磁阻效应实验

磁阻效应实验第1页，共12页，2023年，2月20日，星期二概述•磁阻概念：材料的电阻会因外加磁场而增加或减少，电阻的变化量称为磁阻(Magnetoresistan-ce)。物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应。磁阻效应是1857年由英国物理学家威廉汤姆森发现的。它在金属中可以忽略，在半导体中则可能由小到中等。从一般磁阻开始，磁阻发展经历了巨磁阻（GMR）、庞磁阻（CMR）、穿隧磁阻（TMR）、直冲磁阻（BMR）和异常磁阻（EMR）。•磁阻应用：目前，磁阻效应广泛用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储(磁卡、硬盘)等领域。第2页，共12页，2023年，2月20日，星期二

•磁阻器件的特点：灵敏度高、抗干扰能力强。在众多的磁阻器件中，锑化铟（InSb）传感器最为典型，它是一种价格低廉、灵敏度高的磁阻器件，在生产生活应用广泛。•磁阻分类：若外加磁场与外加电场垂直，称为横向磁阻效应；若外加磁场与外加电场平行，称为纵向磁阻效应。一般情况下，纵向磁感强度不引起载流子偏移，因此一般不考虑纵向磁阻效应。第3页，共12页，2023年，2月20日，星期二实验目的：（1）了解磁阻现象与霍尔效应的关系和区别；（2）测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系；（3）作出锑化铟传感器的电阻变化与磁感应强度的关系曲线.实验仪器：磁阻效应试验仪第4页，共12页，2023年，2月20日，星期二实验原理

如图1所示，当导电体处于磁场中时（电流方向与磁场方向垂直），导电体内的载流子将在洛仑兹力的作用发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍尔电场。第5页，共12页，2023年，2月20日，星期二

如果霍尔电场作用和某一速度的载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，则小于此速度的电子将沿霍尔电场作用的方向偏转，而大于此速度的电电子则沿相反方向偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，即沿电场方向的电流密度减小，电阻增大，也就是由于磁场的存在，增加了电阻，此现象称为磁阻效应。如果将图1中a，b短路，磁阻效应更明显。第6页，共12页，2023年，2月20日，星期二

通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用Δρ/ρ(0)表示。其中ρ(0)为零磁场时的电阻率，ρ(B)为在磁场强度为B时的电阻率，则Δρ=ρ(B)－ρ(0)。由于磁阻传感器电阻的相对变化率ΔR/R(0)正比于Δρ/ρ(0)，这里ΔR=R(B)－R(0)，R(0)、R(B)分别为磁场强度为0和B下磁阻传感器的电阻阻值。因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量ΔR/R(0)来表示磁阻效应的大小。第7页，共12页，2023年，2月20日，星期二实验证明一般情况下外加磁场较弱时，电阻相对变化率ΔR/R(0)正比于磁场强度B的二次方；随磁场强度的加强，ΔR/R(0)与磁场强度B呈线性函数关系；当外加磁场超过特定值时，ΔR/R(0)与磁场强度B的响应会趋于饱和。第8页，共12页，2023年，2月20日，星期二实验仪器介绍

第9页，共12页，2023年，2月20日，星期二实验内容1测定励磁电流和磁感应强度的关系2测量电磁铁气隙电磁场沿水平方向的分布3测量磁感应强度和磁阻变化的关系第10页，共12页，2023年，2月20日，星期二关于不等位电压

使霍尔传感器在电磁铁气隙最外边，离气隙中心约20mm.书本P149不等势电压U0，U0的正负与电流IS的方向有关，与外磁场无关，因此可以通过改变IS的方向予以消除。我们这个实验中不用改变IS，只要改变IM，也能将这个U0消除。UH1=x+U0UH2=y+U0

VH=(UH1-