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卓顶精文2019霍尔效应测磁场实验报告

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1
实验报告
学生姓名：学号：指导教师：
实验地点：实验时间：
一、实验室名称：霍尔效应实验室
二、 实验项目名称：霍尔效应法测磁场
三、实验学时：
四、实验原理：
（一）霍耳效应现象
将一块半导体（或金属）薄片放在磁感应强度为B的磁场中，并让薄片
平面与磁场方向（如Y方向）垂直。如在薄片的横向（X方向）加一电流强度为

HI的电流，那么在与磁场方向和电流方向垂直的Z方向将产生一电动势H
U
。

如图1所示，这种现象称为霍耳效应，HU称为霍耳电压。霍耳发现，霍耳
电压HU与电流强度HI和磁感应强度B成正比，与磁场方向薄片的厚度d反比，
即

d
BI
RUHH
（1）

式中，比例系数R称为霍耳系数，对同一材料R为一常数。因成品霍耳元件（根
据霍耳效应制成的器件）的d也是一常数，故dR/常用另一常数K来表示，有
BKIUHH
（2）

式中，K称为霍耳元件的灵敏度，它是一个重要参数，表示该元件在单位磁感应
强度和单位电流作用下霍耳电压的大小。如果霍耳元件的灵敏度K知道（一般由
实验室给出），再测出电流HI和霍耳电压HU，就可根据式

H
H
KI

U
B
（3）

算出磁感应强度B。

图1霍耳效应示意图图2霍耳效应解释
（二）霍耳效应的解释
2

现研究一个长度为l、宽度为b、厚度为d的N型半导体制成的霍耳元件。
当沿X方向通以电流HI后，载流子（对N型半导体是电子）e将以平均速度v
沿与电流方向相反的方向运动，在磁感应强度为B的磁场中，电子将受到洛仑兹
力的作用，其大小为
evBfB
方向沿Z方向。在Bf的作用下，电荷将在元件沿Z方向的两端面堆积形成电场
H
E

（见图2），它会对载流子产生一静电力Ef，其大小为

HE
eEf
方向与洛仑兹力Bf相反，即它是阻止电荷继续堆积的。当Bf和Ef达到静态平衡
后，有EBff，即beUeEevBHH/，于是电荷堆积的两端面（Z方向）的电
势差为
vbBUH
（4）

通过的电流HI可表示为
nevbdIH
式中n是电子浓度，得

nebd
I
vH
（5）

将式（5）代人式（4）可得

ned
BI
UHH

可改写为
BKIdBIRUHHH
该式与式（1）和式（2）一致，neR1就是霍耳系数。
五、实验目的：
研究通电螺线管内部磁场强度
六、实验内容：
（一）测量通电螺线管轴线上的磁场强度的分布情况，并与理论值相比较；
（二）研究通电螺线管内部磁场强度与励磁电流的关系。
3

七、实验器材：
霍耳效应测磁场装置，含集成霍耳器件、螺线管、稳压电源、数字毫伏表、
直流毫安表等。
八、实验步骤及操作：
（一）研究通电螺线管轴线上的磁场分布。要求工作电流HI和励磁电流NI都固
定，并让500MImA，逐点（约12-15个点）测试霍耳电压HU，记下HI和K的
值，同时记录长直螺线管的长度和匝数等参数。
1．接线：霍尔传感器的1、3脚为工作电流输入，分别接“IH输出”的正、
负端；2、4脚为霍尔电压输出，分别接“VH输入”的正、负端。螺线管左右接
线柱（即“红”、“黑”）分别接励磁电流IM的“正”、“负”，这时磁场方向为左
边N右边S。
2、测量时应将“输入选择”开关置于“VH”挡，将“电压表量程”选择按
键开关置于“200”mV挡，霍尔工作电流IH调到5.00mA，霍尔传感器的灵敏度
为：245mV/mA/T。
3、螺线管励磁电流IM调到“0A”，记下毫伏表的读数0V（此时励磁电流为0，
霍尔工作电流HI仍保持不变）。
4、再调输出电压调节钮使励磁电流为mAIM500。
5、将霍耳元件在螺管线轴线方向左右调节，读出霍耳元件在不同的位置时
对应的毫伏表读数iV，对应的霍耳电压0VVViHi。霍尔传感器标尺杆坐标
x
=0.0mm对准读数环时，表示霍尔传感器正好位于螺线管最左端，测量时在0.0mm

