大学物理实验霍尔效应(课堂PPT)
合集下载
霍尔效应原理图ppt课件
40
霍尔式压力传感器
磁钢
霍尔元件
N S
S N 波登管 压力P
图9-9 霍尔压力传感器结构原理图
41
霍尔式压力传感器由两部分组 成：一部分是弹性敏感元件的 波登管用以感受压力P，并将P 转换为弹性元件的位移量x， 即x＝KPP，其中系数KP为常数。 另一部分是霍尔元件和磁系统， 磁系统形成一个均匀梯度磁场， 如右图所示，在其工作范围内， B＝KBx，其中斜率KB为常数； 霍尔元件固定在弹性元件上， 因此霍尔元件在均匀梯度磁场 中的位移也是x。
34
理想情况下，不等位电 势 UM=0 ，对应于电桥的平衡 状态，此时R1＝R2＝R3＝R4。 如果霍尔元件的 UM≠0 ， 则电桥就处于不平衡状态， 此时R1、R2、R3、R4的阻值有 差异， UM 就是电桥的不平衡 输出电压。 只要能使电桥达到平衡 的方法都可作为不等位电势 的补偿方法。
35
（一）基本补偿电路
27
合理选择负载电阻
如上图所示，若霍尔电势输出端接负载电阻RL， 则当温度为T时，RL上的电压可表示为： RL UL UH RL R0 式中 R0—霍尔元件的输出电阻。
28
当温度由T变为T+ΔT时，则RL上的电压变为 RL U L U L U H (1 T ) RL R0 (1 T )
需施加极高的电压才能产生很小 的电流。因此霍尔元件一般采用N 型半导体材料
10
2）霍尔电压UH与元件的尺寸有关。 高，所以霍尔元件的厚度都比较薄， 但d太小，会使元件的输入、输出电 阻增加。 霍尔电压UH与控制电流及磁场强 度成正比，当磁场改变方向时，也改 变方向。
11
d 愈小，KH 愈大，霍尔灵敏度愈
实验九霍尔效应实验优秀课件
• 霍尔电势
实验九霍尔效应实验优秀课件
6
电磁特性
• 霍尔输出与磁场（恒定或交变）之间的 关系
实验九霍尔效应实验优秀课件
7
霍尔元件的基本驱动电路
• .霍尔元件的基
本驱动电路如下 图所示。
恒流驱动或恒压驱动电路
实验九霍尔效应实验优秀课件
8
六、电路原理
+2V
直
流
稳
r
压 W1 电
源
-2V
+ _感器
实验九霍尔效应实验优秀课件
2
三、实验应知知识
霍尔传感器是一种基于霍尔效应的传感器。本实验 所用的霍尔传感器，由两个产生梯度磁场的环形磁 钢和霍尔元件组成。霍尔元件通以恒定电流时，霍 尔电势的大小正比于磁场强度，当霍尔元件在梯度 磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V取决于其 在磁场中的位移量，所以测得霍尔电势的大小便可 获知霍尔元件的静位移。
实验九霍尔效应实验优秀课件
3
四、实验器材
霍尔片、磁路系统、差动放大器、电桥、移相器、 相敏检波器、低通滤波、低频振荡器、音频振荡 器、振动平台、主、副电源、激振线圈、双线示 波器。
实验九霍尔效应实验优秀课件
4
五、实验原理
实验九霍尔效应实验优秀课件
5
• 工作原理
• 若在如图所示的金属或半导体薄片两端通以控制 电流 I，在与薄片方向上施加磁感应强度为 B 的 磁场，那么在垂直于电流和磁场方向的薄片的另 两侧会产生电动势 ，的大小正比于控制电流 I 和磁感应强度 B，这一现象称为霍尔效应，利用 霍尔效应制成的传感元件称霍尔传感器。
一、实验目的：
1. 了解霍尔式传感器的原理与特性； 2. 了解霍尔式传感器在静态测量中的应用； 3. 了解交流激励霍尔片的特性； 4. 了解霍尔式传感器在振动测量中的应用。
实验九霍尔效应实验优秀课件
6
电磁特性
• 霍尔输出与磁场（恒定或交变）之间的 关系
实验九霍尔效应实验优秀课件
7
霍尔元件的基本驱动电路
• .霍尔元件的基
本驱动电路如下 图所示。
恒流驱动或恒压驱动电路
实验九霍尔效应实验优秀课件
8
六、电路原理
+2V
直
流
稳
r
压 W1 电
源
-2V
+ _感器
实验九霍尔效应实验优秀课件
2
三、实验应知知识
霍尔传感器是一种基于霍尔效应的传感器。本实验 所用的霍尔传感器，由两个产生梯度磁场的环形磁 钢和霍尔元件组成。霍尔元件通以恒定电流时，霍 尔电势的大小正比于磁场强度，当霍尔元件在梯度 磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V取决于其 在磁场中的位移量，所以测得霍尔电势的大小便可 获知霍尔元件的静位移。
实验九霍尔效应实验优秀课件
3
四、实验器材
