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大学物理实验霍尔实验报告一、实验目的1、了解霍尔效应的基本原理。
2、掌握霍尔元件测量磁场的方法。
3、学会使用霍尔效应实验仪测量霍尔电压、电流等物理量。
二、实验原理霍尔效应是指当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应。
假设在一块半导体薄片（霍尔元件）中通以电流 I，在其垂直方向施加磁场 B，那么在半导体薄片的两侧就会产生一个电势差 UH，这个电势差称为霍尔电压。
霍尔电压 UH 与电流 I、磁感应强度 B 以及霍尔元件的厚度 d 之间存在如下关系：UH ＝ KHIB ／ d其中，KH 称为霍尔系数，它与半导体材料的性质有关。
三、实验仪器霍尔效应实验仪、霍尔元件、直流电源、毫安表、伏特表、特斯拉计等。
四、实验步骤1、连接实验仪器将霍尔元件插入实验仪的插槽中，确保接触良好。
按照电路图连接好电源、毫安表、伏特表和特斯拉计。
2、调节励磁电流打开电源，逐渐增加励磁电流，观察特斯拉计的读数，使其达到预定的值。
3、测量霍尔电压保持励磁电流不变，改变工作电流 I 的大小，测量不同工作电流下的霍尔电压 UH。
测量时，分别改变工作电流的方向和磁场的方向，记录相应的霍尔电压值。
4、数据记录与处理将测量得到的数据记录在表格中，包括工作电流 I、霍尔电压 UH 以及对应的方向。
根据实验数据，计算霍尔系数 KH 和磁感应强度 B。
五、实验数据记录与处理以下是一组实验数据记录：｜工作电流 I（mA）｜霍尔电压 UH（mV）（＋I，＋B）｜霍尔电压 UH（mV）（I，＋B）｜霍尔电压 UH（mV）（＋I，B）｜霍尔电压 UH（mV）（I，B）｜｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜｜ 100 ｜ 250 ｜－248 ｜－252 ｜ 246 ｜｜ 200 ｜ 502 ｜－498 ｜－505 ｜ 495 ｜｜ 300 ｜ 755 ｜－748 ｜－758 ｜ 742 ｜｜ 400 ｜ 1008 ｜－996 ｜－1012 ｜ 988 ｜｜ 500 ｜ 1260 ｜－1250 ｜－1265 ｜ 1235 ｜计算霍尔系数 KH：首先，计算每个工作电流下霍尔电压的平均值：UH1 ＝（250 248 ＋ 252 ＋ 246）／ 4 ＝ 249 mVUH2 ＝（502 498 ＋ 505 ＋ 495）／ 4 ＝ 500 mVUH3 ＝（755 748 ＋ 758 ＋ 742）／ 4 ＝ 750 mVUH4 ＝（1008 996 ＋ 1012 ＋ 988）／ 4 ＝ 1000 mVUH5 ＝（1260 1250 ＋ 1265 ＋ 1235）／ 4 ＝ 1250 mV然后，根据霍尔系数的计算公式 KH ＝ UHd ／ I B，已知 d ＝05mm，B ＝ 05 T，可得：KH1 ＝ 249×05×10^－3 ／（100×10^－3 × 05）＝ 249×10^－3 m^3 C^－1KH2 ＝ 500×05×10^－3 ／（200×10^－3 × 05）＝ 250×10^－3 m^3 C^－1KH3 ＝ 750×05×10^－3 ／（300×10^－3 × 05）＝ 250×10^－3 m^3 C^－1KH4 ＝ 1000×05×10^－3 ／（400×10^－3 × 05）＝ 250×10^－3m^3 C^－1KH5 ＝ 1250×05×10^－3 ／（500×10^－3 × 05）＝ 250×10^－3m^3 C^－1取平均值，KH ＝（249 ＋ 250 ＋ 250 ＋ 250 ＋ 250）×10^－3 ／ 5 ＝ 250×10^－3 m^3 C^－1六、实验误差分析1、系统误差实验仪器的精度有限，如电源的稳定性、电表的测量误差等。
实验报告姓名：张伟楠班级： F 学号：实验成绩：同组姓名：马文琪实验日期：08.03.31 指导教师：批阅日期：集成霍尔传感器的特征测量与应用【实验目的】1．了解霍耳效应原理和集成霍耳传感器的工作原理。
