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物理学实验教学示范中心 电磁学实验 物理学实验教学示范中心 电磁学实验 实验目的 了解磁阻效应的基本原理及测量磁阻效应的方法. 测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系. 磁阻效应 - 实验原理 一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B的变化规律称为磁阻效应。如图1所示，当半导体处于磁场中时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍耳电场。如果霍耳电场作用和某一速度载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，电阻增大，表现出横向磁阻效应。若将图1中a端和b端短路，则磁阻效应更明显。通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用Δρ/ρ（0）表示。其中ρ（0）为零磁场时的电阻率，设磁电阻在磁感应强度为B的磁场中电阻率为ρ（B），则Δρ=ρ（B）-ρ（0）。由于磁阻传感器电阻的相对变化率ΔR/R（0）正比于Δρ/ρ（0），这里ΔR=R（B）-R（0），因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量ΔR/R（0）来表示磁阻效应的大小。实验证明，当金属或半导体处于较弱磁场中时，一般磁阻传感器电阻相对变化率ΔR/R（0）正比于磁感应强度B的平方，而在强磁场中ΔR/R（0）与磁感应强度B呈线性关系。磁阻传感器的上述特性在物理学和电子学方面有着重要应用。处于磁场中的磁阻器件和一个外接电阻串联，接在恒流源的分压电路中，通过对R的调节可以调节磁阻器件中电流的大小，电压表联接1或2可以分别监测外接电阻的电压和磁阻器件的电压。阻效应是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。同霍尔效应一样，磁阻效应也是由于载流子在磁场中受到洛伦兹力而产生的。在达到稳态时，某—速度的载流子所受到的电场力与洛伦兹力相等，载流子在两端聚集产生霍尔电场，比该速度慢的载流子将向电场力方向偏转，比该速度快的载流子则向洛伦兹力方向偏转。这种偏转导致载流子的漂移路径增加。或者说，沿外加电场方向运动的载流子数减少，从而使电阻增加。这种现象称为磁阻效应。若外加磁场与外加电场垂直，称为横向磁阻效应；若外加磁场与外加电场平行，称为纵向磁阻效应。一般情况下，载流子的有效质量的驰豫时时间与方向无关，则纵向磁感强度不引起载流子偏移，因而无纵向磁阻效应。目前，磁阻效应广泛用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储(磁卡、硬盘)等领域 实验原理 一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B变化的规律称为磁阻效应。应用这种效应做成的传感器称为磁阻元件。 实验原理 图1 霍尔效应 当导体或半导体处于磁场中时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转,在两端产生积聚电荷并产生霍耳电场。 实验原理 在霍耳电场和外加磁场的共同作用下，沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，电阻增大，也就是由于磁场的存在,增加了电阻,此现象称为磁阻效应。 UR IS -e FB FE ++++++ ------ B a b 图2 磁阻效应 如果将图2中a端和b端短 路,磁阻效应更明显。 实验原理 通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用Δρ/ρ(0)表示。其中ρ(0)为零磁场时的电阻率，设磁电阻电阻值在磁感应强度为B的磁场的电阻率为ρ(B)，则 Δρ=ρ(B)-ρ(0) 由于磁阻传感器电阻的相对变化率ΔR/R(0)正比于Δρ/ρ(0)，因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量ΔR/R(0)来表示磁阻效应的大小. ΔR=R(B)-R(0) 图2 磁阻效应曲线 实验原理 一般情况下外加磁场较弱时，电阻相对变化率正比于磁感应强度B的二次方；随磁场的加强，与磁感应强度B呈线性函数关系；当外加磁场超过特定值时，与磁感应强度B的响应会趋于饱和。 实验操作要求 1.在锑化铟磁阻传感器工作电流保持不变的条件下（IS=1mA）,测量锑化铟磁阻传感器的电阻与磁感应强度的关系，作△R/R(0)~B关系曲线。 2.用磁阻传感器测量一个未知的磁场强度(275mT),与毫特计测得的磁场强度相比较,估算测量误差. IM 霍尔、磁阻元件 每一个数据点测量两组数据：磁场强度和磁电阻（电压） 磁阻效应测量电路示意图——伏安法 实 验 仪 器 ΔR/R(0) ~B关系曲线 （IS=1mA） 电磁铁 InSb ΔR/R(0) ~B关系 IM(mA) UR(mV) B(mT) R(Ω) ΔR/R(0) 0 10 20 ??? 100 150 ??? 500 275 数 据 表 格 1.不要在实验仪器附近放置具有磁性的物品. 注意事项 2.加电前必须保证测试仪的调节和调节旋钮 均置零位(即逆时针旋到底)。工作电流不