霍尔片、磁路系统、差动放大器、电桥、移相器、 相敏检波器、低通滤波、低频振荡器、音频振荡 器、振动平台、主、副电源、激振线圈、双线示 波器。
实验九霍尔效应实验优秀课件
4
五、实验原理
实验九霍尔效应实验优秀课件
5
• 工作原理
• 若在如图所示的金属或半导体薄片两端通以控制 电流 I，在与薄片方向上施加磁感应强度为 B 的 磁场，那么在垂直于电流和磁场方向的薄片的另 两侧会产生电动势 ，的大小正比于控制电流 I 和磁感应强度 B，这一现象称为霍尔效应，利用 霍尔效应制成的传感元件称霍尔传感器。
一、实验目的：
1. 了解霍尔式传感器的原理与特性； 2. 了解霍尔式传感器在静态测量中的应用； 3. 了解交流激励霍尔片的特性； 4. 了解霍尔式传感器在振动测量中的应用。
霍尔效应实验PPT课件
势差，所以霍尔片要用半导体材料做成，而不用金属材料做霍尔片。
另外载流子浓度的大小受温度的影响较大，所以要注意消除温度的影响。
还有，霍尔电压
U
与通过霍尔片的工作电流和电荷所受的磁场
H
B的乘积成正
比，与霍尔片厚度 成d 反比，霍尔片厚度 越d 小，霍尔电动势就越大，所以制
作霍尔片时往往采用减小 的d 办法来增加霍尔电动势，从而提高灵敏度。 10
17
注意事项： ●霍尔元件轻脆易碎，必须防止受压、挤、扭、碰撞
等。本实验中霍尔片位置已调好!请不要再调动位置！ ●霍尔元件的工作电流和电磁铁的励磁电流要严格区
分，绝不能接错！ ●实验前先将两旋钮逆时针方向旋转到底，实验时再根
据要求慢慢调至所需量程！ ●实验过程中要避免霍尔元件长时间受热！
18
实验内容与步骤
表2
IS 2.00mA
IM
（A）
U1(mV) IS , B
U 2 (mV) IS ,B
U 3(mV) IS ,B
U 4(mV) IS ,B
UH
1 4
(U1
U2
U3
U4 )(mV)
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0.700
21
霍尔效应实验
1
实验目的 1、了解霍尔效应实验原理以及有关霍尔器件对材料
要求的知识；
2、研究霍尔电压UH 与工作电流 IS及霍尔电压 UH 与励磁电流IM之间的关系；（即 U H IS ，UH IM ）
3、掌握用作图法求霍尔系数RH 的方法，由RH 符号 或霍尔电压的正负判断样品的导电类型,并求出载流 子浓度;
《霍尔效应实验》课件
电源
磁铁
测量尺
导线 记录本
搭建实验装置
01
将霍尔效应测试仪放置 在平稳的工作台上，确 保测试仪固定。
02
使用导线将电源与霍尔 效应测试仪连接，确保 电源正负极正确连接。
03
将磁铁放置在测试仪的 适当位置，以便产生稳 定的磁场。
04
调整测试仪的灵敏度， 确保测量结果准确。
开始实验并记录数据
打开电源，观察霍尔 效应测试仪的读数， 记录初始数据。
《霍尔效应实验》ppt课件
目 录
• 实验目的 • 实验原理 • 实验步骤 • 结果分析 • 实验总结与展望
01
实验目的
掌握霍尔效应原理
霍尔效应
当电流垂直于外磁场通过导体时，在 导体垂直于磁场和电流方向的两个端 面之间会出现电势差，这一现象便是 霍尔效应。
霍尔系数与载流子类型
霍尔常数与载流子浓度
大小。
测量误差与精度
了解影响测量误差和精度的因素 ，如温度、电流稳定性等。
了解霍尔效应在日常生活中的应用
01
02
03
磁场测量
利用霍尔效应可以测量磁 场的大小和方向，广泛应 用于地球磁场测量、磁力 探矿等领域。
位置传感器
利用霍尔元件可以制作出 各种位置传感器，如接近 开关、转速传感器等。
电子罗盘
基于霍尔效应的电子罗盘 可以用来指示方向，具有 体积小、精度高等优点。
了解了霍尔元件在生产和生活中的应 用。
学会了使用霍尔效应测量仪进行数据 测量和记录。
提高了自己的实验技能和数据处理能 力。
实验中存在的问题与不足
部分同学对实验原理理解不够深入，操作不够熟练。
部分同学在数据处理方面存在一定困难，需要加强练习 。
霍尔效应专题教育课件
背景简介
分数量子霍尔效应
崔琦
Horst Stormer
用高纯度半导体材料，在超低温 环境：仅比绝对零度高十分之一 摄氏度（约－273℃），超强磁 场：当于地球磁场强度100万倍 研究量子霍尔效应时发觉了分数 量子霍尔效应，这个发觉使人们
对量子现象旳认识更进一步。
Robert Laughlin
构造出了分数量子霍尔系统旳解 析波函数，给分数量子霍尔效应 作出了理论解释
fe eEH