2．通过测量螺线管励磁电流与集成霍耳传感器输出电压的关系，证明霍耳电势差与磁感应强度成正比。
3．用通电螺线管中心点处磁感应强度的理论计算值校准集成霍耳传感器的灵敏度。
4．测量螺线管内磁感应强度沿螺线管中轴线的分布，并与相应的理论曲线比较。
【实验原理】1、霍耳效应将一导电体（金属或半导体）薄片放在磁场中，并使薄片平面垂直于磁场方向。
当薄片纵向端面有电流I流过时，在与电流I和磁场B垂直的薄片横向端面a、b间就会产生一电势差，这种现象称为霍耳效应（Hall effect），所产生的电势差叫做霍耳电势差或霍耳电压，用U H表示。
霍耳效应是由运动电荷（载流子）在磁场中受到洛伦兹力的作用引起的。
洛伦兹力使载流子发生偏转，在薄片横向端面上聚积电荷形成不断增大的横向电场（称为霍耳电场），从而使载流子又受到一个与洛伦兹力反向的电场力，直到两力相等，载流子不再发生偏转，在a、b间形成一个稳定的霍耳电场。
这时，两横向端面a、b间的霍耳电压就达到一个稳定值。
端面a、b间霍耳电压的符合与载流子电荷的正负有关。
因此，通过测量霍耳电压的正负，即可判断半导体材料的导电类型。
实验表明，在外磁场不太强时，霍耳电压与工作电流和磁感应强度成正比，与薄片厚度成反比，即( 1)式中比例系数和分别为霍耳系数和霍耳元件的灵敏度。
用霍耳效应测量磁场是在霍耳元件的灵敏度和工作电流已知的情况下，通过测量霍耳电压，再由公式（1）求出磁感应强度。
2、集成霍耳传感器SS495A型集成霍耳传感器（线性测量范围0-67mT，灵敏度31.25V/T）由霍耳元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿器组成。
测量时输出信号大，不必考虑剩余电压的影响。
工作电压Vs＝5V，在磁感应强度为零时，输出电压为。
大学物理实验霍尔效应实验报告一、实验目的1、了解霍尔效应的基本原理。
2、掌握用霍尔效应法测量磁场的原理和方法。
3、学会使用霍尔效应实验仪测量霍尔电压、霍尔电流等物理量。
二、实验原理1、霍尔效应将一块半导体薄片置于磁场中（磁场方向垂直于薄片平面），当有电流通过时，在垂直于电流和磁场的方向上会产生横向电场，这种现象称为霍尔效应。
2、霍尔电压产生的横向电场导致在半导体薄片的两端产生电势差，这个电势差称为霍尔电压＄U_H$。
霍尔电压的大小与通过半导体薄片的电流＄I$、磁场的磁感应强度＄B$ 以及半导体薄片的厚度＄d$ 等因素有关，其关系式为：＄U_H ＝ K_HIB$其中，＄K_H$ 为霍尔元件的灵敏度。
3、磁场的测量若已知霍尔元件的灵敏度＄K_H$，通过测量霍尔电压＄U_H$ 和霍尔电流＄I$，就可以计算出磁感应强度＄B$，即：＄B ＝＼frac{U_H}｛K_HI}＄三、实验仪器霍尔效应实验仪、特斯拉计、直流电源、毫安表、伏特表等。
四、实验内容及步骤1、仪器连接按照实验仪器说明书，将霍尔效应实验仪、直流电源、毫安表、伏特表等正确连接。
2、调节磁场使用特斯拉计测量磁场强度，并调节磁场至所需的值。
3、测量霍尔电压（1）保持磁场不变，改变霍尔电流，测量不同霍尔电流下的霍尔电压。
（2）保持霍尔电流不变，改变磁场强度，测量不同磁场强度下的霍尔电压。
4、数据记录将测量得到的霍尔电压、霍尔电流、磁场强度等数据记录在表格中。
五、实验数据处理1、以霍尔电流为横坐标，霍尔电压为纵坐标，绘制霍尔电压与霍尔电流的关系曲线。
2、分析曲线的线性关系，计算霍尔元件的灵敏度＄K_H$。
3、根据测量得到的霍尔电压和已知的霍尔电流、霍尔元件灵敏度，计算磁场的磁感应强度＄B$。
六、实验误差分析1、系统误差（1）霍尔元件的制作工艺和材料不均匀可能导致霍尔系数存在误差。
（2）测量仪器的精度有限，如直流电源的输出稳定性、电表的测量精度等。
2、随机误差（1）实验操作过程中的读数误差，如电表读数的不确定性。
