磁阻效应大物实验

1、磁阻效应一、实验背景一、实验背景 导电材料的电阻值导电材料的电阻值R随磁感应强度随磁感应强度B变化这样一个规律，称变化这样一个规律，称为磁阻效应。利用磁阻效应制成的器件叫做磁阻器件。为磁阻效应。利用磁阻效应制成的器件叫做磁阻器件。 磁阻器件有很多的优点：体积小、灵敏度高、抗干扰能力磁阻器件有很多的优点：体积小、灵敏度高、抗干扰能力强等等。在导航、电流检测、磁性编码等方面有着十分广泛的强等等。在导航、电流检测、磁性编码等方面有着十分广泛的应用。应用。 锑化铟（锑化铟（InSbInSb）传感器是一种价格比较低，但灵敏度比较高的）传感器是一种价格比较低，但灵敏度比较高的磁阻器件，有着十分重要的应用价

2、值。磁阻器件，有着十分重要的应用价值。二、实验目的二、实验目的 研究锑化铟传感器的电阻与研究锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系。磁感应强度的关系。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的磁场中，（的磁场中，（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轴方向通正向电流轴方向通正向电流I，半导体的载流子将受洛仑兹力，半导体的载流子将受洛仑兹力的作用发生偏转，在的作用发生偏转，在x方向积聚电荷产生霍尔电场。方向积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洛仑兹力作用刚好抵消根据霍尔效应，当霍尔电场作用和载流子的

3、洛仑兹力作用刚好抵消qE=qvB，也就达到了稳定状态。此时满足：，也就达到了稳定状态。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，而是满足一定的统计分布，这里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v仅仅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D或或D偏转，偏转，这种偏转就会使得沿外加电场方向（这种偏转就会使得沿外加电场方向（y方向）运动的载流子数量减少，方向）运动的载流子数量减少，从而电阻增大，这种现象称为磁阻。从而电阻增大，这种现象

4、称为磁阻。xyzBv+ + + IVDDqvBqE 磁阻效应通常用磁阻效应通常用电阻率的相对变化量电阻率的相对变化量 /（0） 或或电阻的相电阻的相对变化量对变化量R/R（0）来表示其大小。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通过实验可以证明，在一般情况下当金属或半导体处于中时，磁电阻的中时，磁电阻的R/R（0）正比于正比于B的的，而在，而在中中R/R（0）与与B呈呈关系。关系。 如果磁阻传感器处于角频率为如果磁阻传感器处于角频率为的的弱弱正弦交流磁场中，由于正弦交流磁场中，由于 磁磁电阻的相对变化量电阻的相对变化量R/R（0）正比于正比于B2，那么磁阻传感器，那么

5、磁阻传感器R将随角将随角频率频率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具有的交流电倍频性能交流电倍频性能 。测量磁电阻的原理示意图 在恒流（在恒流（Is=1mA）的情况下，改变磁场测电压，求电阻。）的情况下，改变磁场测电压，求电阻。四、实验仪器四、实验仪器实验采用DH4510磁阻效应实验仪五、实验内容五、实验内容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、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。作感器的电阻与磁感应强度的关系。作R/R(0)B和和R/R(0)

6、B2的关系曲的关系曲线，并进行曲线拟合。线，并进行曲线拟合。找出找出B0.12T两个区间两个区间R/ R（0）与与B的函数关系。的函数关系。（实验时注意（实验时注意GaAs和和InSb传感器工作电流应调至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、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。比较，估算测量误差。六、实验步骤六、实验步骤 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向电流调节电位器逆时针方向旋到底。旋到底。1、信号源的、信号源的“IM直流源直流源”端用

7、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，如图红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连，如图4所示。调节所示。调节“IM电流调节电流调节”电位器电位器可改变输入励磁线圈电流的大小，从而改变电磁铁间隙中磁感应强度的大小。可改变输入励磁线圈电流的大小，从而改变电磁铁间隙中磁感应强度的大小。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测试架的工作电压、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

8、控制电压。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。红的香蕉插接红接线柱，黑的香蕉插接黑接线柱。3、信号源上、信号源上“Is直流恒流源直流恒流源”输出用导线接至工作电流切换继电器输出用导线接至工作电流切换继电器K1接线柱的中接线柱的中间两端，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。如图端，红导线与

9、红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连。如图4所示。所示。 5、将继电器、将继电器K1接线柱的下面两端与继电器接线柱的下面两端与继电器K2接线柱的下面两端相连，红导接线柱的下面两端相连，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连。如图线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连。如图4所示。所示。6、将锑化铟（、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）磁阻传感器（蓝、绿引出线）的两端与工作电流切换继电器继电器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

10、。如图黑接线柱。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。所示。7、砷化镓（、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、）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），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。红的香蕉插接红接接线柱的上面两端。红的香蕉插接红接线柱，

11、黑的香蕉插接黑接线柱，如图线柱，黑的香蕉插接黑接线柱，如图4所示。所示。8、确认接线正确完成后，打开交流电源，将信号源及测试架的切换开关都、确认接线正确完成后，打开交流电源，将信号源及测试架的切换开关都处于按上状态，这时将测试架上取出的霍尔电压信号输入到信号源，经内处于按上状态，这时将测试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。部处理转换成磁场强度由表头显示。9、调节、调节Is调节电位器让调节电位器让Is表头显示为表头显示为1.00mA，然后调节，然后调节IM=0mA，记下零点误差，记下零点误差B0=？mT。10、调节、调节IM使磁场强度显示为使磁场强度显示为B

12、=（10+B0）mT，（，（20+B0）mT.按下信号源及测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表头表头显示应为显示应为1.00mA。参考表。参考表1。【B在在100mT以内每增加以内每增加10mT测一组数据，大于测一组数据，大于100mT后每增加后每增加50mT测一组，直到测一组，直到500mT附近为止】。附近为止】。11、根据表一所记录的数据在、根据表一所记录的数据在整个区间作出整个区间作出R/R(0)B曲线曲线并并在在B0.06T区间作区间作 R/R(0)B2曲线曲线，并

13、在，并在B0.12T两个区间分别给出：两个区间分别给出： R/R（0）=f（B）。13、调节、调节IM=0.300A, Is=1.00mA电流，使电磁铁产生一个未知的磁场电流，使电磁铁产生一个未知的磁场强度。测量磁阻强度。测量磁阻传感器的磁阻电压，求传感器的磁阻电压，求R（B）后得后得R/ R（0）=R（B）R（0）/R（0）并从并从R/R(0)B曲曲线上求得磁场强度线上求得磁场强度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、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，估算相对误差感器测得的磁场强度值与相

14、比较，估算相对误差E。电磁铁电磁铁InSbBR/R（0）对应关系）对应关系IM/mAUR/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 表表 1 电流电流Is=1mA B0= mT七、仪器使用注意事项1、需将传感器固定在磁铁间隙中，不可将传感器弯折。、需将传感器固定在磁铁间隙中，不可将传感器弯折。2、不要在实验仪附近放置具有磁性的物品。、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、加电前必须保证测试仪的“Is调节调节”和和“IM调节调节”旋钮旋钮均置零位（即逆时针旋到底）。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！严禁在励磁线圈加电后插拔励磁电流连线！因为此时会因为此时会有极强的感应电压，可能损坏仪器。有极强的感应