（3）（此力方向向上）
电子受到电场力 fe 和磁场力 fB 旳作用，一方面使电
子向下偏移，另一方面电子又受到向上旳阻碍电子向下偏移
旳力。因为这两个力旳作用所以电子在半导体试样侧面旳积
累不会无限止地进行下去：在开始阶段，电场力比磁场力小，
电荷继续向侧面积累，伴随积累电荷旳增长，电场力不断增
霍尔效应中旳负效应
能斯特效应
沿x方向通以电流，两端电极与样品旳 接触电阻不同而产生不同旳焦耳热，致 使x方向产生温度梯度，这一温度梯度 引起一附加旳纵向热扩散电流，在磁场 旳作用下，从而在y轴方向产生横向电 位差，为能斯特电压。
ＵN∝Ｑx·Ｂz
ＵN方向只与Ｂ方向有关。
霍尔效应中旳负效应
里吉-勒迪克效应
4、当代汽车工业上应用
汽车上广泛应用旳霍尔器件就涉及：信号传感器、 ABS系统中旳速度传感器、汽车速度表和里程表、液体 物理量检测器、多种用电负载旳电流检测及工作状态诊 疗、发动机转速及曲轴角度传感器、多种开关等。
例如用在汽车开关电路上旳功率霍尔电路，具有 克制电磁干扰旳作用。因为汽车旳自动化程度越高，微 电子电路越多，就越怕电磁干扰。而汽车上有许多灯具 和电器件在开关时会产生浪涌电流，使机械式开关触点 产生电弧，产生较大旳电磁干扰信号。采用功率霍尔开 关电路就能够减小这些现象。
霍尔效应实验71585-PPT课件
得
V 1 4 ( V V V V ) V H 1 2 3 4 E
因为 ，所以 V V E H
V 1 4 ( V V V V ) H 1 2 3 4
四、实验内容
1. 测量霍尔电压 V H测量霍尔电压V H 与工作电流 I
v IS nebd
将
V vbB代入 v IS nebd可得
H
可改写为
vISB ned
V RI B d KI B H S S
就是霍尔系数 R 1ne
（1）爱廷豪森效应
• 1887年爱廷豪森发现，由于载流子的速度服从统计 分布，它们在磁场的作用下，速度大的受到的洛仑兹 力大，绕大圆轨道运动，速度小则绕小圆轨道运动， 这样导致霍尔元件的一端较另一端具有较多的能量而 形成一个横向的温度梯度。因而产生温差效应，形成 电势差，记为 V E ， 的大小与正负符号与I、B的大小 和方向有关，跟 V H 与I、B的关系相同，所以不能在测
量中消除。
（2）伦斯脱效应
• 由图所示由于输入电流端引线a、b点处的电阻不相 等，通电后发热程度不同，使a和b两端之间出现热扩 散电流，在磁场的作用下，在c、e两端出现横向电场， VN 由此产生附加电势差，记为 。其方向与 无关，只 IH 随磁场方向而变。 4 e 1 a
IH
b c 3
2
（3）里纪-勒杜克效应
4. 计算霍尔元件的霍尔灵敏 K
H
。
思考题
1. 霍尔元件都用半导体材料制成而不用金属材 料，为什么？
2. 为提高霍尔元件的灵敏度你将采用什么办法？
3．学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统 误差。
二、实验仪器
霍尔效应测试仪
霍尔效应实验仪
V 1 4 ( V V V V ) V H 1 2 3 4 E
因为 ，所以 V V E H
V 1 4 ( V V V V ) H 1 2 3 4
四、实验内容
1. 测量霍尔电压 V H测量霍尔电压V H 与工作电流 I
v IS nebd
将
V vbB代入 v IS nebd可得
H
可改写为
vISB ned
V RI B d KI B H S S
就是霍尔系数 R 1ne
（1）爱廷豪森效应
• 1887年爱廷豪森发现，由于载流子的速度服从统计 分布，它们在磁场的作用下，速度大的受到的洛仑兹 力大，绕大圆轨道运动，速度小则绕小圆轨道运动， 这样导致霍尔元件的一端较另一端具有较多的能量而 形成一个横向的温度梯度。因而产生温差效应，形成 电势差，记为 V E ， 的大小与正负符号与I、B的大小 和方向有关，跟 V H 与I、B的关系相同，所以不能在测
量中消除。
（2）伦斯脱效应
• 由图所示由于输入电流端引线a、b点处的电阻不相 等，通电后发热程度不同，使a和b两端之间出现热扩 散电流，在磁场的作用下，在c、e两端出现横向电场， VN 由此产生附加电势差，记为 。其方向与 无关，只 IH 随磁场方向而变。 4 e 1 a
IH
b c 3
2
（3）里纪-勒杜克效应
4. 计算霍尔元件的霍尔灵敏 K
H
。
思考题
1. 霍尔元件都用半导体材料制成而不用金属材 料，为什么？
2. 为提高霍尔元件的灵敏度你将采用什么办法？