霍尔传感器实验报告霍尔传感器原理及其应用摘要20 世纪末,集成霍尔传感器技术得到了迅猛发展,各种性能的集成霍尔传感器不断涌现,它们已在汽车、纺织、化工、通讯、电机、电信、计算机等各个领域得到广泛的应用,特别是由集成开关型霍尔传感器制成的无刷直流电机(霍尔电机) 已经进入千家万户. 广泛应用于录音机、摄录像设备、VCD、DVD、及新型助力自行车等家用电器中. 笔者将集成开关型霍尔传感器及其计时装置应用于力学实验中,同时还可对该传感器的特性参数进行测量. 由于保留了传统的实验方法,所以使实验的内容更具综合性,它一方面能让学生从多角度地了解和掌握一些经典的测量手段和操作技能.另一方面由于加入了用集成开关型霍尔传感器来测量时间或周期的新方法,使学生对这种传感器的特性及在自动测量和自动控制中的作用有进一步的认识,从而真正领略这一最新传感技术的风采. 传统实验与现代化技术相结合对推进素质教育,培养想象能力和创新能力是十分有用的. 而这类实验已在我校的中学物理实验研究课程中开设,教师和学生都很有兴趣,教学效果很好。
霍尔的实验原理当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，如图1所示，这种现象就称为霍尔效应。
图1两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为U=其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场(洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度。
由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。
霍尔接近开关是用“霍尔效应”的磁感应现象来实现电子开关的开关,工作电压范围5-24V。
霍尔传感器对磁场感应特别灵敏，所以与他配合工作的是一块小磁铁。
当磁铁与它接近时。
若B在一定值以上时，霍尔传感器输出高电平，若B小于一定值时，霍尔传感器会输出低电平。
利用霍尔开关的特性，我们可以很容易实现对电路的自动控制。
霍尔接近开关既有霍尔开关元件所具有的无触点，无开关瞬态抖动，高可靠，抗干扰能力强及抗腐蚀和长寿命等特点，又有很强的负载能力和广泛的功能，所以在工业中得到相当广泛的使用，特别是在恶劣环境下，它比目前使用的电感式，电容式，光电式等接近开关具有更强的抗干扰能力。
集成霍尔传感器的特征测量与应用【实验目的】1．了解霍耳效应原理和集成霍耳传感器的工作原理。
2．通过测量螺线管励磁电流与集成霍耳传感器输出电压的关系，证明霍耳电势差与磁感应强度成正比。
3．用通电螺线管中心点处磁感应强度的理论计算值校准集成霍耳传感器的灵敏度。
4．测量螺线管内磁感应强度沿螺线管中轴线的分布，并与相应的理论曲线比较。
【实验原理】1、霍耳效应将一导电体（金属或半导体）薄片放在磁场中，并使薄片平面垂直于磁场方向。
当薄片纵向端面有电流I流过时，在与电流I和磁场B垂直的薄片横向端面a、b间就会产生一电势差，这种现象称为霍耳效应（Hall effect），所产生的电势差叫做霍耳电势差或霍耳电压，用U H表示。
霍耳效应是由运动电荷（载流子）在磁场中受到洛伦兹力的作用引起的。
洛伦兹力使载流子发生偏转，在薄片横向端面上聚积电荷形成不断增大的横向电场（称为霍耳电场），从而使载流子又受到一个与洛伦兹力反向的电场力，直到两力相等，载流子不再发生偏转，在a、b间形成一个稳定的霍耳电场。
这时，两横向端面a、b间的霍耳电压就达到一个稳定值。
端面a、b间霍耳电压的符合与载流子电荷的正负有关。
因此，通过测量霍耳电压的正负，即可判断半导体材料的导电类型。
实验表明，在外磁场不太强时，霍耳电压与工作电流和磁感应强度成正比，与薄片厚度成反比，即( 1)式中比例系数和分别为霍耳系数和霍耳元件的灵敏度。
用霍耳效应测量磁场是在霍耳元件的灵敏度和工作电流已知的情况下，通过测量霍耳电压，再由公式（1）求出磁感应强度。
2、集成霍耳传感器SS495A型集成霍耳传感器（线性测量范围0-67mT，灵敏度31.25V/T）由霍耳元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿器组成。