左右应对称地多测几个数据，推荐的测量点为x=-30.0、-20.0、-12.0、-7.0、
-3.0、0.0、3.0、7.0、12.0、20.0、40.0、75.0mm。（开始电压变化快的时候位
置取密一点，电压变化慢的时候位置取疏一点）。
6、为消除副效应，改变霍耳元件的工作电流方向和磁场方向测量对应的霍
耳电压。计算霍尔电压时，V1、V2、V3、V4方向的判断：按步骤（4）的方向连线
时，IM、IH换向开关置于“O”（即“+”）时对应于V1（+B、+IH），其余状态依次
4

类推。霍尔电压的计算公式是V=（V1-V2+V3-V4）÷4。
7、实验应以螺线管中心处（x≈75mm）的霍尔电压测量值与理论值进行比较。
测量B~IM关系时也应在螺线管中心处测量霍尔电压。
8、计算螺线管轴线上磁场的理论值应按照公式)cos(cos2120nIB（参见
教材实验16，p.152公式3-16-6）计算，即
0
2222
244μNIxL-xBL
xD/(L-x)D/



理

，计算各测量点的理论值，并绘出
B
理

论~x曲线与B测量
~x曲线，误差分析时分析两曲线不能吻合的原因。如只计算螺线

管中点和端面走向上的磁场强度，公式分别简化为022μNIBLD理、
0
22
24μNIBLD/

理

，分析这两点B理论与实测不能吻合的原因。

9、在坐标纸上绘制B~X曲线，分析螺线管内磁场的分布规律。
（二）研究励磁特性。
固定HI和霍耳元件在轴线上的位置（如在螺线管中心），改变MI，测量相应
的HU。
将霍耳元件调至螺线管中心处（x≈75mm），调稳压电源输出电压调节钮使励
磁电流在0mA至600mA之间变化，每隔100mA测一次霍耳电压（注意副效应的消
除）。绘制MI～B曲线，分析励磁电流与磁感应强度的关系。
九、实验数据及结果分析：
1、计算螺线管轴线上磁场强度的理论值B理：
实验仪器编号： 6 ，线圈匝数：N= 1535匝 ，线圈长度：L= 150.2mm ，
线圈平均直径：D= 18.9mm，励磁电流：I= 0.500A ，霍尔灵敏度K= 245
mV/mA/T
x=L
/2=75.1mm时得到螺线管中心轴线上的磁场强度：

)mT(37.60189.01502.00.500153510142.34224220DLNIμB
；
x=0或x=L
时，得到螺线管两端轴线上的磁场强度：

)mT(20.340189.01502.020.500153510142.3442224220//DLNIμB
；
同理，可以计算出轴线上其它各测量点的磁场强度。
5

2、螺线管轴线上各点霍尔电压测量值和磁场强度计算值及误差
B、IH 方向 x(mm)
零差 (mV) -30.0 -20.0 -12.0 -7.0 -3.0 0.0 3.0 7.0 12.0 20.0 40.0 7
5.0