3．学习用“对称交换测量法”消除负效应产生的系统 误差。
二、实验仪器
霍尔效应测试仪
霍尔效应实验仪
《霍尔效应及应用》课件
磁流体发电原理
磁流体发电是一种高效、清洁的发电方式，利用高温、高速的离子或等离子体流 过强磁场时产生的洛伦兹力，使带电粒子与磁场相互作用，产生电能。
磁流体发电装置
磁流体发电装置主要包括燃烧室、磁体、电极和冷却系统等部分。燃烧室产生高 温、高速的离子或等离子体流，穿过强磁场区域，在电极上产生电压和电流。
核磁共振成像（MRI）
利用磁场梯度变化产生的霍尔效应，实现人体内部结构的无创、 无痛、无辐射的成像。
超声波成像
通过检测声波在人体组织中的传播速度和方向变化，利用霍尔效应 分析声波的传播特性，实现医学成像。
磁场感应成像
利用磁场感应技术，通过测量人体内部磁场变化产生的霍尔效应， 实现高分辨率的医学成像。
。
生物学中的应用
生物磁场测量
利用磁场感应技术，测量生物体 内磁场变化产生的霍尔效应，研 究生物磁场的分布和变化规律， 为生物医学研究提供重要依据。
生物电信号检测
通过测量生物电信号的变化，利 用霍尔效应分析生物电信号的传 播特性和生理机制，为生物医学 研究和临床诊断提供技术支持。
02
在汽车工业中，霍尔元 件用于发动机控制、气 囊安全系统、ABS防抱 死系统等。
03
在新能源领域，霍尔元 件用于光伏逆变器、风 力发电系统的电流和磁 场检测。
04
在智能家居领域，霍尔 元件用于智能电表、智 能家居控制系统的传感 器模块。
01
霍尔效应在磁流体 发电和磁悬浮列车
中的应用
磁流体发电原理及装置
《霍尔效应及应用》 ppt课件
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
目录CONTENTS
• 霍尔效应简介 • 霍尔效应的实验研究 • 霍尔效应在电子学中的应用 • 霍尔效应在磁流体发电和磁悬浮列
磁流体发电是一种高效、清洁的发电方式，利用高温、高速的离子或等离子体流 过强磁场时产生的洛伦兹力，使带电粒子与磁场相互作用，产生电能。
磁流体发电装置
磁流体发电装置主要包括燃烧室、磁体、电极和冷却系统等部分。燃烧室产生高 温、高速的离子或等离子体流，穿过强磁场区域，在电极上产生电压和电流。
核磁共振成像（MRI）
利用磁场梯度变化产生的霍尔效应，实现人体内部结构的无创、 无痛、无辐射的成像。
超声波成像
通过检测声波在人体组织中的传播速度和方向变化，利用霍尔效应 分析声波的传播特性，实现医学成像。
磁场感应成像
利用磁场感应技术，通过测量人体内部磁场变化产生的霍尔效应， 实现高分辨率的医学成像。
。
生物学中的应用
生物磁场测量
利用磁场感应技术，测量生物体 内磁场变化产生的霍尔效应，研 究生物磁场的分布和变化规律， 为生物医学研究提供重要依据。
生物电信号检测
通过测量生物电信号的变化，利 用霍尔效应分析生物电信号的传 播特性和生理机制，为生物医学 研究和临床诊断提供技术支持。
02
在汽车工业中，霍尔元 件用于发动机控制、气 囊安全系统、ABS防抱 死系统等。
03
在新能源领域，霍尔元 件用于光伏逆变器、风 力发电系统的电流和磁 场检测。
04
在智能家居领域，霍尔 元件用于智能电表、智 能家居控制系统的传感 器模块。
01
霍尔效应在磁流体 发电和磁悬浮列车
中的应用
磁流体发电原理及装置
《霍尔效应及应用》 ppt课件
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
目录CONTENTS
• 霍尔效应简介 • 霍尔效应的实验研究 • 霍尔效应在电子学中的应用 • 霍尔效应在磁流体发电和磁悬浮列
《霍尔效应测量磁场》课件
洛伦兹力
洛伦兹力是带电粒子在磁场中受到的力，其方向 与磁场方向和带电粒子运动方向均垂直。
洛伦兹力的大小与带电粒子的电荷量和速度成正 比，与磁感应强度成正比。
在霍尔效应中，洛伦兹力导致电子在磁场中偏转 ，从而产生霍尔电压。
霍尔电压的产生
01 当电流通过半导体材料时，电子在磁场中 受到洛伦兹力的作用，产生偏转。
数据处理能力需提
高
在分析实验数据时，我们发现数 据处理的技巧和统计学知识有所 欠缺，建议加强相关方面的培训 。
仪器使用需规范
在操作过程中，部分同学对仪器 的使用不够规范，导致测量结果 存在误差，建议加强仪器使用的 培训和指导。
对未来研究的展望
探索更多应用场景
