武汉理工-巨磁阻实验内容与步骤预习材料

巨磁阻实验内容与步骤预习材料[实验仪器]（1）巨磁电阻效应及应用实验仪电流表部分：做为一个独立的电流表使用。具有2mA档和200mA两种档位；电压表部分：做为一个独立的电压表使用。具有2V档和200mV两种档位；恒流源部分：可变恒流源。实验仪还提供巨磁阻传感器工作所需的4V电源和各组件电路供电所需的±8V电源。（2）基本特性组件由巨磁阻传感器、螺线管线圈和比较电路组成。用以对巨磁阻的磁电转换特性和磁阻特性进行测量。（3）电流测量组件将导线置于巨磁阻传感器近旁，用巨磁阻传感器测量导线通过不同大小电流时导线周围的磁场变化，就可确定电流大小。（4）角位移测量组件用巨磁阻梯度传感器作传感元件，铁磁性齿轮转动时，齿牙干扰了梯度传感器上偏置磁场的分布，每转过一齿，就输出类似正弦波一个周期的波形。（5）磁读写组件用于演示磁记录与读出的原理。磁卡做记录介质，磁卡通过写磁头时可写入数据，通过巨磁阻传感器将写入的数据读出来。[实验内容与步骤]（结合实验报告册相关数据表格）（1）测巨磁电阻的磁电转换特性（曲线）及其开关特性A.巨磁电阻的磁电转换特性图1巨磁阻传感器磁电转换特性实验原理图如图1所示，巨磁阻传感器位于螺线管磁场中。实验步骤：①.功能切换按钮切换为“传感器测量”。实验仪“电路供电”接口接至基本特性组件对应的“电路供电”插孔，实验仪的巨磁阻供电4V电压接至基本特性组件“巨磁电阻供电”，实验仪的恒流源输出接至“螺线管电流输入”，基本特性组件“模拟信号输出”接至实验仪的电压表；②.按数据记录表的“励磁电流”数据调节恒流源旋钮，记录相应的电压表数据于表格“磁场矢量减小”列中。先从100mA的数值开始，逆时针调节恒流源旋钮，逐渐减小电流（螺线圈磁场），由于恒流源本身不能提供负向电流，当电流减至0后，交换实验仪恒流源输出接线的极性，使电流反向，然后顺时针调节恒流源旋钮以增大电流（螺线圈磁场），此时流经螺线管的电流与磁感应强度的方向为负；③.按步骤②记录完数据后，接着从100mA（实际为-100mA）调节恒流源，同理步骤②记录相应的电压表数据于表格“磁场矢量增大”列中。注意电流到0时同样需要交换恒流输出接线的极性；④.由表格上方参数按公式计算出螺线管内的磁感应强度B；⑤.以磁感应强度B作横座标，所记录的输出电压U为纵座标作出磁电转换特性曲线。B.巨磁阻磁电转换开关特性GMR电桥GMR电桥比较电路输出图2巨磁阻开关传感器结构图将巨磁阻传感器与比较电路、晶体管放大电路集成在一起，即可构成巨磁阻开关（数字）传感器，结构如图2所示。实验步骤：①.功能切换按钮为“传感器测量”。实验仪“电路供电”接口接至基本特性组件对应的“电路供电”插孔，实验仪的巨磁阻供电4V电压接至基本特性组件“巨磁电阻供电”，实验仪的恒流源输出接至“螺线管电流输入”，基本特性组件“开关信号输出”接至实验仪的电压表；②.先记录“磁场矢量减小”列数据。从30mA开始调节恒流源电流，逆时针调节恒流源旋钮，逐渐减小电流（螺线圈磁场），当电压表示数从1（高电平）转变为-1（低电平）时记录相应的临界电流值，当电流减至0后，交换实验仪恒流源输出接线的极性，使电流反向，然后顺时针调节恒流源旋钮以增大电流（螺线圈磁场），当电压表示数从-1（低电平）转变为1（高电平）时记录相应的临界电流值；③.按步骤②记录完数据后，接着从30mA（实际为-30mA）调节恒流源，同理步骤②记录相应的临界电流值于表格“磁场矢量增大”列中。注意电流到0时同样需要交换恒流输出接线的极性；④.以励磁电流I作横座标，电平变化（高或低）为纵座标作出磁电转换开关特性曲线。（2）测巨磁电阻磁阻特性（曲线）图3巨磁阻传感器磁阻特性实验原理图如图3所示，将被磁屏蔽的两个电桥电阻R3,R4短路，而R1,R2并联。将电流表串连进电路中，测量不同磁场时回路中电流的大小，就可计算磁阻。实验步骤：①.功能切换按钮切换为“巨磁阻测量”。将实验仪电流表串联进巨磁阻供电电路（实验仪的巨磁阻供电4V电压的正极接至基本特性组件“巨磁电阻供电”的正极，“巨磁电阻供电”的负极接至实验仪电流表正极，电流表负极接至实验仪巨磁阻供电4V电压的负极）。