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图2 霍耳元件南宁师范大学 物理与电子工程学院 LJY 整理实验十八 霍耳效应一、实验目的1.了解和掌握集成线性霍耳元件测量磁场的原理和方法；2.学会测量霍耳元件灵敏度的方法；3.精确测量通电螺线管磁场分布。
二、实验原理霍耳元件的作用（如右图2所示）：若电流I 流过厚度为d 的半导体薄片，且磁场B 垂直于该半导体，是电子流方向由洛伦兹力作用而发生改变，在薄片两个横向面a、b 之间电荷聚集形成横向电场（即霍耳电场），由此产生电势差，这种现象称为霍耳效应。
在与电流I、磁场B 垂直方向上产生的电势差称为霍耳电势差，通常用U H 表示。
霍耳效应的数学表达式为：IB K IB dR U H HH ==((1) 其中R H 是由半导体本身电子迁移率决定的物理常数，称为霍耳系数。
B 为磁感应强度，I 为流过霍耳元件的电流强度，K H 称为霍耳元件灵敏度。
横向电场力e f 随电荷积累增多而增大，当达到恒定状态时，电场力与洛伦兹力达到平衡，B e f f =，霍耳元件两侧电荷的积累就达到平衡，故有：LU eevB H=。
式中L 是霍耳元件长度。
虽然从理论上讲霍耳元件在无磁场作用(即B=0)时，U H =0，但是实际情况用数字电压表测时并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加电势差，该电势差U 0称为剩余电压。
图3 95A 型集成霍耳元件内部结构图当螺线管内有磁场且集成霍耳传感器在标准工作电流时，与(1)式相似，由(1)式可得：KU KU B '=-=)500.2( 式中U 为集成霍耳传感器的输出电压，K 为该传感器的灵敏度，U '经用2.500V 外接电压补偿以后，用数字电压表测出的传感器输出值(仪器用mV 档读数)。
三、实验仪器ICH-2新型螺线管磁场测定仪由集成霍耳传感器探测棒、螺线管、直流稳压电源0—0.500A；直流稳压电源输出二档(2.4V—2.6V 和4.8V—5.2V)；四位半数字电压表(19.999V 和1999.9mV 二档)；导线若干组成。
华南农业大学实验报告组别201130010110题目集成霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍线兹圈的磁场姓名梁志雄日期实验目的学会用霍尔传感器测量圆线圈和亥姆霍兹线圈的磁场实验器材亥姆霍兹磁场测定仪、高灵敏度毫特计和数字式直流稳压电源实验原理亥姆霍兹线圈磁场实验仪采用恒流源，产生恒定的磁场，用集成霍尔传感器测量载流圈线圈和亥姆霍兹线圈线上各点的磁感应强度，研究亥姆霍兹线圈的磁场分布。
若在一条直线上两个完全相同共轴密绕的圆形线圈，两线圈半径都则在两线圈轴线附都是R，匝数都是N，且两线圈间距也是R，通入大小和方向都相同的电流，则在两线圈间轴线附近，磁场叠加结果保持基本均匀，产生均匀磁场区。
实验步骤1、接好仪器，测量电流I=100mA时单线圈a轴上各点的磁感应强度Ba，每隔1cm测量一次；2、计算线圈中的轴线上各点的磁感应强度；3、在轴线上某点转动探头观察该点磁感应强度变化规律；4、调节ab之间的距离d=10cm，组成一个亥姆霍兹线圈，取I=10mA，分别测量两线圈单独通电时各点磁感应强度Ba+Bb。
