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e.螺线管磁场的描绘.05.doc

e.螺线管磁场的描绘.05

叶万顷
2017-10-23 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《e.螺线管磁场的描绘.05doc》,可适用于市场营销领域

e螺线管磁场的描绘精品文档就在这里各类专业好文档值得你下载教育管理论文制度方案手册应有尽有实验名称螺线管磁场的描绘一、前言霍耳效应是德国物理学家霍耳于年在他的导师罗兰指导下发现的。由于这种效应对一般的材料来讲很不明显因而长期未得到实际应用。六十年代以来随着半导体工艺和材料的发展这一效应才在科学实验和工程技术中得到了广泛应用。利用半导体材料制成的霍耳元件特别是测量元件广泛应用于工业自动化和电子技术等方面。由于霍耳元件的面积可以做得很小所以可用它测量某点或缝隙中的磁场。此外还可以利用这一效应来测量半导体中的载流子浓度及判别半导体的类型等。近年来霍耳效应得到了重要发展冯克利青在极强磁场和极低温度下观察到了量子霍耳效应它的应用大大提高了有关基本常数测量的准确性。在工业生产要求自动检测和控制的今天作为敏感元件之一的霍耳器件会有更广阔的应用前景。了解这一富有实用性的实验对今后的工作将大有益处。二、教学目标、了解霍尔效应产生的机理掌握测试霍尔器件的工作特性。、掌握用霍尔元件测量磁场的原理和方法。、学习用霍尔器件测绘长直螺线管的轴向磁场分布。、学习用霍尔效应判别霍尔片载流子类型。三、教学重点、霍尔元件测量磁场的原理和方法。四、教学难点、霍尔效应产生的机理。、霍尔片载流子类型判定。精品文档五、实验原理、霍尔效应测量测场的原理bd如右图所示把一宽厚的长方形半导体薄片,,放入外磁场中磁场沿轴正向半导体薄片平面BBz与磁场垂直薄片的四个侧面分别引出两对电极(、MNSN和、)径向电极、通以直流电流后在PMISSP、极所在侧面产生电势差的现象称为霍尔效应VH电势差叫做霍尔电势差这种小薄片就是霍尔片。VHN假设霍尔片是由型半导体材料制成的其载流子为电子在电极M、上通过nN的电流由M极进入极出来则片中载流子(电子)的运动方向与电流的方向IS,,v相反设运动的载流子速度为电量为在磁场中要受到的洛仑兹力为Be,,,()fevB,B,NSM电子在的作用下在由运动的过程中同时要向极所在的侧面偏转fBP(即向下方偏转)结果使下侧面因积聚电子而带负电相应的上侧面(极所在侧面)带正电在上下两侧面之间就形成霍尔电势差。因此当薄片中后续电子运动VH,,时在受到作用的同时还要受到由霍尔电压产生的霍尔电场的作用霍尔电EfHB场的大小为EVb,方向如上右图所示。HH,,运动电子所受到的霍尔电场力的方向与洛伦兹力的方向正好相反当ffHB,,时则有ff,HB,,,(),,,eEevB()HSSP此时电子受力为零达到稳定状态不再向侧面运动使、上下两面形成稳定的霍尔电场,,,()EvB,,H,,vvBvB因垂直故霍尔电场的大小E=其中是载流子的平均速度由此霍尔H电压为VbEbvB,,()HHnInedbv,vInedb,设薄片中电子浓度为由可求得所以SeeSe精品文档就在这里各类专业好文档值得你下载教育管理论文制度方案手册应有尽有IBIBSS()VRKIB,,,HHHSneddeRH式中称为霍尔系数称为霍尔片的灵敏度。RK,,,HHnednedee将()式改写得()BVKI,HHS由()式可看出若已知霍尔电流霍尔电压的大小和霍尔元件的灵敏度IVHH就可以算出磁感应强度。如果已知磁感应强度的大小则可以确定霍尔元件BKH的霍尔系数进而判断霍尔元件材料的导电类型、载流子浓度等参数。RH、霍尔电压测量中的附加电势差及其减小误差的方法实际测量时所测得的电压不只是还包括其他因素带来的附加电压主要有不VH等势电势差爱廷豪森电势差能斯脱电势差和里纪勒杜克电势差。VVVVENRL()不等势电压V由横向电极位置不对称而产生的电压降VB它与外磁场无关仅与工作电流的方向有关。