希望未来能够将霍尔效应测量磁场技术应用于更多领域， 如生物学、医学等，为相关领域的研究提供新的方法和思 路。
霍尔元件
利用霍尔效应制成的测量磁场的 器件称为霍尔元件。
霍尔效应的发现历史
1879年，美国物理学家E.H.霍尔在实 验中发现，当电流垂直于外磁场通过 导体时，导体中产生横向电势差。
1881年，德国物理学家C.F.高斯在实 验中发现，当电流垂直于外磁场通过 导体时，导体中产生横向磁通量。
1880年，法国物理学家J.E.贝脱勒在 实验中发现，当电流垂直于外磁场通 过导体时，导体中产生横向磁通量。
提高实验技能
实验过程中，我们学会了使用精密的测量仪器， 如电压表、电流表等，以及如何调整实验参数， 提高了实验操作技能。
培养探究精神
实验中遇到问题时，我们学会了独立思考、团队 协作，积极寻找解决问题的方法，培养了科学探 究的精神。
本实验的不足与改进建议
实验时间紧张
由于实验操作较为复杂，我们在 规定的时间内未能完成所有步骤 ，建议增加实验时间或优化实验 流程。
《霍尔效应实验》课件
数据处理
根据实验数据绘制霍尔电压与电流、 磁场强度的关系图，并进行分析。
结果解释
根据实验结果解释霍尔效应的原理， 并探讨其在现代科技中的应用。
04 霍尔效应的应用
磁场测量
霍尔效应传感器
利用霍尔元件测量磁场，可以用于测量磁场的强度和方向，广泛应用于地质勘 查、导航、电机控制等领域。
磁通量密度测量
通过测量磁通量密度，可以了解材料的磁性能，对于材料科学和物理学研究具 有重要意义。
具有高灵敏度、高线性度、高重 复性和低功耗等优点，能够测量 微弱的磁场和电流。
03 霍尔效应实验步骤
实验准备
实验器材
霍尔效应测量仪、电源、 导线、磁铁、测量尺等。
实验原理
霍尔效应是指当电流通过 磁场中的导体时，在导体 两端产生横向电势差的现 象。
安全注意事项
确保电源电压在安全范围 内，避免电流过大导致设 备损坏或人员伤亡。
霍尔效应的重要性
霍尔效应的应用广泛，涉及到磁场测量、电流测量、电机控制、电子开关等方面。
在现代科技领域，霍尔效应的应用已经渗透到各个领域，如汽车工业、航天航空、 医疗器械等。
霍尔效应的发现和研究推动了物理学和电子工程学科的发展，为人类科技进步做出 了重要贡献。
02 霍尔效应实验原理
洛伦兹力
洛伦兹力
《霍尔效应实验》课件
目录
• 霍尔效应简介 • 霍尔效应实验原理 • 霍尔效应实验步骤 • 霍尔效应的应用 • 实验注意事项 • 参考文献
01 霍尔效应简介
霍尔效应的定义
01
02
03
霍尔效应
在磁场中，当电流通过导 体时，会在垂直于电流和 磁场的导体侧产生电动势 的现象。
霍尔电压
《霍尔效应及其应用》课件
学习建议
深入理解霍尔效应的原理
学习霍尔元件的应用实例
为了更好地理解和应用霍尔效应，建议学 习者深入了解洛伦兹力、载流子迁移等概 念，以及它们在霍尔效应中的作用。
通过学习霍尔元件在不同领域的应用实例 ，可以加深对霍尔效应的理解，并了解其 实际应用价值。
实验操作与数据分析
关注霍尔效应的最新研究进展
建议学习者通过实验操作来验证霍尔效应 ，并学会对实验数据进行处理和分析，以 提高实验技能和数据处理能力。
详细描述
利用霍尔效应可以制造高稳定性的磁场传感器和电流传感器，用于信息存储、通信、雷达等领域，提高信息传输 的可靠性和稳定性。
05
总结
本章重点
霍尔效应的基本原理
霍尔效应是指当电流通过某些半导体材料时，会 在垂直于电流的方向上产生一个横向的电压差， 这个现象的原理涉及到洛伦兹力、载流子迁移等 概念。
测量电流
霍尔效应还可以用来测量电流，其原理是当电流通过一个导 体时，会产生一个垂直于电流方向的磁场，这个磁场的大小 与电流的大小成正比。因此，通过测量这个磁场的大小，就 可以推算出电流的大小。
霍尔电流传感器具有测量范围广、精度高、线性度好等优点 ，因此在电力电子、电机控制、开关电源等领域有广泛应用 。
。
磁场发生器
产生恒定或可调的磁场 ，以观察霍尔电压的变
化。
测量仪表
电压表、电流表等，用 于测量霍尔电压和电流
。
实验步骤
连接电路
将电源、磁场发生器、霍尔元 件和测量仪表按照电路图正确 连接。
测量数据
使用测量仪表记录不同磁场强 度下霍尔电压和电流的数据。
准备实验器材
根据实验需求选择合适的霍尔 元件、电源、磁场发生器和测 量仪表。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
霍尔效应实验
黑龙江大学普通物理实验室
.
