霍尔效应测量螺线管磁场备课讲稿

霍尔效应法测量(cèliáng)螺线管磁场第一页，共14页。1、了解集成霍尔传感器的测量磁感应强度的原理和方法。2、学习用螺线管中心点的磁感应强度理论(lǐlùn)计算值来校准集成霍尔传感器的灵敏度。3、测量螺线管内磁感应强度与位置刻度之间的关系【实验(shíyàn)目的】第二页，共14页。现象(xiànxiàng)——霍尔效应载流半导体薄片置于方向垂直于电流(diànliú)的磁场中时，在垂直于电流(diànliú)和磁场的方向上产生电势差——霍尔电压UH.理论(lǐlùn)分析磁场中运动载流子受洛伦兹力作用电荷聚集形成电场电场力与洛伦兹力达到平衡，形成稳定电压UHmA-BmV【实验原理】第三页，共14页。又考虑(kǎolǜ)到(n为载流子浓度)即：KH=1/(ned)称为(chēnɡwéi)霍尔元件的灵敏度.IS为流过霍尔元件的电流(diànliú)，即其工作电流(diànliú).【实验原理】第四页，共14页。令UH＝KB则当系数K能通过某种方法(fāngfǎ)测得时，只要再测得空间各点的UH，则磁场B的分布可求。以有限(yǒuxiàn)长螺线管为例，通以电流I时，管中部的磁场：将霍尔传感器探头放在该处，则当调节(tiáojié)电流变化ΔI时，相应的磁场变化第五页，共14页。从而(cóngér)，系数K（霍尔传感器灵敏度）可求得：K值确定后，只需移动霍尔探头测得螺线管内轴线上各点的霍尔电压UH，即可由UH＝KB求得管内轴线上各点的磁场(cíchǎng)B的分布。螺线管参数L、D、N及常数μ0已知，测得电流(diànliú)变化ΔI时，相应的电压变化ΔU的一组值后，得到ΔU/ΔI,代入上式即可求得K第六页，共14页。当B=0时，UH≠0实际上由于半导体材料结晶(jiéjīng)不均匀，各种副效应及各电极不对称等引起的电势差，该电动势U0称为剩余电压。实验中在零磁场时，采用电压补偿法消除剩余电压U0。第七页，共14页。【实验(shíyàn)仪器】为螺线管提供励磁电流，产生(chǎnshēng)磁场.V+和V-:给霍尔元件(yuánjiàn)提供工作电流Vout和V-

:输出霍尔电压第八页，共14页。接线(jiēxiàn)时，注意大小头。小头接闸刀开关。【实验(shíyàn)步骤】第九页，共14页。【实验(shíyàn)步骤】一、测定(cèdìng)霍尔传感器灵敏度K：1、接线。将霍尔传感器探头(tàntóu)放在螺线管中部；第十页，共14页。让霍尔传感器处于标准化工作状态：打开双刀开关K2,螺线管不通电，无磁场。单刀(dāndāo)开关K1打到位置1,调节“4.8～5.2V”电源输出电压，使数字电压表读数为2.500V。（此时电压表量程开关拨在V档）合上K2,调节电流输出旋钮，调节励磁(lìcí)电流大小（120mA和420mA）,读取传感器的输出电压UH，计算ΔU/ΔI；代入公式求得霍尔传感器灵敏度K。2、3、第十一页，共14页。二、测定(cèdìng)通电螺线管B～X关系：先用补偿法消除(xiāochú)剩余电压。断开K2,使I＝0。K1置于2,调节“2.4～2.6V”电源输出电压，使数字电压表读数为0mV。（此时电压表量程开关拨在mV档）1、第十二页，共14页。2、合上K2,螺线管通以250mA电流，测出电流正向时不同位置X处的UH值和电流反向(fǎnxiànɡ)时不同位置X处的UH值从而求得该处UH的平均值，从而得到该处的B＝UH/K。27第十三页，共14页。1）集成霍耳传感器的V+和V-极性不能接反，否则将损坏传感器；2）先按图接线，然后再开启电源；3）仪器应预热5分钟后开始测量数据；4）实验完毕后，应逆时针旋转电源上的三个调节旋钮，使其恢复到起始位置(最小的位置).然后关闭电源，再拆除接