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1、关于磁阻效应大物实验现在学习的是第1页，共16页一、实验背景一、实验背景 导导电电材材料料的的电电阻阻值值R随随磁磁感感应应强强度度B变变化化这这样样一一个个规规律律，称称为为磁磁阻阻效应。利用磁阻效应制成的器件叫做磁阻器件。效应。利用磁阻效应制成的器件叫做磁阻器件。磁磁阻阻器器件件有有很很多多的的优优点点：体体积积小小、灵灵敏敏度度高高、抗抗干干扰扰能能力力强强等等等等。在导航、电流检测、磁性编码等方面有着十分广泛的应用。在导航、电流检测、磁性编码等方面有着十分广泛的应用。锑化铟（锑化铟（InSbInSb）传感器是一种价格比较低，但灵敏度比较高的磁阻器件，）传感器是一种价格比较低，但灵敏度比
2、较高的磁阻器件，有着十分重要的应用价值。有着十分重要的应用价值。现在学习的是第2页，共16页二、实验目的二、实验目的 研究锑化铟传感器的电阻与研究锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系。磁感应强度的关系。现在学习的是第3页，共16页三、实验原理三、实验原理 如如图图：一一半半导导体体薄薄片片放放在在磁磁感感应应强强度度为为B的的磁磁场场中中，（B的的方方向向沿沿Z轴轴方方向向）在在薄薄片片的的y轴轴方方向向通通正正向向电电流流I，半半导导体体的的载载流流子子将将受受洛洛仑仑兹兹力力的的作作用用发发生生偏偏转转，在在x方向积聚电荷产生霍尔电场。方向积聚电荷产生霍尔电场。根根据据霍霍尔尔效效应应，当
3、当霍霍尔尔电电场场作作用用和和载载流流子子的的洛洛仑仑兹兹力力作作用用刚刚好好抵抵消消qE=qvB，也也就就达达到到了了稳稳定定状状态态。此此时时满满足足：E=vB，E霍霍耳耳电电场场，v载载流流子子的的速度，速度，B磁感强度。磁感强度。载载流流子子的的速速度度并并不不都都一一样样，而而是是满满足足一一定定的的统统计计分分布布，这这里里的的v仅仅仅仅是是一一个个最最可可几几的的速速率率。那那么么小小于于或或大大于于该该速速度度的的载载流流子子将将向向D或或D偏偏转转，这这种种偏偏转转就就会会使使得得沿沿外外加加电电场方向（场方向（y方向）运动的载流子数量减少，从而电阻增大，这种现象称为磁阻。方
4、向）运动的载流子数量减少，从而电阻增大，这种现象称为磁阻。xyzBv+IVDDqvBqE现在学习的是第4页，共16页 磁阻效应通常用磁阻效应通常用电阻率的相对变化量电阻率的相对变化量/（0）或或电阻的相对变化电阻的相对变化量量R/R（0）来表示其大小。来表示其大小。通过实验可以证明，在一般情况下当金属或半导体处于通过实验可以证明，在一般情况下当金属或半导体处于较弱磁场较弱磁场较弱磁场较弱磁场中时，中时，磁电阻的磁电阻的R/R（0）正比于正比于B的的二次方二次方二次方二次方，而在，而在强磁场强磁场强磁场强磁场中中R/R（0）与与B呈呈线性线性线性线性函数函数函数函数关系。关系。如果磁阻传感器处于
5、角频率为如果磁阻传感器处于角频率为的的弱弱正弦交流磁场中，由于正弦交流磁场中，由于 磁电阻的相磁电阻的相对变化量对变化量R/R（0）正比于正比于B2，那么磁阻传感器，那么磁阻传感器R将随角频率将随角频率2作周期性变作周期性变化。这就是弱正弦交流磁场中磁阻传感器所具有的化。这就是弱正弦交流磁场中磁阻传感器所具有的交流电倍频性能交流电倍频性能。现在学习的是第5页，共16页测量磁电阻的原理示意图 在恒流（在恒流（Is=1mA）的情况下，改变磁场测电压，求电阻。）的情况下，改变磁场测电压，求电阻。现在学习的是第6页，共16页四、实验仪器四、实验仪器实验采用DH4510磁阻效应实验仪现在学习的是第7页，