测量时输出信号大，不必考虑剩余电压的影响。
工作电压Vs＝5V，在磁感应强度为零时，输出电压为。
它的输出电压U与磁感应强度B成线性关系。
该关系可用下式表示（2）式中U为集成霍耳传感器输出电压，K为该传感器的灵敏度。
霍尔传感器实验报告霍尔传感器实验报告引言：霍尔传感器是一种广泛应用于工业控制、汽车电子、医疗设备等领域的传感器。
它利用霍尔效应来测量磁场的强度和方向，具有高精度、高灵敏度和无接触的特点。
本实验旨在通过实际操作和数据分析，深入了解霍尔传感器的原理和应用。
实验目的：1. 理解霍尔效应的基本原理；2. 掌握霍尔传感器的使用方法；3. 分析霍尔传感器在不同应用场景下的特点和优势。
实验器材和方法：1. 实验器材：- 霍尔传感器模块- 磁铁- 电源- 示波器- 电阻箱- 连接线等2. 实验方法：- 将霍尔传感器模块连接至电源和示波器，并调整合适的工作电压；- 在不同距离和角度下，用磁铁靠近霍尔传感器，记录示波器上的输出信号；- 调节电阻箱的阻值，观察霍尔传感器输出信号的变化；- 分析实验数据，总结霍尔传感器的特性和应用。
实验结果与讨论：1. 霍尔效应的观察：在实验中，我们发现当磁铁靠近霍尔传感器时，示波器上的输出信号会有明显的变化。
这是因为霍尔传感器感受到磁场的作用，产生霍尔电压，从而改变输出信号。
通过改变磁铁的距离和角度，我们可以观察到输出信号的不同变化趋势，验证了霍尔效应的存在。
2. 霍尔传感器的特性：- 灵敏度高：霍尔传感器对磁场的变化非常敏感，能够精确测量磁场的强度和方向；- 无接触式：与传统的接触式传感器相比，霍尔传感器无需物理接触被测物体，避免了磨损和干扰；- 快速响应：霍尔传感器的输出信号响应速度快，适用于需要实时监测和控制的场景；- 可靠性高：由于无机械部件，霍尔传感器具有较长的使用寿命和较高的可靠性。
3. 霍尔传感器的应用：- 工业控制：霍尔传感器可用于测量电机的转速和位置，实现精确的运动控制； - 汽车电子：霍尔传感器可用于测量车速、转向角度等，实现车辆的智能化和安全性控制；- 医疗设备：霍尔传感器可用于测量人体生理参数，如心率、血压等，辅助医疗诊断和监测。
结论：本实验通过对霍尔传感器的实际操作和数据分析，深入了解了霍尔传感器的原理和应用。
霍尔式传感器实验报告霍尔式传感器实验报告引言：霍尔式传感器是一种常见的磁敏传感器，能够通过测量磁场的变化来实现电信号的转换。
本实验旨在通过对霍尔式传感器的实际应用进行研究，探讨其原理和特性。
一、实验目的本实验的目的是了解霍尔式传感器的工作原理、特性和应用，并通过实际操作来验证其测量效果。
二、实验器材和方法1. 实验器材：- 霍尔式传感器模块- 磁铁- 数字万用表- 电源- 连接线等2. 实验方法：1）将霍尔式传感器模块与电源和数字万用表连接。
2）将磁铁靠近传感器模块，并记录读数。
3）改变磁铁与传感器的距离，再次记录读数。
4）改变磁铁的位置和方向，记录读数。
5）分析实验数据，总结传感器的特性和应用。
三、实验结果与分析1. 实验数据记录：在实验过程中，我们记录了不同距离和位置下的传感器读数，并整理成下表：| 距离（cm） | 位置/方向 | 传感器读数（V） ||------------|-----------|----------------|| 10 | 垂直 | 1.2 || 10 | 平行 | 0.8 || 5 | 垂直 | 1.8 || 5 | 平行 | 0.6 || 2 | 垂直 | 2.5 || 2 | 平行 | 0.4 |2. 数据分析：通过对实验数据的分析，我们可以得出以下结论：- 霍尔式传感器对磁场的敏感度较高，距离越近，读数越大。
- 传感器的读数受磁场方向的影响，当磁铁与传感器平行时，读数较小；当磁铁与传感器垂直时，读数较大。
- 传感器的读数受磁场强度的影响，磁场越强，读数越大。
四、实验讨论1. 霍尔式传感器的特点：- 非接触式：传感器与被测物之间无需直接接触，不会产生摩擦或磨损。
- 高精度：传感器对磁场的测量精度较高，能够实时反馈磁场变化。
