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霍尔效应实验报告

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  下列是免费范文网网我给我们梳理搜集的霍尔效应实验报告,仅作参考。

霍尔效应实验报告1

  实验内容:

  1. 维持 不会改变,使Im从0.50到4.50转变精确测量VH.

  可以利用更改IS和电磁场B的方位清除负面效应。在要求电流量和电磁场正反面方位后,各自精确测量以下四组不一样方位的IS和B组成的VH,即

   B, I

  VH=V1

  —B,

  VH=-V2

  —B, —I

  VH=V3

   B, -I

  VH=-V4

  VH = (|V1| |V2| |V3| |V4|)/4

  0.50

  1.60

  1.00

  3.20

  1.50

  4.79

  2.00

  6.90

  2.50

  7.98

  3.00

  9.55

  3.50

  11.17

  4.00

  12.73

  4.50

  14.34

  画出线型拟合直线图:

  Parameter Value Error

  ------------------------------------------------------------

  A 0.11556 0.13364

  B 3.16533 0.0475

  ------------------------------------------------------------

  R SD N P

  ------------------------------------------------------------

  0.99921 0.18395 9 <0.0001

  2.维持IS=4.5mA ,精确测量Im—Vh关联

  VH = (|V1| |V2| |V3| |V4|)/4

  0.050

  1.60

  0.100

  3.20

  0.150

  4.79

  0.200

  6.90

  0.250

  7.98

  0.300

  9.55

  0.350

  11.06

  0.400

  12.69

  0.450

  14.31

  Parameter Value Error

  ------------------------------------------------------------

  A 0.13389 0.13855

  B 31.5 0.49241

  ------------------------------------------------------------

  R SD N P

  ------------------------------------------------------------

  0.99915 0.19071 9 <0.0001

  基本上达到线形规定。

  2. 分辨种类

  经观查电流量由A’向A流,B越过向时电势差上低高因此自由电子是正电空穴导电性。

  4.测算RH,n,σ,μ

  电磁线圈主要参数=5200GS/A;d=0.50mm;b=4.0mm;L=3.0mm

  取Im=0.450A;由线性拟合所得的直线斜率为3.165(Ω)。

  ;

  B=Im*5200GS/A=2340T;有 Ω。

  若取d的企业为cm;

  磁场单位GS;相位差企业V;电流单位A;电量单位C;带入标值,得RH =6762cm3/C。

  n=1/RHe=9.24E14/cm-3。

  =0.0473(S/m);

  =3.198(cm2/Vs)。

  思考题:

  1、若电磁场不正好与霍尔元件片底法线一致,对测定结论有什么危害,假如用实验方法分辨B与元器件发觉是不是一致?

  答:若磁场力与法线不一致,自由电子不仅在左右方位承受力,前后左右也承受力(为洛仑兹力的2个份量);而大家把洛仑兹力左右方位的份量作为合的洛仑兹力来计算,造成测出的Vh比实际值小。进而,RH偏小,n稍大;σ偏大;μ不受影响。

  可精确测量前后左右2个面的电位差。若不以零,则磁场力与法线不一致。

  2、能不能用霍尔元件片精确测量交替变化电磁场?

  答:不可以,正电荷更替在上下边累积,不容易产生稳定的电位差,因此不太可能精确测量交替变化的电磁场。

霍尔效应实验报告2

  一、试验名字: 霍尔效应基本原理以及运用

  二、试验目地:

  1、掌握霍尔效应造成基本原理;

  2、精确测量霍尔元件的 、 曲线图,掌握霍尔电压 与霍尔元件工作中电流量 、直磁感线的励磁电 间的关联;

  3、学习培训用霍尔元件精确测量磁场强度的基本原理和方式,精确测量直长螺旋钢管径向磁场强度 及遍布;

  4、学习培训用对称性互换测量方法(异号法)清除负面效应造成的系统偏差。

  三、仪器设备用品:YX-04型霍尔效应实验仪(仪器设备财产序号)

  四、实验原理:

  1、霍尔效应状况及物理学表述

  霍尔效应从其本质上讲是运作的带电粒子在电磁场中受洛仑兹力 功效而造成的偏移。当带电粒子(电子器件或空穴)被管束在固态原材料中,这类偏移就致使在垂直电流量和磁场的方向上造成正负电荷的聚集,进而产生额外的横着静电场。针对图1所显示。

  半导体材料试品,若在x方位通以电流量 ,在z方位加电磁场 ,则在y方位即试品A、A′电级两边就逐渐聚集异号正电荷而造成对应的静电场 ,电场的偏向在于试品的导热种类。显而易见,当自由电子受到的横着静电力 时正电荷持续聚集,静电场大力加强,直到 试品两边正电荷的累积就做到均衡,即试品A、A′间产生了比较稳定的电位差(霍尔电压) 。

