磁阻效应大物实验实用教案

1、二、实验目的二、实验目的 研究锑化铟传感器的电阻研究锑化铟传感器的电阻(dinz)与与磁感应强度的关系。磁感应强度的关系。第1页/共15页第一页，共16页。三、实验原理三、实验原理 如图：一半导体薄片放在磁感应强度为如图：一半导体薄片放在磁感应强度为B的的磁场中，（磁场中，（B的方向沿的方向沿Z轴方向）在薄片的轴方向）在薄片的y轴轴方向通正向电流方向通正向电流I，半导体的载流子将受洛仑，半导体的载流子将受洛仑兹力的作用发生偏转兹力的作用发生偏转(pinzhun)，在，在x方向积方向积聚电荷产生霍尔电场。聚电荷产生霍尔电场。 根据霍尔效应，当霍尔电场作用和载流子的根据霍尔效应，当霍尔电场作用和载

2、流子的洛仑兹力作用刚好抵消洛仑兹力作用刚好抵消qE=qvB，也就达到了，也就达到了稳定状态。此时满足：稳定状态。此时满足：E=vB，E霍耳电场，霍耳电场，v载流子的速度，载流子的速度，B磁感强度。磁感强度。 载流子的速度并不都一样，而是满足一定的载流子的速度并不都一样，而是满足一定的统计分布，这里的统计分布，这里的v仅仅是一个最可几的速率。仅仅是一个最可几的速率。那么小于或大于该速度的载流子将向那么小于或大于该速度的载流子将向D或或D偏偏转转(pinzhun)，这种偏转，这种偏转(pinzhun)就会使就会使得沿外加电场方向（得沿外加电场方向（y方向）运动的载流子数方向）运动的载流子数量减少，

3、从而电阻增大，这种现象称为磁阻。量减少，从而电阻增大，这种现象称为磁阻。xyzBv+ + + IVDDqvBqE第2页/共15页第二页，共16页。 磁阻效应通常用电阻率的相对变化量 /（0） 或电阻的相对变化量R/R（0）来表示其大小。 通过实验可以证明，在一般情况下当金属或半导体处于较弱磁场中时，磁电阻的R/R（0）正比于B的二次方，而在强磁场中R/R（0）与B呈线性函数关系。 如果磁阻传感器处于角频率为的弱正弦交流磁场中，由于(yuy) 磁电阻的相对变化量R/R（0）正比于B2，那么磁阻传感器R将随角频率2作周期性变化。这就是弱正弦交流磁场中磁阻传感器所具有的交流电倍频性能 。第3页/共1

4、5页第三页，共16页。测量(cling)磁电阻的原理示意图 在恒流（Is=1mA）的情况下，改变磁场测电压(diny)，求电阻。第4页/共15页第四页，共16页。四、实验四、实验(shyn)仪器仪器实验(shyn)采用DH4510磁阻效应实验(shyn)仪第5页/共15页第五页，共16页。第6页/共15页第六页，共16页。第7页/共15页第七页，共16页。五、实验五、实验(shyn)内容内容1、在锑化铟磁阻传感器工作电流保持不变的条件下，测量锑化铟磁阻传感器的电阻与磁感应强度的关系。作R/R(0)B和R/R(0)B2的关系曲线，并进行(jnxng)曲线拟合。找出B0.12T两个区间R/ R（0

5、）与B的函数关系。（实验时注意GaAs和InSb传感器工作电流应调至1mA）。2、用磁阻传感器测量一个未知的磁场强度，与毫特计测得的磁场强度相比较，估算测量误差。第8页/共15页第八页，共16页。六、实验六、实验(shyn)步骤步骤 仪器开机前须将仪器开机前须将IM调节电位器、调节电位器、Is电流调节电位器逆时针方电流调节电位器逆时针方向旋到底。向旋到底。1、信号源的、信号源的“IM直流源直流源”端用导线接至测试架的端用导线接至测试架的“励磁电流励磁电流”输入端，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连，输入端，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连，如图如图4所示。调节所示。调节“IM

6、电流调节电流调节”电位器可改变电位器可改变(gibin)输输入励磁线圈电流的大小，从而改变入励磁线圈电流的大小，从而改变(gibin)电磁铁间隙中磁电磁铁间隙中磁感应强度的大小。感应强度的大小。2、将实验仪信号源背部的二芯话筒通过专用的二芯话筒线接至、将实验仪信号源背部的二芯话筒通过专用的二芯话筒线接至测试架的工作电压输入端，这是一路提供继电器工作的测试架的工作电压输入端，这是一路提供继电器工作的12V直流控制电源，作为继电器的控制电压。红的香蕉插接红接直流控制电源，作为继电器的控制电压。红的香蕉插接红接线柱，黑的香蕉插接黑接线柱。线柱，黑的香蕉插接黑接线柱。3、信号源上、信号源上“Is直流恒