- 快速响应：传感器对磁场的变化能够迅速作出反应，适用于需要快速测量的场景。
- 可靠性高：传感器的结构简单，寿命长，工作稳定可靠。
2. 霍尔式传感器的应用：- 位置检测：通过测量磁场的变化，可以实时监测物体的位置，广泛应用于汽车、机械等领域。
实验十二 霍尔传感器特性研究及其应用置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场。
这个现象是霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应。
霍尔效应不仅是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔传感器已被广泛应用于非电量电测、自动控制和信息处理。
【实验目的】1. 了解霍尔效应原理及以及研究霍尔传感器的特性。
2. 学习用“对称测量法”消除霍尔传感器副效应的影响。
3. 学会测定霍尔传感器的导电类型，会计算载流子浓度和迁移率。
【实验原理】霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。
当带电粒子（电子或空穴）被束缚在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的积累。
从而形成附加的横向电场。
对于图12-1所示的霍尔传感器，若在x 方向通以电流，在Z 方向加磁感应强度为B 的磁场，则在Y 方向即A 、A /两侧就开始聚集异号电荷而产生相应的附加电场。
电场的指向决定于材料的导电类型。
显然，该电场阻止载流子继续向侧面移动，当载流子所受的横向电场力eE H 和洛仑兹力evB 相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡，故有e E H =ebV H= e v B (12-1) 其中E H 称为霍尔电场，v 是载流子在 电流方向上的平均漂移速度。
设霍尔传感器的宽度为b ，厚度为d ，载流子浓度为n ，则I = n e v b d (12-2)由（12-1）.（12-2）两式可得d IBR d IB ne b E V Hh H ===1 neIR H = （12-3）z yI S x`图12-1. 霍尔效应原理图即霍尔电压H V （点A 与A /之间的电压）与I 、B 的乘积成正比，与样品厚度d 成反比。
比例系数H R 称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要参数，其大小是由材料本身的性质决定的。
只要测出H V (V),以及知道)(A I 、)(T B 和d （m ）可按下式计算)/(3c m R H 。
霍尔式传感器特性实验报告引言霍尔式传感器是一种常用于检测磁场的传感器，它利用霍尔效应实现对磁场的测量。
本实验旨在通过实际操作，探索霍尔式传感器的特性以及其应用。
实验材料•霍尔式传感器•磁铁•电源•电压表•电流表•连接线实验步骤1.连接电路将电源、霍尔式传感器、电压表和电流表按照电路图连接起来。
确保电路连接正确无误。
2.测量传感器感应电压在电路中加入磁铁，通过改变磁铁与传感器的距离，观察并记录感应电压的变化。
分析感应电压与磁场强度之间的关系。
3.测量传感器输出电流在电路中加入一个负载电阻，通过改变磁铁与传感器的距离，观察并记录传感器输出电流的变化。
分析输出电流与磁场强度之间的关系。
4.测量传感器响应时间将磁铁快速靠近和远离传感器，观察并记录传感器的响应时间。
分析传感器的响应时间与磁场变化的关系。
5.分析实验结果根据所测量的数据和观察结果，分析霍尔式传感器的特性，并探讨其在实际应用中的潜力和限制。
实验结果与讨论我们测量了不同磁场强度下传感器的感应电压和输出电流，并观察了传感器的响应时间。
通过实验数据和分析，我们发现传感器的感应电压与磁场强度呈线性关系，即感应电压随磁场强度的增加而增加。
这说明霍尔式传感器可以用于测量磁场的强度。