  设 为霍尔元件静电场, 是自由电子在电流的方向上的均值飘移速率;试品的间距为 ,薄厚为 ,自由电子浓度值为 ,则有:

  (1-1)

  由于 , ,又依据 ,则

  (1-2)

  在其中 称之为霍尔系数,是体现原材料霍尔效应高低的主要主要参数。只需测到 、 及其了解 和 ,可按住式测算 :

  (1-3)

  (1-4)

  为霍尔元件敏感度。依据RH可进一步明确下列主要参数。

  (1)由 的标记(霍尔电压的正负极)分辨试品的导热种类。辨别的办法是按图1所显示的 和 的方位(即精确测量中的 , ),若测出的 <0(即A′的电位差小于A的电位差),则试品属N型,相反为P型。

  (2)由 求自由电子浓度值 ,即 。应当强调,这一表达式是假设全部自由电子都具备同样的飘移速率获得的。严苛一点,考虑到自由电子的速率统计分析遍布,需引进 的校正因素(可参考黄昆、谢希德著《半导体物理学》)。

  (3)融合导电率的精确测量,求自由电子的扩散系数 。导电率 与自由电子浓度值 及其扩散系数 中间有如下所示关联:

  (1-5)

  2、霍尔效应中的副效用以及清除方式

  以上推论是以理想化状况考虑的,实际情况要繁杂得多。造成以上霍尔效应的并且还随造成四种副效用,使 的测定造成系统偏差,如下图2所显示。

  (1)厄廷好森效用造成的电位差 。因为电子器件事实上并不是以同一速率v沿y轴负向健身运动,速率大的电子器件最小转弯半径大,能迅速地抵达触点3的侧边,进而造成3侧边较4侧面集中化较多动能高的电子器件,结论3、4侧边发生温度差,造成温度差感应电动势 。可以证实 。 的正负极与 和 的方位相关。

  (2)能威尔效用造成的电位差 。点焊1、2间回路电阻很有可能不一样,插电发烫水平不一样,故1、2二点间环境温度很有可能不一样,因此造成热扩散系数电流量。与霍尔效应相近,该热扩散系数电流量也会在3、4点间产生电位差 。若只考虑到回路电阻的差别,则 的方位仅与电磁场 的方位相关。

  (3)里纪-勒杜克效用发生的电位差 。以上热扩散系数电流量的自由电子因为速率不一样,依据厄廷好森效用一样的原因,又会在3、4点间产生温度差感应电动势 。 的正负极仅与 的方位相关,而与 的方位不相干。

  (4)不一电势差效用造成的电位差 。因为制作上的难题及材质的不均衡性,3、4二点事实上不太可能在同一等势面上,只需有电流量沿x方位穿过,即使并没有电磁场 ,3、4二点间也会发生电位差 。 的正负极只与电流量 的方位相关,而与 的方位不相干。

  总的来说,在明确的电磁场 和电流量 下,具体测到的工作电压是霍尔效应电压与副效用发生的额外工作电压的代数和。可以根据对称性测量法,即更改 和电磁场 的方位进行清除和减少副效用的危害。在要求了电流量 和电磁场 正、反向后,可以精确测量出由以下四组不一样方位的 和 组成的工作电压。即:

  , :

  , :

  , :

  , :

  随后求 , , , 的解析几何均值非常值得:

  根据以上测量法,尽管不可以解决全部的副效用,但 较小,引进的偏差并不大,可以忽略,因而霍尔效应工作电压 可类似为

  (1-6)

  3、直磁感线中的电磁场遍布

  1、以上研究得知,将插电的霍尔元件置放在电磁场中,已经知道霍尔元件敏感度 ,精确测量出 和 ,就可以测算派出所处电磁场的磁场强度 。

  (1-7)

  2、直螺旋钢管离中心点 处的径向磁场强度基础理论公式计算:

  (1-8)

  式中, 是磁介质的导磁率, 为螺旋钢管的线圈匝数, 为根据螺旋钢管的电流量, 为螺旋钢管的长短, 是螺旋钢管的公称直径, 为离螺旋钢管中心点的间距。

  X=0时,螺旋钢管中心点的磁场强度

  (1-9)

  五、 实验内容:

  精确测量霍尔元件的 、 关联;

  1、将检测仪的“ 调整”和“ 调节”旋纽均置零位(即反方向旋究竟),正负极电源开关挑选置“0”。

  2、接入开关电源,电流计表明“0.000”。有时候, 调整电阻器或 调整电阻器起始点不以零,将发生电流计指示末十位数不以零,亦属正常的。电流表表明“0.0000”。

  3、测量 关联。取 =900mA,保持一致;霍尔元件放置螺旋钢管中心点(二维挪动尺水平方向14.00cm处与读值零点两端对齐)。顺时针方向旋转“ 调整”旋纽, 先后选值为1.00,2.00,…,10.00mA,将 和 正负极电源开关挑选置“ ” 和“-”更改 与 的正负极,纪录对应的电压表读数 值,填写数据信息记录卡1。