记录数据的表格位置/cm-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 测量值-0.134 -0.152 -0.176 -0.205 -0.23 -0.266 -0.291 -0.315 -0.328 -0.337 -0.332 -0.325 -0.301 -0.274 -0.243 -0.213 -0.185 -0.156 -0.14 理论值-0.129 -0.150 -0.173 -0.198 -0.225 -0.251 -0.276 -0.296 -0.309 -0.314 -0.309 -0.296 -0.279 -0.251 -0.225 -0.198 -0.173 -0.150 -0.129 百分误差% 3.88 1.33 1.73 3.54 2.22 5.98 5.43 6.42 6.15 7.32 7.44 9.80 7.89 9.16 8.00 7.58 6.94 4.00 8.53 单线圈轴线上的磁感应强度亥姆霍兹线圈轴线上磁感应强度位置/cm -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 单线圈磁场Ba -0.257 -0.282 -0.311 -0.316 -0.332 -0.330 -0.316 -0.297 -0.272 -0.241 -0.214 -0.186 -0.161 -0.139 -0.120 -0.103 -0.089 -0.078 -0.068 单线圈磁场B b-0.063 -0.071 -0.083 -0.097 -0.110 -0.128 -0.148 -0.170 -0.196 -0.230 -0.258 -0.288 -0.308 -0.328 -0.353 -0.337 -0.317 -0.296 -0.273 Ba+Bb -0.32 -0.35 -0.39 -0.41 -0.44 -0.46 -0.46 -0.47 -0.47 -0.47 -0.47 -0.47 -0.47 -0.47 -0.47 -0.44 -0.41 -0.37 -0.34 亥姆霍兹线圈的磁场B -0.318 -0.353 -0.398 -0.426 -0.450 -0.467 -0.475 -0.466 -0.470 -0.481 -0.460 -0.473 -0.475 -0.470 -0.457 -0.440 -0.413 -0.383 -0.342数据处理（见附表）思考题1、为什么在实验中每测一点的磁感应强度之前都必须调零？在实验中，测量坐标板上的每一点，由于所处的环境不同，所受到周围环境的电磁波大小就有一个差异，因为我们在实验中主要是研究在该点由这个线圈所激发的磁场的磁感应强度是多少，所以绝对有这个必要在测量每一点之前调零来排除周围环境的电磁波的影响。
霍尔元件灵敏度参数单位霍尔元件是一种用来测量磁场的传感器元件。
它的灵敏度是指在给定的电场条件下，每个磁场单位变化对该元件输出电压的影响程度。
霍尔元件的灵敏度通常以电压/V（V/T）表示，其中V/T是对磁场单位的度量。
本文将详细介绍霍尔元件的灵敏度参数单位，并对其进行全面的分析。
一、霍尔元件的工作原理霍尔元件是由一块晶体片制成的，它包含有金属触点和感应结构。
当感应结构过电流时，它会在两个触点之间产生横向电场（霍尔电场），这个电场会受到磁场的影响，从而引起触点之间的电势差产生变化。
这种电势差的变化可以通过读取该元件的输出电压来衡量。
霍尔元件的灵敏度参数单位通常有两种：一种是电压/V（V/T），另一种是电流/A（V/A T）。
其中电压/V（V/T）是对于每个磁场单位的电势差变化量的度量，而电流/A（V/A T）是入射磁场下输出电流与磁力度之间的比例。
S = ΔV/ΔB其中S表示霍尔元件的灵敏度，ΔV表示输入磁场单位下的输出电势差变化量，ΔB表示磁场单位的变化量。
该公式可以用来计算霍尔元件在不同磁场条件下的灵敏度，从而确定将使用什么样的元件来实现所需的测量精度。
