磁阻效应

六.实验结论
可能是B的强度不够大，对于 强磁场的平方关系不明显
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如果将图中a、b端短接，霍尔电场将 不存在，所有电子将向 a端偏转，磁阻效 应更明显。
通常以电阻率的相对改变量来表示磁 阻大小，即用 0表示,其中 0为零 磁场时的电阻率，设磁电阻阻值在磁感应 B 0 强度为B的磁场中电阻率为 B ,则 由于磁阻传感器电阻的相对变化率 R R0 正比于 0 ，这里 R=R(B)-R(0),因此 也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量 R/R(0)来表示磁阻效应的大小。
磁阻效应 实验研究
应物13(1)班 郑秀丽
• 小提示
本实验使用两种材料的传感器， 砷化镓（GaAs) 测量磁感应强度和研究锑 化铟（InSb) 在磁感应强度变化时的电阻， 融合霍尔效应和磁阻效应两种物料现象。
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实验目的 实验仪器 实验原理 仪器介绍 实验内容
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一· 实验目的
• 了解磁阻现象与霍尔效应的关系与区别； • 测量锑化传感器的电阻与磁感应强度的关 系； • 作出锑化铟传感器的电阻变化与磁感应强 度的关系曲线。
二· 实验原理
1.磁阻效应定义 在一定的情况下，导电材料的电阻 值R随磁感应强度B的变化规律称为磁 阻效应。
2.理论原理 如图所示，当材料处于磁场中时，导体 或半导体的载流子将受洛伦磁力的作用发 生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍尔 电场。如霍尔电场作用和某一速度的载流 子的洛伦磁力作用刚好抵消，那么小于或 大于该速度的载流子将发生偏转，因而沿 外加电场方向运动的载流子数目将减少， 电阻增大，表现出横向磁阻效应。

3.公式推导 若外界交流磁场的磁感应强度B为
B B0 cost
式中， B0 为磁感应强度的振幅； t为时间。设在若磁场中，
（ 1）

为角频率；
R R0 kB
2
（2）
式中， k为常量。假设电流恒定为
I0 。
由式（1）和式（2）可得 R(B)=R(0)+ R =R(0)+R(0)
R R 0
=R(0)+R(0)k
B cos t
2 0 2
1 2 1 2 t 3） =R(0)+ R 0 kB 0 + R 0 kB 0 cos 2 （ 2 2
1 2 R0 kB 0 为不随时间 2 1 2 R 0 kB t 变化的电阻值，而 2 0 cos 2
上式中 R0
• 实验证明
当金属或半导体处于较弱磁场中时，一 般磁阻传感器电阻相对变化率 R R0 正比 2 于 B ,而在强磁场中 R R0 与磁感应强 度 B呈线性函数关系。 磁阻传感器的上述特性在物理学和电 子学方面有着重要应用。
如果半导体材料磁阻传感器处于 角频率为 的弱正弦波交流磁场中， 由于磁电阻相对变化量 R R0 2 正比于B ,那么磁阻传感器的电阻R将 随 角频率2 作周期性变化。即在弱正弦 波交流磁场中磁阻传感器具有交流电 倍频性能。
• 记录对应数据并绘制电磁铁 B I M 关系磁化 曲线
注：由霍尔元件的原理可知，磁场B 的计算公式是：
VH B KI S
2.测量电磁铁气隙磁场沿水平方向的分布 调节励磁电流 I M 500mA, I S 5.00mA 时，测量霍尔输出电压 VH 与水平位置 X的关系。
根据数据作B-X曲线
（2）按上述步骤，逐步增加励磁电流， 改变 I 2 ，在基本保持 V2 800.0mV 不变的情况下，重复以上过程，将数 据记录到自拟的表各中。
• 根据数据作B R
R0 关系曲线
（3）观察并分析曲线中描述变量间的函数关 系，分段研究非线性与线性区域的函数关 系，用最小二乘法求出变量间的相关系数 及函数表达式。
V
Fra Baidu bibliotek
=V（0）+ V cos2t
四.仪器介绍
仪器的面板结构如图：
磁阻效应实验连接图
五.实验内容
1.测定励磁电流和磁感应强度的关系 测量励磁电流 I M 和 U H 的关系。按面板图， 把各相应连接线接好。 测试开始时，可调节 I M 0m A ,处于 零磁场状态，调节左边霍尔传感器位置，使 霍尔传感器在电磁铁气隙最外边，离气隙中 心约20mm。调霍尔工作电流 I S 5.00m， A
3.测量磁感应强度和磁阻变化的关系 (1)调节传感器位置，使传感器 印刷板上0刻度对准电磁铁上中间基 准线，把励磁电流先调节为0，释放 K1,K2,按下K3,K4打向上方。
在无磁场的情况下，调节磁阻工 作电流 I 2 ，使仪器数字式毫伏表显示 电压V2 800.0mV 记录此时的 I 2 数值， 此时按下K1,K2,记录霍尔输出电压VH ， 改变K4方向再测一次VH 值，依次记录数 据。各开关回复原状。
预热５分钟后，测量霍尔传感器的不 等位电压 V0 1.8mV 然后调节左边霍尔传 感器位置，使传感器印板上０刻度对准电 磁铁上中间基准线，面板上继电器控制按 钮开关Ｋ１和Ｋ２均按下。调励磁电流I M 为0，100，200，300，400，…， 1000mA。记录对应数据并绘制电磁铁 B I M 关系磁化曲线。
为以角频率 2 作余弦变化的电阻值。 因此，磁阻传感器的电阻值在弱正弦 波交流磁场中，将产生倍频交流电阻 值的变化。
由式（3）可知磁阻上的分压为B振荡频率 两倍的交流电压和一直流电压的叠加。 V（ B） = I 0 R B
1 1 2 = I 0 R0 R0kB0 + I 0 R0 kB 02 cos 2t 2 2