+
B、
+IH

0.3 -0.1 0.0 0.4 1.1 2.1 3.3 4.5 5.7 6.5 7.0 7.3 7

.4

+
B、
-IH

-0.4 -0.8 -0.9 -1.4 -2.0 -3.1 -4.2 -5.4 -6.6 -7.3 -7.8 -8.0 -

8.1

-
B、
-IH

-0.4 0.2 0.3 0.6 1.3 2.3 3.4 4.6 5.8 6.5 6.9 7.2 7

.3

-
B、
+IH

0.3 -0.4 -0.5 -1.0 -1.7 -2.7 -3.9 -5.1 -6.3 -7.1 -7.6 -7.8 -

8.0

V1(mV)
-0.4 -0.3 0.1 0.8 1.8 3.0 4.2 5.4 6.2 6.7 7.0 7
.1

V2(mV)
-0.4 -0.5 -1.0 -1.6 -2.7 -3.8 -5.0 -6.2 -6.9 -7.4 -7.6 -
7.7

V3(mV)
0.6 0.7 1.0 1.7 2.7 3.8 5.0 6.2 6.9 7.3 7.6 7
.7
V4(mV) ------------

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霍尔效应实验报告

霍尔效应实验报告

霍尔效应实验报告实验报告姓名: 学号: 系别: 座号: 实验题目: 通过霍尔效应测量磁场实验目的: 通过实验测量半导体材料的霍尔系数和电导率可以判断材料的导电类型、载流子浓度、载流子迁移率等主要参数实验内容:已知参数：b=4.0mm, d=0.5mm, l?B'C=3.0mm. 设B?KIM，其中K=6200GS/A； 1.保持IM=0.450A不变，测绘VH?IS曲线测量当I正(反)向时, I正向和反向时V的值,如下表HSVb/mVIs/mAVH3.564(?) ISVd83由RH?H?10(cm/C)和B?KIM得ISB由origin得1VHd0.05108?3.564??108?6.39?103(cm3/C)ISKIM6200?0.4502.保持IS=4.50mA不变，测绘VH?IM曲线测量当I正(反)向时, I正向和反向时V的值,如下表 RH?HMVH/mVIm/mAVH3.572?10?2(?) IMVd83由RH?H?10(cm/C)和B?KIM得ISBVd0.05RH?H?108?3.572?10?2??108?6.40?103(cm3/C)?3IMKIS6200?4.50?10由origin得3.在零磁场下，取IS=0.1mA，在正向和反向时，测量V?V??4.确定样品的导电类型，并求RH、n、σ和μ2(1)确定样品的导电类型控制电流和磁场方向如图所示时，电压表读数为正.可知薄片S的上表面积累正电荷,下表面积累负电荷.再根据洛沦兹力的受力规则判断,载流子受力向下,再由下表面积累负电荷知,载流子为负电荷.所以导电类型为n型. (2)求RH6.39?103?6.40?1036.395?103(cm3/C) 由1和2知， RH?2(3)求n119.77?1014/cm3 由n?得 n?3?196.395?10?1.6?10RHe(4)求σISl0.1?10?3?3?10?317.23(S/m) 由??得 3?3?38.705?10?4?10?0.5?10V?bd(5)求μ由RH得 ??0.1723?6.395?103?1.10?103(cm2V?1s?1)实验分析:本实验采用数字仪表控制,所以相当精确.思考题:(1)若磁场不恰好与霍尔元件的法线一致,对测量结果会有何影响？如何用实验的方法判断B与法线方向是否一致？若磁场不恰好与霍尔元件的法线一致,则霍尔片通过电流时,载流子的偏转方向就会偏离法线方向,从而使测得的电位差不是真正的霍尔电位差,从而造成测量的系统误差.朝两个方向偏转霍尔元件的方向，如果电位差都减小，说明B与法线方向一致。

霍尔元件测量磁场实验报告

霍尔元件测量磁场实验报告

霍尔元件测量磁场实验报告1. 引言嘿，大家好，今天咱们来聊聊一个酷炫的实验，那就是用霍尔元件测量磁场。

这玩意儿听起来可能有点高深，但其实也没那么复杂。

就像喝水一样，简单明了，来，跟我一块儿探究吧！霍尔元件，它的工作原理就像魔法一样。

你只需把它放到磁场中，它就能告诉你磁场的强度。

是不是很神奇？而且我们用这个实验，不仅能让大家对物理有更直观的认识，还能让学习变得更有趣，谁不想当个科学小达人呢？2. 实验原理2.1 霍尔效应首先，咱们得聊聊霍尔效应。

简单来说，就是当电流流过一个导体，放在垂直磁场里时，导体的一侧会出现电压差，这就是霍尔电压。

哇，这个原理听起来就像是在讲故事一样，对吧？电流、磁场、电压，这些元素混在一起，真的是一场科学的盛宴。

霍尔元件通过这种效应，能把磁场的强度转化成电信号，太厉害了！2.2 实验准备在实验之前，咱们得准备一些材料。

别担心，所需的东西可不复杂：一个霍尔元件、一块电源、一根电流表，还有一个可以调节磁场的装置。

哦，对了，还有个小黑板，用来记录数据。

只要把这些东西都准备好，就可以开始这场科学之旅啦！记得保持耐心哦，科学可不是一蹴而就的事情。

3. 实验步骤3.1 连接电路接下来，咱们开始实验。

首先，把霍尔元件连上电源。

电流一开，霍尔元件就开始“工作”了。

真是好像打开了一扇新世界的大门！记得检查一下连接是不是牢靠，别让电流跑了。

这就像养花，浇水的时候要保证水分足够，也不能太多，否则就容易烂根。

3.2 测量磁场好了，现在就轮到咱们测量磁场了。

把霍尔元件放进调节好的磁场里，慢慢调整磁场强度。

每次调整后，看看电流表上的数值，哇，真的是一目了然，数据在眼前一闪一闪的，就像星星一样。

记得要记录下每个强度对应的电压哦，数据可不能遗漏！这些数据将来可是你展示成果的“秘密武器”呢！4. 数据分析4.1 结果讨论当数据收集完后，咱们就要进行数据分析了。