IS()爱廷豪森效应VE从微观来看当霍耳电压达到一个稳定值V时速度为的载流子的运动达到动vH态平衡。但从统计的观点看元件中速度大于和小于的载流子也有。因速度大的vv载流子所受的洛仑兹力大于电场力而速度小的载流子所受的洛仑兹力小于电场力因而速度大的载流子会聚集在元件的一侧而速度小的载流子聚集在另一侧又因速度大的载流子的能量大所以有快速粒子聚集的一侧温度高于另一侧。这种由于温差BV而产生电压的现象称为爱廷豪森效应。该电压用表示它不仅与外磁场有关还EI与电流有关。SV()能斯脱效应NI在元件上接出引线时不可能做到接触电阻完全相同。当电流通过不同接触电SV阻时会产生不同的焦耳热并因温差产生一个附加电压这就是能斯脱效应。它与NBI电流无关只与外磁场有关。S精品文档()里记勒杜克效应VRL由能斯脱效应产生的电流也有爱廷豪森效应由此而产生附加电压称为里VRL记勒杜克效应。与无关只与外磁场有关。BVIRLS根据其产生的原因及特点测量时在保持和大小不变的条件下可通过改变BIS的流向和的方向的方法来减小或抵消上述效应的影响。BIS例如测量时首先任取某一方向的和为正当改变它们的方向时为负保持BIISSB的数值不变取(IB)、(I、B)、(I、B)、(IB)四种条件进行测量:SSSSVVVVVV,HENRLVVVVVV,,,,HENRLVVVVVV,,,,,HENRLVVVVVV,,,,HENRL从上述结果中消去VV和V得到NRLVVVVVV,,,,()HE一般地比小得多在误差范围内可以忽略不计故有VVEHVVVVV,,,()H在实际测量中V和V相对于V和V符号相反故取VVVVV,()H六、实验仪器THS型螺线管磁场测定实验组合仪。、实验仪介绍YYX如图所示探杆固定在二维(方向)调节支架上。其中方向调节支架通YX过旋钮调节探杆中心轴线与螺线管内孔轴线位置应使之重合。方向调节支架通XX过旋钮来调节探杆的轴向位置其位置可通过标尺读出以相距螺线管两端XXX,,,口等远的中心位置为坐标原点则探头离中心的距离为。精品文档就在这里各类专业好文档值得你下载教育管理论文制度方案手册应有尽有位置右端中心左端X(cm)X(cm)、测试仪介绍mAII“输出”:霍尔器件工作电流源输出电流,通过“调节”旋钮调节。SSAII“输出”:螺线管励磁电流源输出电流,通过“调节”旋钮调节。MM上述俩组恒流源读数可通过“测量选择”按键共用一只数字电流表ImA()ImA()II“”显示按键测放键测。MSMSVVmV()直流数字电压表“”供测量霍尔电压用。HO精品文档七、实验内容与步骤、按图接好电路K、K、K都断开注意和不可接反将和调节IIIISMSM旋钮逆时针方向旋到底使其输入电流趋于最小状态。、转动霍尔器件探杆支架旋钮X和X将霍尔器件移到螺线管右端(Xcm,)。切换“测量选择”按钮分别将和调为某一定值(参考值Xcm,IIImA,SsMN)依次按表调节和测出相应的记录和IA,XXVVVVKHMBX,绘制螺线管内磁场分布的曲线验证螺线管端口磁感应强度为中心位置的。、将霍尔器件移至螺线管的中心位置(Xcm,Xcm,)。打开测试仪电源切换“测量选择”按钮合上闸刀开关K调节IA,并在测试过程终保持不MIVVVVVI,变。依次按表调节测出相应的绘制霍尔电压和工作电流的HSS曲线。KImA,、切换“测量选择”按钮合上闸刀开关调节并在测试过程终SIVVVV保持不变。依次按表调节测出相应的绘制霍尔电压和励磁电MVI,流的曲线。HMII、将和调到最小断开三个闸刀开关关闭电源拆线收拾仪器。