传感器的输出电流也与磁场强度呈线性关系，即输出电流随磁场强度的增加而增加。
这为使用传感器进行电流测量提供了一种可行的方法。
我们还观察到，传感器的响应时间较短，即传感器能够迅速地对磁场强度的变化做出响应。
这对于需要实时检测磁场的应用非常有价值。
然而，我们也发现传感器在极弱的磁场下可能无法正常工作，或者在磁场过强时会发生饱和现象，导致输出电流不再随磁场强度的增加而增加。
因此，在实际应用中需要根据具体情况选择合适的传感器。
结论通过本实验，我们深入了解了霍尔式传感器的特性，并验证了其对磁场的测量能力。
我们发现，霍尔式传感器具有线性响应、快速响应和可靠性高的特点，适用于多种磁场测量和电流测量的应用场景。
霍尔式传感器的特性实验报告霍尔式传感器的特性实验报告引言：霍尔式传感器是一种常用的非接触式传感器，它通过检测磁场变化来测量电流、速度、位置等物理量。
本实验旨在研究和分析霍尔式传感器的特性，并通过实验数据验证其性能和准确度。
实验一：霍尔传感器的灵敏度在这个实验中，我们使用了一台霍尔传感器测量不同电流下的输出电压，并记录了相应的数据。
通过分析实验数据，我们可以计算出霍尔传感器的灵敏度。
实验结果显示，当电流增加时，霍尔传感器的输出电压也随之增加。
通过绘制电流与输出电压之间的关系曲线，我们可以观察到一个线性关系。
通过对实验数据进行线性回归分析，我们可以得到霍尔传感器的灵敏度。
实验二：霍尔传感器的响应时间在这个实验中，我们使用了一个霍尔传感器来测量一个旋转的磁场源的位置。
我们记录了霍尔传感器的输出电压随时间的变化，并通过分析实验数据来计算霍尔传感器的响应时间。
实验结果显示，当旋转磁场源时，霍尔传感器的输出电压随之变化。
通过绘制时间与输出电压之间的关系曲线，我们可以观察到一个明显的响应时间。
通过对实验数据进行分析，我们可以计算出霍尔传感器的响应时间。
实验三：霍尔传感器的线性度在这个实验中，我们使用了一个霍尔传感器来测量一个恒定电流下的位置变化。
我们记录了霍尔传感器的输出电压随位置的变化，并通过分析实验数据来计算霍尔传感器的线性度。
实验结果显示，当位置变化时，霍尔传感器的输出电压也随之变化。
通过绘制位置与输出电压之间的关系曲线，我们可以观察到一个线性关系。
通过对实验数据进行线性回归分析，我们可以得到霍尔传感器的线性度。
讨论：通过以上实验，我们可以得出以下结论：1. 霍尔传感器的灵敏度是通过实验数据计算得出的，它反映了传感器对电流变化的敏感程度。
灵敏度越高，传感器的测量精度越高。
2. 霍尔传感器的响应时间是通过实验数据计算得出的，它反映了传感器对磁场变化的响应速度。
响应时间越短，传感器的实时性越好。
3. 霍尔传感器的线性度是通过实验数据计算得出的，它反映了传感器输出电压与被测物理量之间的线性关系。
集成霍尔传感器的特征测量与应用【实验目的】1．了解霍耳效应原理和集成霍耳传感器的工作原理。
2．通过测量螺线管励磁电流与集成霍耳传感器输出电压的关系，证明霍耳电势差与磁感应强度成正比。
3．用通电螺线管中心点处磁感应强度的理论计算值校准集成霍耳传感器的灵敏度。
4．测量螺线管内磁感应强度沿螺线管中轴线的分布，并与相应的理论曲线比较。
【实验原理】1、霍耳效应将一导电体（金属或半导体）薄片放在磁场中，并使薄片平面垂直于磁场方向。
当薄片纵向端面有电流I流过时，在与电流I和磁场B垂直的薄片横向端面a、b间就会产生一电势差，这种现象称为霍耳效应（Hall effect），所产生的电势差叫做霍耳电势差或霍耳电压，用U H表示。
霍耳效应是由运动电荷（载流子）在磁场中受到洛伦兹力的作用引起的。
洛伦兹力使载流子发生偏转，在薄片横向端面上聚积电荷形成不断增大的横向电场（称为霍耳电场），从而使载流子又受到一个与洛伦兹力反向的电场力，直到两力相等，载流子不再发生偏转，在a、b间形成一个稳定的霍耳电场。
这时，两横向端面a、b间的霍耳电压就达到一个稳定值。
端面a、b间霍耳电压的符合与载流子电荷的正负有关。
因此，通过测量霍耳电压的正负，即可判断半导体材料的导电类型。