1
霍尔（ A.H.Hall ）
霍尔效应是美国物理学家 霍尔（A.H.Hall，1855—1938） 于1879年在美国霍普金斯大学 读研究生期间,研究关于载流导 体在磁场中的受力性质时发现 的一种现象。
A.H.Hall（1855～1938）
.
2
霍尔效应（Hall effect ）
A'
v B
IS
A
.
1返7 回
厄廷豪森效应
1887年厄廷豪森发现，由于载流子的速度不相等，它 们在磁场的作用下，速度大的受到的洛仑兹力大，绕大圆 轨道运动，速度小则绕小圆轨道运动，这样导致霍尔元件 的一端较另一端具有较多的能量而形成一个横向的温度梯 度决于。因Bv 和而产I S 的生方温向差。效可应判，断形出成V电E 和势V差H 始，终记同为向V E。，其方向取
在需要调节霍尔片位置时，必须谨慎，切勿随意改变Y轴方向的高度，以 免霍尔片与磁极面摩擦而受损。
决不允许将“IM输出”接到“IS输入”或“VH、Vσ输出”处，否则， 一旦通电，霍尔样品即遭损坏。
测量Vσ时， IS不宜过大，以免数字电压表超量程，通常IS取为0.2mA 左右。
.
12
.
13
最小二乘法（直线拟合y=A’+B’x）
如果在一块矩形半导
体薄片上沿x轴方向通以电
流 则，在Bv 在垂z直轴于方电向上流加和磁磁场场
， 的
方向（即y 轴方向）上产生
电势差，这一现象称为霍
尔效应,所产生的电压称为
霍尔电压。
VH
v B
y
z
x
IS
.
3
霍尔效应（Hall effect ）
半导体：N型—载流子是电子；P型—载流子是空穴
有一N型半导体薄片：厚为d，宽为b，A’C’电极间距为l
.
1返8 回
能斯特效应
由图所示由于输入电流端引线D、E点处的电阻不相等，
通电后发热程度不同，使D和E两端之间出现热扩散电流，
在磁场的作用下，在A、A’两端出现横向电场，由此产生
附加电势差，记为 变。
V。其方向与 N
无I S 关，只随磁场方向而
v B
用斜率B’计算霍尔系数RH。 判断材料的导电类型（N型P型）。
VH B' IS
VH
RH
IS B d
B'? RH ?
.
10
数据处理
计算载流子浓度（单位体积内含有载流子的个数，单位 m 3）
n 3 1 8 R He
e1.60221019C
计算电导率（描述物体的导电能力，是电阻率的倒数。单位：西门子/米
截距 A'yB'x
斜率 B ' x y xy
x 2 x2
相关系数 r
xyx y
(x2 x2)(y2 y2)
如果相关系数|r|趋于1，说明VH和IS线性关系好，截距A’趋
于0，说明VH和IS是正比关系，有
因为
VH B' IS
VH
RH
IS B d
RH ?
.
1返4 回
最小二乘法（直线拟合y=A’+B’x ）
设置状态 清除内存 输入数据
截距A’ 斜率B’ 相关系数r
MODE MODE 2 1 SHIFT AC = x1 ， y1 M+ x2 ， y2 M+ …… xn ， yn M+ SHIFT 7 = SHIFT 8 = SHIFT ( =
2位，单位 4位，单位
保留至不为 9的数
.
1返5 回
霍尔效应（Hall effect ）
在零磁场下（怎样获得零磁场？），
橙
取 IS 0.20mA ，测量 V 。
A
NC
VH
注 意 :IS 取 值 不 要 大 于 0.20mA ， 以 免
过大，毫伏表超量程。
IS ( )
V ( )
.
V
+ mV -
VH V 输出
9
数据处理
记录B0、IM，计算磁感应强度B (计算过程)。
记录霍尔片几何参量b、d、l(122页)。 用最小二乘法处理数据，记录截距A’，斜率B’，相关系数r。
P型半导体
y
z
x
v
A'
B
v B
IS v
mV
EH
A
C'
v
F e vv
v
Fm
IS
C
VH 0
.