实验仪“电路供电”接口接至基本特性组件对应的“电路供电”插孔，实验仪的恒流源输出接至“螺线管电流输入”；②.按数据记录表的“励磁电流”数据调节恒流源旋钮，记录相应的电流表数据（磁阻电流）于表格“磁场矢量减小”列中。先从100mA的数值开始，逆时针调节恒流源旋钮，逐渐减小电流（螺线圈磁场），由于恒流源本身不能提供负向电流，当电流减至0后，交换实验仪恒流源输出接线的极性，使电流反向，然后顺时针调节恒流源旋钮以增大电流（螺线圈磁场），此时流经螺线管的电流与磁感应强度的方向为负；③.按步骤②记录完数据后，接着从100mA（实际为-100mA）调节恒流源，同理步骤②记录相应的电流表数据于表格“磁场矢量增大”列中。注意电流到0时同样需要交换恒流输出接线的极性；④.参照实验（1）得出磁感应强度B，由欧姆定律R=U/I计算磁阻；⑤.以磁感应强度B作横座标，磁阻R为纵座标作出磁阻特性曲线。（3）利用巨磁阻传感器测量电流（曲线）图4巨磁阻传感器测量电流实验原理图通有电流的直导线，与导线距离不变的一点磁感应强度与电流成正比，如图4所示，将巨磁阻传感器（GMR）靠近导线一侧来测量导线电流与传感器输出电压的关系。在实际应用中，为了使巨磁阻传感器工作在线性区，提高测量精度，还常常预先给传感器施加一固定已知磁场，称为磁偏置，其原理类似于电子电路中的直流偏置。实验步骤：①.实验仪巨磁阻供电4V电压接至电流测量组件“巨磁电阻供电”，实验仪恒流源接至电流测量组件“待测电流输入”，电流测量组件“信号输出”接至实验仪电压表；②.将恒流源电流调节至0。观察电压表示数，调节传感器背后的偏置磁铁与传感器的距离，使电压表示数为约25mV，然后固定偏置磁铁；③.将恒流源电流调到300mA，按数据记录表中“导线电流”数据调节恒流源旋钮，记录相应的电压表数据于表格“磁场矢量减小”列中。先从300mA的数值开始，逆时针调节恒流源旋钮，逐渐减小导线电流，由于恒流源本身不能提供负向电流，当电流减至0后，交换实验仪恒流源输出接线的极性，使电流反向，然后顺时针调节恒流源旋钮以增大导线电流；④.按步骤③记录完数据后，接着从300mA（实际为-300mA）调节恒流源，同理步骤③记录相应的电压表数据于表格“磁场矢量增大”列中。注意电流到0时同样需要交换恒流输出接线的极性；⑤.将恒流源电流再次调节至0。观察电压表示数，调节传感器背后的偏置磁铁与传感器的距离，使电压表示数为约125mV，然后固定偏置磁铁；⑥.按照步骤③、④测得相应数据于表格中；⑦.以导线电流I作横座标，输出电压U为纵座标作出测量电流的曲线。（4）测量巨磁阻梯度传感器的特性（曲线）将巨磁阻传感器的电桥的4个电阻都不加磁屏蔽，即构成梯度传感器。这种传感器若置于均匀磁场中，由于4个桥臂电阻阻值变化相同，电桥输出为零。如果磁场存在一定的梯度，各GMR电阻感受到的磁场不同，磁阻变化不一样，就会有信号输出。实验步骤：①.将实验仪巨磁阻供电4V电压接至角位移测量组件“巨磁电阻供电”，角位移测量组件“信号输出”接实验仪电压表；②.将齿轮标线对准刻度盘0刻度线后开始测量，按照数据记录表“转动角度”数据逆时针慢慢转动齿轮并记录相应电压表数据于表格中；③.以转动角度θ为横座标，输出电压U为纵座标作出梯度传感器特性曲线。（5）通过巨磁阻传感器了解磁记录与读取在当今的磁记录领域，为了提高记录密度，读写磁头是分离的。写磁头是绕线的磁芯，线圈中通过电流时产生磁场，在磁性记录材料上记录信息。巨磁阻读磁头利用磁记录材料上不同磁场时电阻的变化读出信息。实验步骤：①.实验仪“电路供电”接口接至基本特性组件对应的“电路供电”插孔，实验仪巨磁阻供电4V电压接至磁读写组件“巨磁电阻供电”，磁读写组件“读出数据”接实验仪电压表；②.同时按下“0/1转换”和“写确认”按键约2秒将读写组件初始化；③.将自己进实验室后签到时姓名前的序号填入数据记录表第一行，并将其转换成二进制数后填入第二行；④.将磁卡有区域编号的一面朝向自己，沿着箭头标识的方向插入划槽，按照表格中“序号转二进制数”的数据，对