霍尔元件的灵敏度参数受多种因素影响，其中包括：1. 硅片的薄膜质量：硅片的薄膜质量会影响霍尔晶体的导电性、生长质量和磁场响应。
2. 温度：温度是影响霍尔元件灵敏度的一个重要因素。
在不同的温度下，霍尔元件的灵敏度会发生变化。
3. 磁场的方向和大小：不同方向和大小的磁场对霍尔元件的灵敏度有影响。
对于特定方向和大小的磁场，霍尔元件会表现出不同的灵敏度值。
4. 霍尔元件的尺寸和形状：霍尔元件的尺寸和形状也会对其灵敏度产生影响。
对于不同的尺寸和形状的霍尔元件，其灵敏度也不同。
霍尔元件的灵敏度参数单位是电压/V（V/T）和电流/A（V/A T）。
灵敏度受多种因素影响，包括硅片的薄膜质量、温度、磁场的方向和大小以及霍尔元件的尺寸和形状。
了解这些因素对霍尔元件灵敏度的影响可以帮助我们选择合适的元件来实现所需的测量精度。
【实验步骤】(一)清点主要仪器（二）测量1.调节仪器①将仪器按照如图4所示安装：将弹簧固定在焦利秤上部的横梁上，在一个刻有水平线的小平面镜杆下端挂上砝码盘，小平面镜杆穿过固定在立柱上的玻璃管，其上端与弹簧的下端相连，②调节焦利秤的底脚螺旋，使焦利秤立柱竖直；调节螺旋E使小平面镜上水平线与玻璃管壁上的水平线重合作为平衡位置，并调节支架让小镜面及其它参于振动的物体竖直。
2.测量弹簧的倔强系数K2.1利用新型焦利秤（静态法）测定弹簧倔强系数K①调节实验装置底脚螺丝，使焦利秤立柱垂直（目测）；②将弹簧固定在焦利秤上部悬臂上，旋转悬臂，使挂于弹簧下放的砝码盘的尖针（1）靠拢游标尺上的小镜；（2）在砝码盘放入10个1g的砝码，然后依次取出。
在三线重合（小钩中的平面镜中有一水平刻线G，玻璃管上有一水平刻线D，D在平面镜中有一像D’，通过转动标尺调节旋钮可将弹簧上下移动，则平面镜同时上下移动。
当G、D、D’三者重合时称“三线重合”。
）时，记录各次标尺读数y1,y2, (10)K g （3）作Mi～Yi图，验证Mi～Yi满足线性关系，并求出斜率'K，'/即为弹簧的倔强系数K。
2.2测量弹簧振子振动周期求弹簧倔强系数K（动态法）（1）用电子秒表测弹簧振子振动50次的时间，然后求得弹簧振子的周期T。
（2）用集成开关型霍尔传感器测量弹簧振动周期，求弹簧倔强系数。
（3）将集成霍尔开关的三个引脚分别与电源和周期测试仪相接。
OUT 接周期测试仪正级，V-接电源负极，并和周期测试仪负级连接，V+接电源正级，见图3；（4） 将钕铁硼磁钢粘于20g 砝码下端，使S 极面向下。
把集成霍尔开关感应面对准S 极，其与磁钢间距在10cm ～20cm 之间。
轻轻拉动弹簧使其上下振动，记录振动50次的时间，求出弹簧振子周期。
进行4次测量。
3.测量集成开关霍尔传感器的参数。
（1） 如图5将95A 型集成线性霍尔传感器接线，把小磁钢放在远处，接通电源，调节电压使电压表示数为2.500V ；（2） 将95A 型集成线性霍尔传感器换成集成开关型霍尔传感器（简称集成霍尔开关）接线不变，把小块钕铁硼磁钢粘在固定支架上，使小磁钢的S 极与集成霍尔开关的感应面(有文字面)紧密相对（接触）；（3） 记录集成霍尔和小磁钢接触时，电路板在固定支架上的位置x0,将集成霍尔开关拉出然后又向内线移动。
实验名称：用霍尔传感器测定螺线管磁场姓 名学 号 班 级桌 号 教 室 基础教学楼1108 实验日期 20 年月 日 时段同组同学 指导教师一、实验目的（请先参阅实验教材上《磁场测量》的内容，然后充分阅读实验报告！） 1、验证霍尔传感器输出电势差与螺线管内磁感应强度成正比。
2、测量集成线性霍尔传感器的灵敏度。
3、测量螺线管内磁感应强度与位置之间的关系，求得螺线管均匀磁场范围及边缘的磁感应强度。