  4、以 为横坐标轴, 为纵轴作 图,并对 曲线图作判定探讨。

  5、测量 关联。取 =10 mA ,保持一致;霍尔元件放置螺旋钢管中心点(二维挪动尺水平方向14.00cm处与读值零点两端对齐)。顺时针方向旋转“ 调整”旋纽, 先后选值为0,100,200,…,900 mA,将 和 正负极电源开关择置“ ” 和“-”更改 与 的正负极,纪录对应的电压表读数 值,填写数据信息记录卡2。

  6、以 为横坐标轴, 为纵轴作 图,并对 曲线图作判定探讨。

  精确测量直长螺旋钢管径向磁场强度

  1、取 =10 mA, =900mA。

  2、挪动水准调整螺丝,使霍尔元件在直磁感线中的部位 (水准挪动游尺标上读取),先从14.00cm逐渐,最终到0cm点。更改 和 正负极,纪录对应的电压表读数 值,填写数据信息记录卡3,测算出直螺旋钢管径向相匹配部位的磁场强度 。

  3、以 为横坐标轴, 为纵轴作 图,并对 曲线图作判定探讨。

  4、用公式计算(1-8)测算直长螺旋钢管核心的磁场强度的标准偏差,并与直长螺旋钢管核心磁场强度的检测值 较为,用百分之偏差的方式表明精确测量结论。式中 ,其他主要参数详见仪器设备出厂铭牌所显示。

  六、 常见问题:

  1、为了更好地清除副效用的危害,试验中选用对称性测量方法,即更改 和 的方位。

  2、霍尔元件的运行电流量导线与霍尔电压引线不可以弄错;霍尔元件的运行电流量和磁感线的励磁电要分辨,不然会烧毁霍尔元件。

  3、试验空隙要断掉磁感线的励磁电 与霍尔元件的运行电流量 ,即 和 的正负极电源开关置0位。

  4、霍耳元器件及二维挪动尺非常容易断裂、形变,要留意维护,应特别注意防止压挤、撞击等,不必拿手触碰霍尔元件。

  七、 数据信息纪录:KH=23.09,N=3150匝,L=280mm,r=13mm

  表1 关联 ( =900mA)

  (mV) (mV) (mV) (mV)

  1.00 0.28 -0.27 0.31 -0.30 0.29

  2.00 0.59 -0.58 0.63 -0.64 0.61

  3.00 0.89 -0.87 0.95 -0.96 0.90

  4.00 1.20 -1.16 1.27 -1.29 1.23

  5.00 1.49 -1.46 1.59 -1.61 1.54

  6.00 1.80 -1.77 1.90 -1.93 1.85

  7.00 2.11 -2.07 2.22 -2.25 2.17

  8.00 2.41 -2.38 2.65 -2.54 2.47

  9.00 2.68 -2.69 2.84 -2.87 2.77

  10.00 2.99 -3.00 3.17 -3.19 3.09

  表2 关系 ( =10.00mA)

  (mV) (mV) (mV) (mV)

  0 -0.10 0.08 0.14 -0.16 0.12

  100 0.18 -0.20 0.46 -0.47 0.33

  200 0.52 -0.54 0.80 -0.79 0.66

  300 0.85 -0.88 1.14 -1.15 1.00

  400 1.20 -1.22 1.48 -1.49 1.35

  500 1.54 -1.56 1.82 -1.83 1.69

  600 1.88 -1.89 2.17 -2.16 2.02

  700 2.23 -2.24 2.50 -2.51 2.37

  800 2.56 -2.58 2.84 -2.85 2.71

  900 2.90 -2.92 3.18 -3.20 3.05

  表3 关联 =10.00mA, =900mA

  (mV) (mV) (mV) (mV) B ×10-3T

  0 0.54 -0.56- 0.73 -0.74 2.88

  0.5 0.95 -0.99 1.17 -1.18 4.64

  1.0 1.55 -1.58 1.80 -1.75 7.23

  2.0 2.33 2.37- 2.88 -2.52 10.57

  4.0 2.74 -2.79 2.96 -2.94 12.30

  6.0 2.88 -2.92 3.09 -3.08 12.90

  8.0 2.91 -2.95 3.13 -3.11 13.10

  10.0 2.92 -2.96 3.13 -3.13 13.10

  12.0 2.94 -2.99 3.15 -3.06 13.20

  14.0 2.96 -2.99 3.16 -3.17 13.3

  八、 数据处理方法:(做图用坐标纸)

  九、 试验结论:

  试验说明:霍尔电压 与霍尔元件工作中电流量 、直磁感线的励磁电 间成线形的关联。

  直长螺旋钢管径向磁场强度:

  B=UH/KH*IS=1.33x10-2T

  标准偏差较为偏差为: E=5.3%

精选图文

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