1返6 回
不等势电压
不等势电压是由于霍尔元件的材料本身不均匀，以 及电压输入端AA’引线在制作时不可能绝对对称地焊接在 霍尔片的两侧。因此，当电流I S 流过霍尔元件时，在电 极AA’间也具有电势差，记V 0 为 ，其方向只I S 随 方向不同 而改变，与磁场方向无关。因此V 0 ， 可通过改I S 变 方向予 以消除。
(S/m)）
ISl |V | bd
计算迁移率（是指载流子（电子和空穴）在单位电场作用下的平均漂移
速度，即载流子在电场作用下运动速度的大小的量度，运动得快，迁移率
大；运动得慢，迁移率小。单位 m 2 /(V s)）
ne
.
11
注意事项
霍尔片性脆易碎，电极甚细易断，严禁撞击或用手触摸m，否3 则易遭损坏。
二乘法处理数据，计算霍尔系数RH ，计算载流子浓度n。
电磁铁
励磁电流 I M ， 电磁铁常数 B0***kGS/A 电磁铁磁感应强度 BB0IM(kGS) B的国际单位：特斯拉T，单位换算 1GS104T
.
8
实验内容
2.测A’C’间电压 V， 计算电导率 ， 迁移率 。
A'
C'
黄 V 白
将实验仪“VHV 输出”开关倒V向 D，红 霍尔片 黑 E
橙
A
NC
VH
y
z
x
-IS
V
+-
+ mV -
IS输入
VH. V 输出
6
仪器介绍 霍尔效应测试仪
VH Vσ（mV）
IS （mA） IM(A）
输 出
-3.21
.123
输 出
SH
IM IS
VH Vσ输入
IS调节
IM调节
.
7
实验内容
1.测量霍尔电压,计算霍尔系数
VH
RH
IS B d
RH —霍尔系数
保持IM值不变,（取IM =0.600A），改变IS，测量VH，用最小
不等势电压V0 厄廷豪森效应VE 能斯特效应VN 里纪-勒杜克效应VRL .
副效应的消除方法 用对称测量法测量
+B,+IS -B,+IS -B,-IS +B,-IS
VAA’=V1 VAA’=V2 VAA’=V3 VAA’=V4
VH
V1V2
V3 4
V4
5
仪器介绍
霍尔片
+IS
A'
C'
黄 V 白
红
D
霍尔片 黑 Ey源自A'C'
z
xv
B
V
l
VVVAAAAH 000 mV
IS
v
vvB
v
Fe
v
b
EH
v
Fm
IS d
A
C
P型半导体
.
洛伦兹力
F vmevvB v
电场力
vv Fe -eEH
动态平衡时 vv FmFe0
霍尔电场
v EH
霍尔电压 V H
4
测量霍尔电压
A'
v
B
v B
IS
VAA’ mV
C'
y
z
x
IS
A
C
实验中的副效应：
黑龙江大学普通物理实验室
.
1
霍尔（ A.H.Hall ）
霍尔效应是美国物理学家 霍尔（A.H.Hall，1855—1938） 于1879年在美国霍普金斯大学 读研究生期间,研究关于载流导 体在磁场中的受力性质时发现 的一种现象。
A.H.Hall（1855～1938）
.
2
霍尔效应（Hall effect ）
A'
v B
IS
A
.
1返7 回
厄廷豪森效应
1887年厄廷豪森发现，由于载流子的速度不相等，它 们在磁场的作用下，速度大的受到的洛仑兹力大，绕大圆 轨道运动，速度小则绕小圆轨道运动，这样导致霍尔元件 的一端较另一端具有较多的能量而形成一个横向的温度梯 度决于。因Bv 和而产I S 的生方温向差。效可应判，断形出成V电E 和势V差H 始，终记同为向V E。，其方向取
在需要调节霍尔片位置时，必须谨慎，切勿随意改变Y轴方向的高度，以 免霍尔片与磁极面摩擦而受损。
决不允许将“IM输出”接到“IS输入”或“VH、Vσ输出”处，否则， 一旦通电，霍尔样品即遭损坏。
测量Vσ时， IS不宜过大，以免数字电压表超量程，通常IS取为0.2mA 左右。
.
12
.
13
最小二乘法（直线拟合y=A’+B’x）
如果在一块矩形半导
体薄片上沿x轴方向通以电
流 则，在Bv 在垂z直轴于方电向上流加和磁磁场场
， 的
方向（即y 轴方向）上产生
电势差，这一现象称为霍
尔效应,所产生的电压称为
霍尔电压。
VH
v B
y
z
x
IS
.
3
霍尔效应（Hall effect ）
半导体：N型—载流子是电子；P型—载流子是空穴
有一N型半导体薄片：厚为d，宽为b，A’C’电极间距为l
.