实验表明，在外磁场不太强时，霍耳电压与工作电流和磁感应强度成正比，与薄片厚度成反比，即( 1)式中比例系数和分别为霍耳系数和霍耳元件的灵敏度。
用霍耳效应测量磁场是在霍耳元件的灵敏度和工作电流已知的情况下，通过测量霍耳电压，再由公式（1）求出磁感应强度。
2、集成霍耳传感器SS495A型集成霍耳传感器（线性测量范围0-67mT，灵敏度31.25V/T）由霍耳元件、放大器和薄膜电阻剩余电压补偿器组成。
测量时输出信号大，不必考虑剩余电压的影响。
工作电压Vs＝5V，在磁感应强度为零时，输出电压为。
它的输出电压U与磁感应强度B成线性关系。
该关系可用下式表示（2）式中U为集成霍耳传感器输出电压，K为该传感器的灵敏度。
3、螺线管内磁场分布单层螺线管内磁感应强度沿螺线管中轴线的分布可由下式计算（3）式中N为线圈匝数，L为螺线管长度，Im为励磁电流，D为线圈直径，x为以螺线管中心作为坐标原点时的位置，亨/米为真空磁导率。
实验中所用的螺线管是由10层绕线组成。
根据每层绕线的实际位置，用公式（3）可以计算每层绕线的B （x）值，将10层绕线的B（x）值求和，即可得到螺线管内的磁场分布。
书中表1给出了励磁电流（100mA）时螺线管内磁感应强度的理论计算值。
由它可以容易得到不通励磁电流时螺线管内磁感应强度的理论计算值。
（对于同一点x来说，C（x）是相同的，也就是说, 即B和成正比关系，即螺线管内任意一固定点的磁场的理论计算值和励磁电流成正比关系）。
表1 . 励磁电流I M =0.1A时螺线管内磁感应强度的理论计算值【实验数据记录、实验结果计算】1.集成霍尔传感器灵敏度K随工作电压U s变化的测量；以U s=5V U0=2.448V U=2.558V 为标准值理论得到的B=1.4366×2.5 mT = 3.5915 mT所以K=30.63 V T−1其中K=U−U0B∆K=|K−K标准|/K标准×100%做出∆K−Us图如下所示其中,U s=4.00V时的数据与总体曲线差距较大,被舍去.可以看出该图总体趋势比较适合理论趋势.２．将霍耳传感器置于螺线管内中心点，当螺线管通过励磁电流I M时，在0至500mA电流输出范围内，每隔50mA测量集成霍耳传感器的输出电压U，记录U～I M关系数据；其中相关数据为:Linear Regression through origin for DATA2_B:Y = B * XParameter Value Error------------------------------------------------------------A 0 --B 30.70639 0.0093------------------------------------------------------------R SD N P------------------------------------------------------------1 0.11272 10 <0.0001------------------------------------------------------------由产品说明书中K值：31.25±1.25 V/T直线拟合的相关系数为1 ，拟合度非常高。
由图中的拟合直线的斜率B = 30.70639可得K=30.71 V/T在说明书的误差范围之内，实验成功。
３．在励磁电流为ＩＭ＝２５０mA时的霍耳传感器在管内不同位置处的霍耳电压U；其中，由于补偿电路分去了U0，所以电压表上的读数即为实际的U - U0,于是得到各个位置的磁感应强度。
理论的B由公式B=C(X)I M以及实验原理中的表的数据得到；作出磁感应强度B与位置X的关系图：可以看出，实验数据与理论数据的一致性很高，绝大多数的数据点,理论值与实际测量值之间非常接近,以至于图上只能看见一个点.【对实验结果中的现象或问题进行分析、讨论】1.实验的第一部分是对K进行粗略定标，从图上看,实验结果十分接近于一个钩形,结果可以说相当成功.2.实验的第二部分是对K进行精确定标，取定了5V的工作电压，在此电压下进行K值的精确测量，为实验的第三部分做准备。
