霍尔效应 霍尔元件与磁场的测定.pdf

霍 尔 效 应 实 验 桃哥制作 贤丹我喜欢你 实验背景 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，这就是 美国科学家霍尔于1879年发现的霍尔效应。这一效应广 泛地应用于科学实验和工程技术中，如：测量技术、电子 技术、自动化技术等 。 霍尔元件具有结构简单、形体小、 寿命长、频率响应宽等特点，从而引起了许多各国科技人 员对霍尔效应、霍尔元件以及应用霍尔效应的实用知识和 实用技术的关注。 实验目的 本实验通过研究霍尔电压与工作电流的关系，霍尔电压与 磁场的关系以及消除霍尔效应的副效应的方法，从实验中 认识霍尔效应。 实验原理 1、霍尔效应及其产生机理 有一块宽为 ，厚为 的长方形金属薄片或半导体薄片。现给 w h 轴正向通一稳恒电流 ,垂直方向加一磁场在不加磁场 ，若 x I B S 在1、2两点加一电流计，则发现电流计发生偏转，说明1、2 两点之间存在电位差，此现象称为霍尔效应，则此两点间的 电位差称为霍尔电压U 。 H 由于薄片中的载流子（设为自由电子）以平均速度v沿x轴负 方向作定向运动，所受的洛伦兹力为 ＝ ，而这个力使 F evB B 电荷向1-3面和2-4面的两边堆积，并沿 轴方向上形成一个 y 的横向电场E ，即霍尔电场。此电场对载流子形成一个与洛 H 伦兹力相反的静电力F ，二者最终会达到平衡，有F = H B F ，即： evB = eE ………………(1) H H 其中： — 载流子电量； — 载流子速度。 e v 又已知霍尔片宽为 ，两侧间的霍尔电压为 ，则： w U H ／ ………………(2) E = U w H H 又在 方向的截面积S wh ………………(3) x = 设金属薄片或半导体薄片内的载流子浓度为 ，单位时间内 n 体积为 里的载流子全部通过横截面，则电流强度为： vS I = nevS = nevwh ………………(4) S I S v = ………………(5) new