霍尔效应实验报告doc.docx
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霍尔效应实验报告doc
霍尔效应实验报告
篇一:
霍尔效应实验报告
大学
本(专)科实验报告
课程名称:
姓名:
学院:
系:
专业:
年级:
学号:
指导教师:
成绩:
年月日
(实验报告目录)
实验名称
一、实验目的和要求二、实验原理三、要紧实验仪器
四、实验内容及实验数据记录五、实验数据处置与分析六、质疑、建议
霍尔效应实验
一.实验目的和要求:
一、了解霍尔效应原理及测量霍尔元件有关参数.
二、测绘霍尔元件的VH?
Is,VH?
IM曲线了解霍尔电势差VH与霍尔元件操纵(工作)电流Is、励磁电流IM之间的关系。
3、学习利用霍尔效应测量磁感应强度B及磁场散布。
4、判定霍尔元件载流子的类型,并计算其浓度和迁移率。
五、学习用“对称互换测量法”排除负效应产生的系统误差。
二.实验原理:
一、霍尔效应
霍尔效应是导电材料中的电流与磁场彼此作用而产生电动势的效应,从本质上讲,霍尔效应是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力的作用而引发的偏转。
当带电粒子(电子或空穴)被约束在固体材料中,这种偏转就致使在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷在不同侧的聚积,从而形成附加的横向电场。
如右图
(1)所示,磁场B位于Z的正向,与之垂直的半导体薄片上沿X正向通以电流Is(称为操纵电流或工作电流),假设载流子为电子(N型
半导体材料),它沿着与电流Is相反的X负向运动。
由于洛伦兹力fL的作用,电子即向图中虚线箭头所指的位于y轴负方向的B侧偏转,并使B侧形成电子积存,而相对的A侧形成正电荷积存。
与此同时运动的电子还受到由于两种积存的异种电荷形成的反向电场力fE的作用。
随着电荷积存量的增加,fE增大,当两力大小相等(方向相反)时,fL=-fE,那么电子积存便达到动态平稳。
这时在A、B两头面之间成立的电场称为霍尔电场EH,相应的电势差称为霍尔电压VH。
设电子按均一速度向图示的X负方向运动,在磁场B作用下,所受洛伦兹力为
fL=-eB
式中e为电子电量,为电子漂移平均速度,B为磁感应强度。
同时,电场作用于电子的力为fE?
?
eEH?
?
eVH/l式中EH为霍尔电场强度,VH为霍尔电压,l为霍尔元件宽度
当达到动态平稳时,fL?
?
fE?
VH/l
(1)
设霍尔元件宽度为l,厚度为d,载流子浓度为n,那么霍尔元件的操纵(工作)电流为Is?
ne
(2)由
(1),
(2)两式可得VH?
EHl?
IB1IsB
?
RHs(3)
nedd
即霍尔电压VH(A、B间电压)与Is、B的乘积成正比,与霍尔元件的厚度成反比,比例系数RH?
1
称为霍尔系数,它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数,依照材料的电导ne
率σ=neμ的关系,还能够取得:
RH?
?
/?
?
?
?
(4)
式中?
为材料的电阻率、μ为载流子的迁移率,即单位电场下载流子的运动速度,一样电子迁移率大于空穴迁移率,因此制作霍尔元件时大多采纳N型半导体材料。
当霍尔元件的材料和厚度肯按时,设KH?
RH/d?
1/ned(5)
将式(5)代入式(3)中得VH?
KHIsB(6)
式中KH称为元件的灵敏度,它表示霍尔元件在单位磁感应强度和单位操纵电流下的霍尔电势大小,其单位是[mV/mA?
T],一样要求KH愈大愈好。
假设需测量霍尔元件中载流子迁移率μ,那么有?
?
?
L
(7)?
EIVI
将
(2)式、(5)式、(7)式联立求得?
?
KH?
LIS
?
(8)lVI
其中VI为垂直于IS方向的霍尔元件双侧面之间的电势差,EI为由VI产生的电场强度,L、l别离为霍尔元件长度和宽度。
由于金属的电子浓度n很高,因此它的RH或KH都不大,因此不适宜作霍尔元件。
另外元件厚度d愈薄,KH愈高,因此制作时,往往采纳减少d的方法来增加灵敏度,但不能以为d愈薄愈好,因为现在元件的输入和输出电阻将会增加,这对锗元件是不希望的。
应当注意,当磁感应强度B和元件平面法线成一角度时(如图2),作用在元件上的有效磁场是其法线方向上的分量Bcos?
,现在
VH?
KHIsBcos?
(9)
因此一样在利历时应调整元件两平面方位,使VH达到最大,即θ=0,
图
(2)
VH=KHIsBcos?
?