1返8 回
能斯特效应
由图所示由于输入电流端引线D、E点处的电阻不相等，
通电后发热程度不同，使D和E两端之间出现热扩散电流，
在磁场的作用下，在A、A’两端出现横向电场，由此产生
附加电势差，记为 变。
V。其方向与 N
无I S 关，只随磁场方向而
v B
用斜率B’计算霍尔系数RH。 判断材料的导电类型（N型P型）。
VH B' IS
VH
RH
IS B d
B'? RH ?
.
10
数据处理
计算载流子浓度（单位体积内含有载流子的个数，单位 m 3）
n 3 1 8 R He
e1.60221019C
计算电导率（描述物体的导电能力，是电阻率的倒数。单位：西门子/米
截距 A'yB'x
斜率 B ' x y xy
x 2 x2
相关系数 r
xyx y
(x2 x2)(y2 y2)
如果相关系数|r|趋于1，说明VH和IS线性关系好，截距A’趋
于0，说明VH和IS是正比关系，有
因为
VH B' IS
VH
RH
IS B d
RH ?
.
1返4 回
最小二乘法（直线拟合y=A’+B’x ）
设置状态 清除内存 输入数据
截距A’ 斜率B’ 相关系数r
MODE MODE 2 1 SHIFT AC = x1 ， y1 M+ x2 ， y2 M+ …… xn ， yn M+ SHIFT 7 = SHIFT 8 = SHIFT ( =
2位，单位 4位，单位
保留至不为 9的数
.
1返5 回
霍尔效应（Hall effect ）
在零磁场下（怎样获得零磁场？），
橙
取 IS 0.20mA ，测量 V 。
A
NC
VH
注 意 :IS 取 值 不 要 大 于 0.20mA ， 以 免
过大，毫伏表超量程。
IS ( )
V ( )
.
V
+ mV -
VH V 输出
9
数据处理
记录B0、IM，计算磁感应强度B (计算过程)。
记录霍尔片几何参量b、d、l(122页)。 用最小二乘法处理数据，记录截距A’，斜率B’，相关系数r。
P型半导体
y
z
x
v
A'
B
v B
IS v
mV
EH
A
C'
v
F e vv
v
Fm
IS
C
VH 0
.
1返6 回
不等势电压
不等势电压是由于霍尔元件的材料本身不均匀，以 及电压输入端AA’引线在制作时不可能绝对对称地焊接在 霍尔片的两侧。因此，当电流I S 流过霍尔元件时，在电 极AA’间也具有电势差，记V 0 为 ，其方向只I S 随 方向不同 而改变，与磁场方向无关。因此V 0 ， 可通过改I S 变 方向予 以消除。
(S/m)）
ISl |V | bd
计算迁移率（是指载流子（电子和空穴）在单位电场作用下的平均漂移
速度，即载流子在电场作用下运动速度的大小的量度，运动得快，迁移率
大；运动得慢，迁移率小。单位 m 2 /(V s)）
ne
.
11
注意事项
霍尔片性脆易碎，电极甚细易断，严禁撞击或用手触摸m，否3 则易遭损坏。
二乘法处理数据，计算霍尔系数RH ，计算载流子浓度n。
电磁铁
励磁电流 I M ， 电磁铁常数 B0***kGS/A 电磁铁磁感应强度 BB0IM(kGS) B的国际单位：特斯拉T，单位换算 1GS104T
.
8
实验内容
2.测A’C’间电压 V， 计算电导率 ， 迁移率 。
A'
C'
黄 V 白
将实验仪“VHV 输出”开关倒V向 D，红 霍尔片 黑 E
橙
A
NC
VH
y
z
x
-IS
V
+-
+ mV -
IS输入
VH. V 输出
6
仪器介绍 霍尔效应测试仪
VH Vσ（mV）
IS （mA） IM(A）
输 出
-3.21
.123
输 出
SH
IM IS
VH Vσ输入
IS调节
IM调节
.
7
实验内容
1.测量霍尔电压,计算霍尔系数
VH
RH
IS B d
RH —霍尔系数
保持IM值不变,（取IM =0.600A），改变IS，测量VH，用最小
不等势电压V0 厄廷豪森效应VE 能斯特效应VN 里纪-勒杜克效应VRL .
副效应的消除方法 用对称测量法测量
+B,+IS -B,+IS -B,-IS +B,-IS
VAA’=V1 VAA’=V2 VAA’=V3 VAA’=V4
VH
V1V2
V3 4
V4
5
仪器介绍
霍尔片
+IS
A'
C'
黄 V 白
红
D
霍尔片 黑 Ey源自A'C'
z
xv
B
V
l
VVVAAAAH 000 mV
IS
v
vvB
v
Fe
v
b
EH
v
Fm
IS d
A
C
P型半导体
.
洛伦兹力
F vmevvB v
电场力
vv Fe -eEH
动态平衡时 vv FmFe0
霍尔电场
v EH
霍尔电压 V H
4
测量霍尔电压
A'
v
B
v B
IS
VAA’ mV
C'
y
z
x
IS
A
C
实验中的副效应：