用霍尔效应测量磁场

用霍尔效应测量磁场

【目的要求】

1. 了解霍尔效应的基本原理

2. 学习用霍尔效应测量磁场 【实验原理】

如图1所示为一n 型半导体材料制成的霍尔原件示意图。

B f qvB = (1)

H

E U f q

a

=..........（2） E B f f = (3)

由（1）（2）（3）式可得：H U vBa =，

而

又

有

s I nqvs =，故可得：1

H s U I Ba nqs

=

，又s ab = 得：1

H s U I B nqb

=

H s K I B =（K H 与半导体类型，载流子浓度，半导体厚度有关） 根据上式，如果知道霍尔片的灵敏度K H ，只要测出U H 和I S 就可求出磁场。 【实验器材】

HT —S 型螺线管磁场测试仪， 【实验步骤】

1. 测量霍尔电流H I 与霍尔电压H U 的关系，

连接电路，让励磁电流0.5M I A =，调节S I 从0mA ～变化（每隔1mA 记录一次数据），记录H U 与H I ，并作出H U —H I 的图像。

2. 测量励磁电流与磁感应强度的关系

连接电路，将霍尔原件放在螺线管的中间位置，让霍尔电流10.0m S I A =，调节励磁电流从0A ～1A 之间变化（每隔记录一次数据），记录H U 与M I ，并作出H U —M I 的图像。 3. 测量通电螺线管磁场沿水平方向的分布

令0.5M I A =，10m S I A =，调节支架旋钮，使霍尔片从螺线管的一端慢慢往另一端移动，直到霍尔片出螺线管，依次测量磁场在水平方向的分布。

【数据处理】（实验数据来自胡毓文）

1. 测量霍尔电流I S 与霍尔电动势U H 的关系。其中I M =0.500A ，

2.71/()H K mV mA kGs =⋅

/S I mA /H U mV ++ /H U mV +- /H U mV -+ /H U mV --

/H U mV

根据上表可画出H H U I -图像，如图2所示。 由图线可知：在磁场一定的情况下，霍尔电压与霍尔电流成

正比。

可算出：斜率0.162H K B ⋅=Ω 把 2.71/()H K mV mA kGs =⋅代入上式

可得：此时的磁感应强度3

5.9910B T -=⨯

2. 测量励磁电流m I 与磁感应强度B 的关系。

10.00S I mA =， 2.71/()H K mV mA kGs =⋅

/M I A

/H U mV ++ /H U mV +- /H U mV -+ /H U mV --

/H U mV

3/10H H S

U B T K I -=⨯

由图像可知，磁感应强度大小与励磁电流成正比。

3. 测量通电螺线管内部磁场分布。

其中I M =，10.00S I mA = 2.71/()H K mV mA kGs =⋅

/x cm

/H U mV ++ /H U mV +- /H U mV -+ /H U mV --

/H U mV 3/10H H S

U

B T K I -=⨯

/x cm

/H U mV ++

/H U mV +- /H U mV -+ /H U mV --

/H U mV

3/10H H S U B T K I -=⨯

由图可知，通电螺线管内部磁场接近不变，而在进和出螺线管出的磁场变化很快。

【误差分析】

（1）存在热磁效应产生误差。

（2）霍尔片不一定能完全沿螺线管的轴线运动带来一定的误差，

（3）霍尔片不能完全与磁感应强度方向垂直可引起误差。

【说明】

（1）要能用霍尔效应判断霍尔片属于P型半导体材料还是n型半导体材料

（2）励磁电流与霍尔电流不能接反。

（3）在第1个步骤当中，如果给定一个特斯拉计，则可算出霍尔原件的灵敏度。如果再给出霍尔原件的材料（可计算载流子浓度与单个载流子电荷量）还可计算出霍尔片的厚度。

（4）作图时变化较大的区域应多取几个点，变化很小的区域可以少取些。

（5）注意在测量前，应先调零。