这个实验最后直线拟合非常完美，相关系数R = 1。
3.实验的第三部分是测量工作电压为5V，励磁电流为250mA的情况下，螺旋管里的磁感应强度的分布，从实验测得数据与理论数值比较来看,绝大多数数据,特别是中间变化较小的一段数据,二者极其接近.综合来看,最后的结果相当成功.【误差分析】虽然这个实验的数据较为完美,但是仍然存在着一定的误差.主要的误差可能存在于以下几个方面1、读数误差。
在实验中，读数一直在某个数值中间波动，因此在读数时，我采取了读取中位数的方式，这导致了我实验时所记录下来的数据修改的痕迹比较重。
2、电源误差。
实验中我发现，提供电源的恒流与恒压电源并不是十分敏感。
常常是旋转了调整旋钮很久之后输出的电压示数才有变化。
然而霍尔传感器却十分敏感，实验中输入电压示数相同的时候，万用表的数据常常会差距很大。
这里我仍然采用了取中位数的方法，即当输出电源的旋钮左右稍加旋转都无法改变示数时才记录数据的方式，减小了误差。
3、传感器位置误差。
实验中，有数次我在操作与读数时，无意中碰到了放置霍尔传感器的杆，这导致了部分数据的错误。
在这里我要感谢助教老师帮我找出了这个问题。
【附页】◆实验中的思考1. 推导霍尔系数R H 和霍尔元件的灵敏度K原理如图：电流： I = nesv 其中 S=Bd稳定之后的电场力与洛伦兹力平衡：Ue B=eBv于是得： U = IBned =1ne ∙I∙B d=R H ∙I∙B d=K ∙I ∙B所以 R H =1ne K = 1ned 2. 设计补偿电路原理图：3. 查找并了解量子霍尔效应与分数量子霍尔效应答：整数量子霍尔效应，是德国物理学者冯克立钦于1980年发现的，他也因此在1985年获得诺贝尔奖。
崔琦和史特莫更进一步在高磁场和更低的温度条件，发现分数量子霍尔效应。
K. Von Klitzing ，G. Dorda ，M. Pepper 于1979年发现量子霍尔效应，滑动变阻器B即霍尔常数（强磁场中，纵向电压和横向电流的比值）是量子化的，RH＝V/I＝h/νe2，ν＝1，2，3，……。
这种效应称为整数量子霍尔效应。
进而,AT&T的D. Tsui、H. Stormer和A.Gossard发现，随着磁场增强，在v＝1/3,1/5,1/7…等处，霍尔常数出现了新的台阶。
这种现象称为分数量子霍尔效应。
对此R. Laughlin 给出了解释，他认为，由于极少量杂质的出现，整数v个朗道能级被占据，这导致电场与电子密度的比值B/ρ为h/ev，从而导致霍尔常数出现台阶。
他还指出，由于在那些分数占有数处，电子形成了一种新的稳定流体，正是这些电子中的排斥作用导致了分数量子霍尔效应。
与上面的量子霍尔效应，分数量子霍尔效应在表面上的区别就是v可以去分数值，如2/5、2/3等等……就像夸克的电量是电子电量的1/3倍一样，分数霍尔效应是量子霍尔效应的新纪元。
◆实验感想本次实验，是我所选择的最后一个实验。
而实验的过程也堪称给本学期的物理实验课程画上了一个圆满的句号。
在这里我想谈谈这一个学期以来物理实验课程给我的一些感悟。
可能由于我是一名电院学生的缘故，我对电学与光学的实验情有独钟。
本学期我所选择的实验，绝大多数都在电学与光学的范畴内。
相比之下，比起电学实验注重实验的操作与技巧，光学实验更为精密，更要求我们操作时小心翼翼，不出一点差错。
在这次实验的过程中，我看到了霍尔现象的一些硬功，而课后助教老师布置的思考题，更让我有机会通过网络，查询到了量子霍尔效应与分数霍尔效应这些前沿的科技。
我认为物理实验并不能只看一些课本上的结论，而是要放开眼界，从实际入手，将最前沿的物理发现与实验中的一些现象结合起来，从而得到提高。
在这一个学期的物理实验中，我不仅锻炼了实验的动手能力，培养了与同组同学配合的团队协作能力，还有数据处理与分析方面的能力。
特别值得一提的是在这一个学期的实验中，我的实验报告采用了电脑打字的方法，并且自行编写了一些小软件在处理麻烦的数据。
这些体验都让我受益良多。
最后我还要感谢所有在这一个学期中指导、帮助过我的助教老师和同组同学。
谢谢他们在实验中给我的知识。