6、共16页现在学习的是第8页，共16页现在学习的是第9页，共16页五、实验内容五、实验内容1、在锑化铟磁阻传感器工作电流保持不变的条件下，测量锑化铟磁阻传感器的电、在锑化铟磁阻传感器工作电流保持不变的条件下，测量锑化铟磁阻传感器的电阻与磁感应强度的关系。作阻与磁感应强度的关系。作R/R(0)B和和R/R(0)B2的关系曲线，并进行曲线的关系曲线，并进行曲线拟合。拟合。找出找出B0.12T两个区间两个区间R/R（0）与与B的函数关系。的函数关系。（实验时注意（实验时注意GaAs和和InSb传感器工作电流应调至传感器工作电流应调至1mA）。）。2、用磁阻传感器测量一个未知的磁场强度，与毫特计测得的磁
7、场强度相比较，、用磁阻传感器测量一个未知的磁场强度，与毫特计测得的磁场强度相比较，估算测量误差。估算测量误差。现在学习的是第10页，共16页六、实验步骤六、实验步骤 仪器开机前须将仪器开机前须将IM调节电位器、调节电位器、Is电流调节电位器逆时针方向旋到底。电流调节电位器逆时针方向旋到底。1、信号源的、信号源的“IM直流源直流源”端用导线接至测试架的端用导线接至测试架的“励磁电流励磁电流”输入端，红导线与红接线柱相连，黑导输入端，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连，如图线与黑接线柱相连，如图4所示。调节所示。调节“IM电流调节电流调节”电位器可改变输入励磁线圈电流的大小，从电位器可改变
8、输入励磁线圈电流的大小，从而改变电磁铁间隙中磁感应强度的大小。而改变电磁铁间隙中磁感应强度的大小。2、将实验仪信号源背部的二芯话筒通过专用的二芯话筒线接至测试架的工作电压输入端，、将实验仪信号源背部的二芯话筒通过专用的二芯话筒线接至测试架的工作电压输入端，这是一路提供继电器工作的这是一路提供继电器工作的12V直流控制电源，作为继电器的控制电压。红的香蕉插接红接线柱，黑直流控制电源，作为继电器的控制电压。红的香蕉插接红接线柱，黑的香蕉插接黑接线柱。的香蕉插接黑接线柱。3、信号源上、信号源上“Is直流恒流源直流恒流源”输出用导线接至工作电流切换继电器输出用导线接至工作电流切换继电器K1接线柱的中间
9、两端，红导接线柱的中间两端，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连。如图线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连。如图4所示。所示。4、信号源的、信号源的“信号输入信号输入”两端用导线接至输出信号切换继电器两端用导线接至输出信号切换继电器K2接线柱的中间两端，红导线接线柱的中间两端，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连。如图与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连。如图4所示。所示。现在学习的是第11页，共16页5、将继电器、将继电器K1接线柱的下面两端与继电器接线柱的下面两端与继电器K2接线柱的下面两端相连，红导线与红接线柱的下面两端相连，红导线与红接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连。如图
10、接线柱相连，黑导线与黑接线柱相连。如图4所示。所示。6、将锑化铟（、将锑化铟（InSb）磁阻传感器（蓝、绿引出线）的两端与工作电流切换继电器）磁阻传感器（蓝、绿引出线）的两端与工作电流切换继电器K1接线柱的下面两端相连，红的香蕉插接红接线柱，黑的香蕉插接黑接线柱。即蓝引接线柱的下面两端相连，红的香蕉插接红接线柱，黑的香蕉插接黑接线柱。即蓝引出线接至红接线柱，绿引出线接至黑接线柱。如图出线接至红接线柱，绿引出线接至黑接线柱。如图4所示。所示。7、砷化镓（、砷化镓（GaAs）霍尔传感器的的四引出线按线的长短已分成两组，红、棕为）霍尔传感器的的四引出线按线的长短已分成两组，红、棕为一组（为工作电流输
