霍尔元件测磁场.

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1 霍尔元件测磁场

2 实 验 目 的 了解霍尔元件测磁场的原理。 学会测量各种曲线及样品的电导率。 学习用“对称测量法”消除附加效应的影响。

3 SQUID(超导量子隧道干涉仪)器件 核 磁 共 振 仪 霍 耳 器 件 地球磁场 心脏磁场 肺的磁场 城市噪声 SQUID噪声 脑磁场
核 磁 共 振 仪 霍 耳 器 件 10-14 10-12 10-10 10-8 10-6 10-4 10-16 磁场（T） 地球磁场 心脏磁场 肺的磁场 城市噪声 SQUID噪声 脑磁场 胎儿磁场

4 1879年美国霍普金斯大学研究院二年级学生霍尔在研究载流导体在磁场中受力的性质时发现：处在磁场中的载流导体，如果磁场方向和电流方向垂直，则在与磁场和电流都垂直的方向上出现横向电场，这就是霍尔效应。所产生的电场称霍尔电场，相应的电位差称霍尔电压。产生霍尔效应的载流导体、半导体、离子晶体称霍尔元件。 背 景 介 绍

5 实 验 原 理

6 霍 耳 元 件 原 理 图 UH z B H d x fE v IS b fB C y L A
霍耳元件是一块矩型半导体薄片，设其长为L 宽为b，厚为 d，放入磁场中，使磁场方向 (z方向）与薄片垂直 。

7 洛伦兹力的大小及方向用 加以确定。 电场强度为E，方向由C 指向H（-y 方向) ，此电场对载流子的作用力大小为： 平衡时，载流子所受的电场力和洛伦兹力相等。即： 两侧面的霍尔电压UH 也到一稳定值：

8 设n为半导体片中载流子浓度，则电流（x方向）
经代换得： KH称为霍尔元件的灵敏度，其单位是毫伏/ 毫安· 千高斯(mV/mA · kGS) 。 如果霍尔元件的灵敏度已测定，可以用上式计算磁感应强度B，即： 其中 ，IS、UH需用仪表分别测量。

9 实际测量时测得的值并不只是UH，还包括了其它因素带来的附加电压，主要的附加电压有：
2.霍耳元件伴随霍耳效应还存在几种附加效应： 1）厄廷豪森（Etinghausen）效应（温差电效应）UE 2）能斯脱（Nernst）效应（热磁效应）UN 3）里纪-勒杜克（Righi-Leduc）效应（热磁效应产生的温差）UR 上述四种附加电压，除UE 外其余都可以通过改变IS 或B的方向来消除。

10 本实验还可以测量霍耳元件的电导率  。

11 霍尔效应实验仪 IS是给霍尔片加电流的换向开关，IM是励磁电流的换向开关。

12 霍尔效应测试仪 注意 1.开机（或关机）前应将IS、IM旋钮逆时针旋到底。仪器接通电源后，预热数分钟即可进行实验。

13 实验内容与步骤 1.测霍耳元件的UH—IS曲线。 2.测电磁铁的励磁特性B—IM曲线。 3.测电磁铁的磁场分布B—x 曲线。
4.改变IS 和IM的方向,消除附加电压的方法 。 5. (选做) 测霍尔元件的电导率  的值。