KHIsB
由式(9)可知,当操纵(工作)电流Is或磁感应强度B,二者之一改变方向时,霍尔
电压VH的方向随之改变;假设二者方向同时改变,那么霍尔电压VH极性不变。
霍尔元件测量磁场的大体电路如图3,将霍尔元件置于待测磁场的相应位置,并使元件平面与磁感应强度B垂直,在其操纵端输入恒定的工作电流Is,霍尔元件的霍尔电压输出端接毫伏表,测量霍尔电势VH的值。
三.要紧实验仪器:
一、ZKY-HS霍尔效应实验仪
图(3)
包括电磁铁、二维移动标尺、三个换向闸刀开关、霍尔元件及引线。
二、KY-HC霍尔效应测试仪
四.实验内容:
一、研究霍尔效应及霍尔元件特性
①测量霍尔元件灵敏度KH,计算载流子浓度n(选做)。
②测定霍尔元件的载流子迁移率μ。
③判定霍尔元(本文来自:
wwW.xIAocAofaNwEn小草范文网:
霍尔效应实验报告)件半导体类型(P型或N型)或反推磁感应强度B的方向。
④研究VH与励磁电流IM、工作(操纵)电流IS之间的关系。
二、测量电磁铁气隙中磁感应强度B的大小和散布
①测量必然IM条件下电磁铁气隙中心的磁感应强度B的大小。
②测量电磁铁气隙中磁感应强度B的散布。
五.实验步骤与实验数据记录:
一、仪器的连接与预热
将测试仪按实验指导说明书提供方式连接好,接通电源。
二、研究霍尔效应与霍尔元件特性
①测量霍尔元件灵敏度KH,计算载流子浓度n。
(可选做)。
a.调剂励磁电流IM为0.8A,利用特斯拉计测量现在气隙中心磁感应强度B的大小。
b.移动二维标尺,使霍尔元件处于气隙中心位置。
c.调剂Is=2.00?
?
、10.00mA(数据搜集距离1.00mA),记录对应的霍尔电压VH填入表
(1),刻画IS—VH关系曲线,求得斜率K1(K1=VH/IS)。
d.据式(6)可求得KH,据式(5)可计算载流子浓度n。
②测定霍尔元件的载流子迁移率μ。
a.
调剂Is=2.00?
?
、10.00mA(距离为1.00mA),记录对应的输入电压降VI填入表4,
刻画IS—VI关系曲线,求得斜率K2(K2=IS/VI)。
b.假设已知KH、L、l,据(8)式能够求得载流子迁移率μ。
篇二:
霍尔效应实验报告(附带实验结论)
《霍尔效应》参考实验报告附带结论
实验目的
1.了解霍尔效应实验原理。
2.测量霍尔电流与霍尔电压之间的关系。
3.测量励磁电流与霍尔电压之间的关系。
4.学会用“对称测量法”排除负效应的阻碍。
实验仪器
霍尔效应实验仪。
实验步骤
1.正确连接电路,调剂霍尔元件处于隙缝的中间位置。
2.测量不等位电势。
令励磁电流IM=0mA,霍尔电流IH=1.00mA,2.00mA,?
,10.00mA,测量霍尔元件的不等位电势随霍尔电流的对应关系。
2.测量霍尔电流IH与霍尔电压UH的关系。
令励磁电流IM=400mA,调剂霍尔电流IH=1.00mA,2.00mA,?
,10.00mA(每隔1.0mA改变一次),别离改变励磁电流和霍尔电流的方向,记录对应的霍尔电压。
3.测量励磁电流IM与霍尔电压UH的关系。
令霍尔电流IH=8.00mA,调剂励磁电流IM=100.0mA,200.0mA,?