11、入端），黄、橙为一组（为霍尔电压输出端），红、棕这一组（为工作电流输入端），黄、橙为一组（为霍尔电压输出端），红、棕这一组线接至工作电流切换继电器一组线接至工作电流切换继电器K1接线柱的上面两端，黄、橙这一组线接至输出信号接线柱的上面两端，黄、橙这一组线接至输出信号切换继电器切换继电器K2接线柱的上面两端。红的香蕉插接红接线柱，黑的香蕉插接黑接线柱，如接线柱的上面两端。红的香蕉插接红接线柱，黑的香蕉插接黑接线柱，如图图4所示。所示。8、确认接线正确完成后，打开交流电源，将信号源及测试架的切换开关都处于按上状态，这、确认接线正确完成后，打开交流电源，将信号源及测试架的切换开关都处于按上状态，这时
12、将测试架上取出的霍尔电压信号输入到信号源，经内部处理转换成磁场强度由表头显示。时将测试架上取出的霍尔电压信号输入到信号源，经内部处理转换成磁场强度由表头显示。现在学习的是第12页，共16页9、调节、调节Is调节电位器让调节电位器让Is表头显示为表头显示为1.00mA，然后调节，然后调节IM=0mA，记下零点误差，记下零点误差B0=？mT。10、调节、调节IM使磁场强度显示为使磁场强度显示为B=（10+B0）mT，（，（20+B0）mT.按下信号源及测试架上的切换开关，按下信号源及测试架上的切换开关，测量并记录该磁场强度下对应的磁阻电压。注意：这时的测量并记录该磁场强度下对应的磁阻电压。注意：这
13、时的Is表头显示应为表头显示应为1.00mA。参考表。参考表1。【B在在100mT以内每增加以内每增加10mT测一组数据，大于测一组数据，大于100mT后每增加后每增加50mT测一组，直到测一组，直到500mT附近为止】。附近为止】。11、根据表一所记录的数据在、根据表一所记录的数据在整个区间作出整个区间作出R/R(0)B曲线曲线并并在在B0.06T区间作区间作 R/R(0)B2曲线曲线，并在，并在B0.12T两个区间分别给出：两个区间分别给出：R/R（0）=f（B）。13、调节、调节IM=0.300A,Is=1.00mA电流，使电磁铁产生一个未知的磁场电流，使电磁铁产生一个未知的磁场强度。测
14、量磁阻传感器的磁阻电强度。测量磁阻传感器的磁阻电压，求压，求R（B）后得后得R/R（0）=R（B）R（0）/R（0）并从并从R/R(0)B曲线上求得磁场强度曲线上求得磁场强度B.14、用仪器所配的毫特计测量该磁场强度，将测得的磁场强度作为准确值与磁阻传感器测、用仪器所配的毫特计测量该磁场强度，将测得的磁场强度作为准确值与磁阻传感器测得的磁场强度值与相比较，估算相对误差得的磁场强度值与相比较，估算相对误差E。现在学习的是第13页，共16页 表表 1 电流电流Is=1mA B0=mT现在学习的是第14页，共16页七、仪器使用注意事项1、需将传感器固定在磁铁间隙中，不可将传感器弯折。、需将传感器固定
15、在磁铁间隙中，不可将传感器弯折。2、不要在实验仪附近放置具有磁性的物品。、不要在实验仪附近放置具有磁性的物品。3、加电前必须保证测试仪的、加电前必须保证测试仪的“Is调节调节”和和“IM调节调节”旋钮均置零位旋钮均置零位（即逆时针旋到底）。（即逆时针旋到底）。4、严禁在励磁线圈加电后插拔励磁电流连线！严禁在励磁线圈加电后插拔励磁电流连线！因为此时会有极强的因为此时会有极强的感应电压，可能损坏仪器。感应电压，可能损坏仪器。如需插拔励磁电流连线，应将励磁电流如需插拔励磁电流连线，应将励磁电流调至最小，再关闭交流电源，才可进行插拔！调至最小，再关闭交流电源，才可进行插拔！现在学习的是第15页，共16页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第16页，共16页