7、流源直流恒流源”输出用导线接至工作电流切换继电输出用导线接至工作电流切换继电器器K1接线柱的中间两端，红导线与红接线柱相连，黑导线与接线柱的中间两端，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连。如图黑接线柱相连。如图4所示。所示。4、信号源的、信号源的“信号输入信号输入”两端用导线接至输出信号切换继电器两端用导线接至输出信号切换继电器K2接线柱的中间两端，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱的中间两端，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连。如图接线柱相连。如图4所示。所示。 第9页/共15页第九页，共16页。 5、将继电器K1接线柱的下面两端与继电器K2接线柱的下面两端相连，红导线与红

8、接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连。如图4所示。 6、将锑化铟（InSb）磁阻传感器（蓝、绿引出线）的两端与工作电流切换继电器K1接线柱的下面两端相连，红的香蕉插接红接线柱，黑的香蕉插接黑接线柱。即蓝引出线接至红接线柱，绿引出线接至黑接线柱。如图4所示。 7、砷化镓（GaAs）霍尔传感器的的四引出线按线的长短已分成两组，红、棕为一组（为工作电流输入端），黄、橙为一组（为霍尔电压输出端），红、棕这一组线接至工作电流切换继电器K1接线柱的上面两端，黄、橙这一组线接至输出信号切换继电器K2接线柱的上面两端。红的香蕉插接红接线柱，黑的香蕉插接黑接线柱，如图4所示。 8、确认接线正确完成后，打开交流电源，

9、将信号源及测试(csh)架的切换开关都处于按上状态，这时将测试(csh)架上取出的霍尔电压信号输入到信号源，经内部处理转换成磁场强度由表头显示。第10页/共15页第十页，共16页。 9、调节Is调节电位器让Is表头显示为1.00mA，然后调节IM=0mA，记下零点误差B0=？mT。 10、调节IM使磁场强度显示为B=（10+B0）mT，（20+B0）mT.按下信号源及测试架上的切换开关，测量并记录该磁场强度下对应的磁阻电压。注意：这时的Is表头显示应为1.00mA。参考表1。【B在100mT以内每增加10mT测一组数据，大于100mT后每增加50mT测一组，直到500mT附近为止】。 11、根

10、据表一所记录的数据在整个区间作出R/R(0)B曲线并在B0.06T区间作 R/R(0)B2曲线，并在B0.12T两个区间分别给出： R/R（0）=f（B）。 13、调节IM=0.300A, Is=1.00mA电流，使电磁铁产生一个未知的磁场强度。测量磁阻传感器的磁阻电压，求R（B）后得R/ R（0）=R（B）R（0）/R（0）并从R/R(0)B曲线上求得磁场强度B. 14、用仪器所配的毫特计测量该磁场强度，将测得的磁场强度作为准确值与磁阻传感器测得的磁场强度值与相比较，估算( sun)相对误差E。第11页/共15页第十一页，共16页。电磁铁电磁铁InSbBR/R（0）对应关系）对应关系IM/m

11、AUR/mVB/mT（毫特计毫特计读数）读数）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测一组测一组151401.5101.1401.50.1601227454.4151.1454.40.3129每增加每增加50mT测一组测一组7251074.5501.11074.52.1046 表 1 电流(dinli)Is=1mA B0= mT第12页/共15页第十二页，共16页。七、仪器(yq)使用注意事项 1、需将传感器固定在磁铁间隙中，不可将传

12、感器弯折。 2、不要在实验仪附近放置具有磁性的物品。 3、加电前必须保证测试仪的“Is调节”和“IM调节”旋钮均置零位（即逆时针旋到底）。 4、严禁在励磁线圈加电后插拔励磁电流连线！因为此时会有极强的感应电压，可能损坏仪器(yq)。如需插拔励磁电流连线，应将励磁电流调至最小，再关闭交流电源，才可进行插拔！第13页/共15页第十三页，共16页。 1.什么叫磁阻效应？霍尔传感器为何有磁阻效应？ 2. InSb磁阻传感器在弱磁场和强磁场时的电阻值与磁感应强度关系(gun x)有何不同？这两种特性有什么应用？八、实验(shyn)思考题第14页/共15页第十四页，共16页。感谢您的观看(gunkn)！第15页/共15页第十五页，共16页。NoImage内容(nirng)总结二、实验(shyn)目的。仪器开机前须将IM调节电位器、Is电