,1000.0mA(每隔100.0mA改变一次),别离改变励磁电流和霍尔电流的方向,记录对应的霍尔电压。
实验数据记录及处置
(1)测量不等位电压
(2)测量霍尔电流和霍尔电压的关系(IM=400mA)
(3)测量励磁电流和霍尔电压的关系(IH=8.00mA)
实验结论
一、当励磁电流IM=0时,霍尔电压不为0,且随着霍尔电流的增加而增加,通过作图发觉二者知足线性关系。
说明在霍尔元件内存在一不等位电压,这是由于测量霍尔电压的两条接线没有在同一个等势面上造成的。
二、当励磁电流维持恒定,改变霍尔电流时,测量取得的霍尔电压随霍尔电流的增加而增加,通过作图发觉二者之间知足线性关系。
3、当霍尔电压维持恒定,改变励磁电流时,测量取得的霍尔电压随励磁电流的增加而增加,通过作图发觉二者之间也知足线性关系。
注意事项:
1.不要带电接线,中间改变电路时,必然要先关闭电源,再连接电路。
2.实验完成后要整理实验仪器,先关闭电源,再将电线拆下,捋好后放在实验仪器的右边。
3.仪器开机前应将IM、IH调剂旋钮逆时针方向旋到底,使其输出电流趋于最小,然后再开机。
关机前,应将IM、IH调剂旋钮逆时针方向旋到底,然后切断电源
4.电源开机后预热几分钟,即可进行实验。
5.在实验进程中实验仪的UH开关应至始至终维持闭合,不然会为“1”或数字跳动现象。
6.改变IH或霍尔元件进程应断开实验仪上的IM换向开关以防长时刻通电而发烧,致使霍尔元件升温阻碍实验结果。
篇三:
霍尔效应实验报告
霍耳效应实验报告
学号:
XX02050940实验人:
张学林同组人:
杨天海
实验目的:
一、观看霍耳效应;
二、了解应用霍耳效应进行简单的相关测量的方式实验内容:
实验原理:
一、关于霍耳效应
如图一所示。
当电流通过一块导体或半导体制
Byz
一、确信样品导电类型;
二、测算霍耳系数、载流子浓度、霍耳灵敏度;3、测算长螺线管轴线上的磁场散布。
成的薄片时,载流子会发生漂移。
而将这种通有电流的薄片置于磁场中,并使薄
片平面垂直于磁场方向。
依照图一中的电流方向,并结合右手定那么,咱们能够看到:
(1)不管导体中的载流子带正电荷仍是负电荷,其受力均为Fm方向;
(2)载流子均会沿X轴方向运动,并最终靠在A端。
于是:
(1)当载流子为正电荷时薄板A端带正电荷,致使板A端电势高于B端;
(2)当载流子为负电荷时薄板A端带负电荷,致使板B端电势高于A端。
这确实是霍耳效应。
二、关于霍耳效应性质的研究
如图一,关于霍耳效应的相关参量已如图所
(a
(b
示。
其中载流子所受的磁场力
Fm?
qvB
(图一)
(1)
载流子所受的电场力
Fe?
qE
(2)
当其所受磁场力与电场力受力平稳时:
有关系,且有,
Fe?
Fm
UH?
EHa?
vBa
I
(n为载流子浓度)nqab
(3)(4)
咱们又明白,v?
(5)
于是,由
(1)~(3)可知
EH?
IB
nqab
(6)
再结合(4)式可得
UH?
IB1
?
()IBnqbnqb
(7)
令
RH?
1
nqBIb
(8)
为霍耳系数,并代入(7)式可得
UH?
RH
(9)
那么,霍耳系数又可表示为RH?
即,
UHb
IB
(10)
RH?
UHb1
?
IBnq
(11)
三、关于霍耳效应的应用
一、利用霍耳效应确信导体的类型
由(11)式可得,导体横向电势差与导体中载流子类型有关:
当UH为正时载流子为电子,导体为P型半导体;反之,载流子为空穴,导体为N型半导体。
二、利用霍耳效应计算霍耳系数
依照(9)式,能够固定B、b,改变I取得UH,多测几组U—I值。
然后依照几组U—I值在直角坐标系中描
点,可依照拟合出来的直线的斜率求出霍耳系数。
3、霍耳灵敏度的计算
假设将(7)式中的括号之内的项概念为霍耳灵敏度,即令Kn?
算出来,霍耳灵敏度也就计算出来了。
4、利用霍耳效应计算载流子浓度由(7)、(11)式可得n?
1
?
RHb。
于是,(二、2)中的霍耳系数计nqb
1。
RHq
五、利用霍耳效应测定长螺线管轴线上的磁场散布由于Kn?
U1
,并结合(7)式可得B?
H。
当KH肯按时,咱们能够通过测量对应的UH—I值来测算相nqbKHI
应的磁场强度B的值。
实验步骤:
HI
图二
一、确信导体类型
一、依图二连接电路;
二、调剂恒流电源HI,使电流为10mA;3、观看电压表所指示的电压的极性,记录
I0
并判定霍耳片的
导电类型。
二、测霍耳片对应的U—I值
一、调剂HI,记录恒定电流值的大小,读出
电压表的示数并记录;
HI0
图三
二、调剂HI,改变恒定电流值大小7次,重复上述测量并记录。
形成8组数据。
三、测长螺线管轴线上的磁场散布一、测量螺线管全长l并记录数据;
二、移动附有霍耳片的标尺,使图二中的霍耳片伸入图三中的螺线管中的X(如图四所示)处,读数并记录X的大小;
3、闭合开关S0、S一、S2于某一端,使图二与图三所示电路中的电流均沿各图所示方向;4、调剂HI0与HI得恒定电流值IM=0.2A、IS=2.00mA;五、读出图二电路中电压表与电流表的读数并记录入表;六、改变IM、IS的方向三次,形成四组数据并记录;
图四
注意事项:
实验数据的记录:
霍耳片对应U—I值
表一
螺线管电磁感应强度
表二IMIS一、注意(一、2,二、2,三、4)步中调剂电流时,不要超过霍耳片的额定电流值;二、注意表上的接线柱及开关S0、S一、S2不要弄错;
3、在实验步骤(三、6)中在磁场转变大的地址要多项选择几个点。
4、为了避免电磁铁过热,数据记录时,要断开开关S0。
数据处置
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