4、学习补偿原理在磁场测量中的应用。
二、实验仪器FD-ICH-II 新型螺线管磁场测定仪，包括：实验主机、螺线管、集成霍尔传感器探测棒、单刀双掷开关、双刀双掷换向开关、、连接导线（4红，4黑）若干组成。
其仪器装置如图1所示。
图1 新型螺线管磁场测定仪仪器装置三、实验原理把一块半导体薄片（锗片或硅片）放在垂直于它的磁场B 中，如图2所示，当沿AA ′方向（Y 轴方向）通过电流I 时，薄片内定向移动的载流子受到洛伦兹力f B 的作用而发生偏转。
从而在DD ′间产生电位差U H ，这一现象称为 。
这个电位差称为 。
由电磁理论可得：U H ＝ （1）式中，K H ＝ned1称为霍尔元件的灵敏度，n 为载流子浓度，e 为载流子电荷电量。
d 为半导体薄片厚度虽然从理论上讲霍尔元件在无磁场作用(即B=0)时，U H =0，但实际中，在产生霍尔效应的同时，还伴随着几个副效应，它们分别是； ； ； 。
所以用数字电压表测时U H 并不为零，这是由于半导体材料结晶不均匀及各电极不对称等引起附加电势差，该电势差U 0称为剩余电压。
随着科技的发展，新的集成化(IC)元件不断被研制成功。
本实验采用SS95A 型集成霍尔传感器(结构示意图如图3所示)是一种高灵敏度集成霍尔传感器，它由霍尔元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿组成。
测量时输出信号大，并且剩余电压的影响已被消除。
对SS95A 型集成霍尔传感器，它由三根引线，分别是:“V +”、“V -”、“V out ”。
实验报告班级： 姓名： 学号：一、实验名称集成霍尔传感器测量圆形线圈和亥姆霍兹线圈的磁场二、实验目的1、掌握霍尔效应原理测量磁场；2、测量单匝载流原线圈和亥姆霍兹线圈轴线上的磁场分布。
三、实验仪器亥姆霍兹线圈磁场测定仪、包括圆线圈和亥姆霍兹线圈平台（包括两个圆线圈、固定夹、不锈钢直尺等）、高灵敏度毫特计和数字式直流稳压电源。
四、实验原理1、圆线圈的磁场根据毕奥—萨伐尔定律，载流线圈在轴线上某点的磁感应强度为：NI x R RB 232220)(2+=μ式中I 为通过线圈的电流强度，R 为线圈平均半径，x 为圆心到该点的距离，N 为线圈的匝数，A m T /10470⋅⨯=-πμ，为真空磁导率。
因此，圆心处的磁感应强度为NIRB 20μ=2、亥姆霍兹线圈的磁场亥姆霍兹线圈：两个半径和匝数完全相同的线圈，其轴向距离等于线圈的半径。
这种线圈的特点是当线圈串联连接并通以稳定的直流电后，就可在线圈中心区域内产生较为均匀性较好的磁场，因而成为磁测量等物理实验的重要组成部件，与永久磁铁相比，亥姆霍兹线圈所产生的磁场在一定范围内具有一定的均匀性，且产生的磁场具有一定的可调性，可以产生极微弱的磁场直至数百高斯的磁场，同时在不通电的情况下不会产生环境磁场。
亥姆霍兹线圈如图所示，是一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈，两线圈内电流方向一致，大小相同，线圈之间距离d 正好等于圆形线圈的半径R 。
设z 为亥姆霍兹线圈中轴线上某点离中心点O处的距离，根据毕奥—萨伐尔定律及磁场叠加原理可以从理论上计算出亥姆霍兹线圈轴上任意一点的磁感应强度为⎭⎬⎫⎩⎨⎧-++++⋅⋅⋅='--2322232220]z 2([]z 2([21））R R R R R I N B μ而在亥姆霍兹线圈上中心O 处的磁感应强度'B 为R IN B ⋅⋅=023'058μ 当线圈通有某一电流时，两线圈磁场合成如图可看出，两线圈之间轴线上磁感应强度在相当大的范围内是均匀的。
