，將信號(hào)源及測(cè)試架的切換開關(guān)都處于按上狀態(tài)，這時(shí)將測(cè)試架上取出的霍爾電壓信號(hào)輸入到信號(hào)源，經(jīng)內(nèi)處于按上狀態(tài)，這時(shí)將測(cè)試架上取出的霍爾電壓信號(hào)輸入到信號(hào)源，經(jīng)內(nèi)部處理轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)強(qiáng)度由表頭顯示。部處理轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)強(qiáng)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(diǎn)誤差，記下零點(diǎn)誤差B0=？mT。10、調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)IM使磁場(chǎng)強(qiáng)度顯示為使磁場(chǎng)強(qiáng)度顯示為B

12、=（10+B0）mT，（，（20+B0）mT.按下信號(hào)源及測(cè)按下信號(hào)源及測(cè)試架上的切換開關(guān)，測(cè)量并記錄該磁場(chǎng)強(qiáng)度下對(duì)應(yīng)的磁阻電壓。注意：這時(shí)的試架上的切換開關(guān)，測(cè)量并記錄該磁場(chǎng)強(qiáng)度下對(duì)應(yīng)的磁阻電壓。注意：這時(shí)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(cè)一組數(shù)據(jù)，大于測(cè)一組數(shù)據(jù)，大于100mT后每增加后每增加50mT測(cè)一組，直到測(cè)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(gè)區(qū)間作出整個(gè)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(gè)區(qū)間分別給出：兩個(gè)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(gè)未知的磁場(chǎng)電流，使電磁鐵產(chǎn)生一個(gè)未知的磁場(chǎng)強(qiáng)度。測(cè)量磁阻強(qiáng)度。測(cè)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(chǎng)強(qiáng)度線上求得磁場(chǎng)強(qiáng)度B.14、用儀器所配的毫特計(jì)測(cè)量該磁場(chǎng)強(qiáng)度，將測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度作為準(zhǔn)確值與磁阻傳、用儀器所配的毫特計(jì)測(cè)量該磁場(chǎng)強(qiáng)度，將測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度作為準(zhǔn)確值與磁阻傳感器測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度值與相比較，估算相對(duì)誤差感器測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度值與相

14、比較，估算相對(duì)誤差E。電磁鐵電磁鐵InSbBR/R（0）對(duì)應(yīng)關(guān)系）對(duì)應(yīng)關(guān)系IM/mAUR/mVB/mT（毫特計(jì)毫特計(jì)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(cè)一組測(cè)一組151401.5101.1401.50.1601227454.4151.1454.40.3129每增加每增加50mT測(cè)一組測(cè)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(xiàng)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(shí)驗(yàn)儀附近放置具有磁性的物品。、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(cè)試儀的、加電前必須保證測(cè)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(shí)針旋到底）。均置零位（即逆時(shí)針旋到底）。4、嚴(yán)禁在勵(lì)磁線圈加電后插拔勵(lì)磁電流連線！嚴(yán)禁在勵(lì)磁線圈加電后插拔勵(lì)磁電流連線！因?yàn)榇藭r(shí)會(huì)因?yàn)榇藭r(shí)會(huì)有極強(qiáng)的感應(yīng)電壓，可能損壞儀器。有極強(qiáng)的感應(yīng)