SM精品文档就在这里各类专业好文档值得你下载教育管理论文制度方案手册应有尽有八、数据表格及数据处理、数据表格表ImAIAXXX,,,,,,,SMXXXV(mV)V(mV)V(mV)V(mV)V(mV)B(KGS)H表XcmXcmIA,,,,,MVVVV,,()VmV,Is(mA)V(mV)V(mV)V(mV)V(mV)HXcmXcmImA,,,,,表SVVVV,,()VmV,I(mA)V(mV)V(mV)V(mV)V(mV)MH、计算螺线管中心磁感应强度及相对误差K霍尔片的霍尔系数:=mVmAKGSHN螺线管单位长度的线圈匝数:=×m精品文档螺线管中心磁感应强度理论值:,BNITKGS,,,,,,()()M实验值:BVKIKGS,,()HHSBB,相对误差:E,,B、测绘关系曲线、关系曲线和螺线管轴线磁感应强度分布曲线VI,VI,HsHM霍尔电压与霍尔电流的关系曲线霍尔电压与励磁电流的关系曲线从图上可以清楚看到霍尔电压与霍尔电流励磁电流之间成线性关系。螺线管轴线磁感应强度分布曲线精品文档就在这里各类专业好文档值得你下载教育管理论文制度方案手册应有尽有、霍尔片载流子类型的判断不同载流子类型的霍尔片在相同条件下产生的电动势在方向上会有差异。霍尔片位置及螺线管线圈绕向如图所示霍尔电流励磁电流和霍尔电压极性如下表:霍尔电流输入端霍尔电压输出端励磁电流输入端IUI接线柱类别HHM接线柱编号接线柱正负极性即:霍尔电流从沿X轴正向磁场沿Z轴正向若霍尔片为型则端输n出为“”若霍尔片为型则端输出为“”pp从上述分析可知:实验材料为型载流子为空穴。九、指导要点及注意事项KKKII、接线时、、都断开且“输出”和“输出”端不可接反否则SM可能烧坏霍尔片。II、开机和关机前一定要将和调节旋钮逆时针方向旋到底使其输入电流SM趋于最小状态。K、实验过程应迅速准确每测好一组数据应先断开开关后再记录避免通电时间过长螺线管发热。XXK、调节探头位置时旋钮使用要轻严禁鲁莽操作同时应将开关、K断开避免霍尔片和螺线管长期通电发热。精品文档十、实验管理和成绩记载、实验管理()预习检查:检查学生的学生证检查学生预习报告并签字随机提问(约占实验学生的四分之一)检查学生的预习情况。无预习报告或预习检查不合格的学生取消当堂课实验资格重新预约该实验。()操作管理:巡回检查学生的实验操作和实验数据记录情况及时发现、指导、解决学生在实验操作中遇到的问题检查完成实验学生的数据记录并签字对在小时左右完成实验的学生进行认真的检查并要求其完成实验的选做内容。()实验报告批改:要求学生认真作好实验报告并于实验后一周内交给任课教师(地点:主教学楼楼走廊信箱)及时批改学生的实验报告作好成绩记载并及时发还给学生。、成绩记载平时成绩:实验操作实验报告及时在实验预约单上记载平时成绩。综合成绩:平时成绩考试成绩。十一、实验思考题、在测量霍尔电压的过程中为什么要保持工作电流和励磁电流的恒定,、若霍尔片的法线和磁场方向不一致则对测量结果有何影响,精品文档就在这里各类专业好文档值得你下载教育管理论文制度方案手册应有尽有、怎样测量霍尔元件的霍尔系数或灵敏度,、如何判别霍尔元件的载流子类型,十二、教学后记、精品文档十三、实验成绩评定标准实验操作要求实验报告要求等级预习充分格式规范A:达到要求B:基本达到要求目的明确书写整洁原理清楚作图完美C:达不到要求D:不及格步骤正确表达完整操作规范结果分析各档对应分数,数据正确实验体会AAA()()(),遵守纪律见解创新BBB()()()精品文档就在这里各类专业好文档值得你下载教育管理论文制度方案手册应有尽有,整理仪器习题正确C()()()CC、实验有新发现有创新或独到见解实验成绩评定后提高一档。、迟到成绩降一档。、缺席该次实验成绩为零分。、无故迟交报告成绩降一档。、篡改实验数据成绩降一档。、抄袭实验报告或数据该实验成绩为零分。十四、教材和教学参考书教材:杨长铭等(大学物理实验教程(武汉:武汉大学出版社(教学参考书:、杨述武(普通物理实验(北京:高等教育出版社(、漆安慎杜婵英(普通物理学教程(北京:高等教育出版社(、李天应(物理实验(武汉:武汉大学出版社(、周殿清(大学物理实验(武汉:武汉大学出版社(、杨长铭等(大学物理实验(武汉:武汉大学出版社(、熊永红等(大学物理实验(武汉:华中科技大学出版社(、熊永红张昆实等(大学物理实验(北京:科学出版社(精品文档

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