看看这些数值有没有规律，能不能从中找到一些有趣的结论。

霍尔元件测磁场实验报告

霍尔元件测磁场实验报告

霍尔元件测磁场实验报告实验目的：本实验旨在通过使用霍尔元件测量磁场的方法，掌握霍尔元件的工作原理，了解霍尔元件在磁场中的应用，以及掌握实验仪器的使用方法。

实验仪器和材料：1. 霍尔元件。

2. 恒流电源。

3. 万用表。

4. 磁铁。

5. 直流电源。

6. 导线。

7. 实验台。

实验原理：霍尔元件是一种利用霍尔效应的器件，当霍尔元件置于磁场中，并通过其上通过一定方向的电流时，会在垂直于电流方向和磁场方向的方向上产生电压。

这个电压称为霍尔电压，其大小与电流、磁场的大小和方向均有关系。

通过测量霍尔电压的大小，可以确定磁场的强度。

实验步骤：1. 将霍尔元件固定在实验台上，并接入恒流电源和万用表。

2. 将磁铁放置在霍尔元件的周围，调整磁铁的位置和方向，使得磁场垂直于霍尔元件上的电流方向。

3. 通过调节恒流电源的电流，记录不同电流下霍尔电压的数值。

4. 移动磁铁，改变磁场的强度，记录不同磁场强度下霍尔电压的数值。

5. 分析实验数据，得出霍尔元件在不同磁场和电流下的霍尔电压与磁场强度的关系。

实验结果：通过实验数据的记录和分析，我们得到了霍尔元件在不同磁场和电流下的霍尔电压与磁场强度的关系曲线。

实验结果表明，霍尔电压与磁场强度呈线性关系，且与电流大小无关。

这与霍尔效应的工作原理相符合。

实验结论：通过本次实验，我们深入了解了霍尔元件的工作原理和应用，掌握了霍尔元件测磁场的方法。

实验结果表明，霍尔电压与磁场强度呈线性关系，这为我们进一步研究和应用霍尔元件提供了重要的参考。

实验中遇到的问题及解决方法：在实验过程中，我们发现磁场的不均匀性会对实验结果产生影响。

为了解决这一问题，我们可以采用更加均匀的磁场源，或者对实验数据进行修正处理。

实验的局限性和改进方向：本次实验中，我们只是简单地测量了霍尔元件在垂直磁场中的霍尔电压，而未考虑其他方向上的磁场对霍尔元件的影响。

在今后的实验中，我们可以进一步研究霍尔元件在不同方向上的磁场中的表现，以及对霍尔元件的灵敏度进行改进。

霍尔效应实验报告

霍尔效应实验报告

霍尔效应实验报告以下是CN人才公文网小编给大家整理收集的霍尔效应实验报告，仅供参考。

霍尔效应实验报告1实验内容:1. 保持不变，使Im从0.50到4.50变化测量VH.可以通过改变IS和磁场B的方向消除负效应。

在规定电流和磁场正反方向后，分别测量下列四组不同方向的IS和B组合的VH,即+B， +IVH=V1—B， +VH=-V2—B，—IVH=V3+B， -IVH=-V4VH = (|V1|+|V2|+|V3|+|V4|)/40.501.601.003.201.504.792.006.902.507.983.009.5511.174.0012.734.5014.34画出线形拟合直线图：Parameter Value Error------------------------------------------------------------A 0.11556 0.13364B 3.16533 0.0475------------------------------------------------------------ R SD N P------------------------------------------------------------ 0.99921 0.18395 9 <0.00012.保持IS=4.5mA ,测量Im—Vh关系VH = (|V1|+|V2|+|V3|+|V4|)/40.0501.600.1003.200.1504.790.2006.900.2507.980.3009.550.3500.40012.690.45014.31Parameter Value Error------------------------------------------------------------A 0.13389 0.13855B 31.5 0.49241------------------------------------------------------------R SD N P------------------------------------------------------------0.99915 0.19071 9 <0.0001基本满足线性要求。