【实验内容】

1．掌握仪器性能，测量亥姆霍兹线圈磁场：

（1）开机或关机前，应该将测试仪的“IS调节”和“IM调节”旋钮逆时针旋到底。 （2）按【附录】中的说明，连接测试仪与测试架之间各组对应连接线。把励磁电流连接到亥姆霍兹线圈IM输入端，松开“实验功能转换”按钮开关，使仪器测量功能转换到亥姆霍兹线圈磁场测量，相应的指示灯亮。霍尔传感器在线圈的中心位置应是：水平移动指示尺及上下移动指示尺位置均指在“0”处。 注意：

① 霍尔传感器各电极引线与对应的电流换向开关（本实验仪器采用按钮开关控制的继电器）的连线已由制造厂家连接好，实验时不必自己连接。

② 霍尔片性脆易碎，电极甚细易断，严防撞击或用手去摸，否则容易损坏! 霍尔片放置在亥姆霍兹线圈中间，在需要调节霍尔片位置时，亦需要小心谨慎。

③ 二维（或一维）移动尺在调节时应缓慢，不能用力过度，否则容易损坏其传动机构。 （3）接通电源，预热数分钟，这时候，电流表显示“.000”，电压表显示为“0.00”。按钮开关释放时，继电器的常闭触点接通，相当于双刀双掷开关向上合，发光二极管指示出导通线路。

（4）先调节IS：从0逐步增大到4mA，电流表所示的值即随“IS调节”旋钮顺时针转动而增大，此时电压表所示读数为“不等势”电压值，它随IS增大而增大，IS换向，VH0极性改号（此乃“不等势”电压值，可通过“对称测量法”予以消除）。FB510型霍尔效应实验仪VH测试毫伏表设计有调零旋钮，通过它可把VH0值消除。 2．测绘VH?IS曲线：

顺时针转动“IM调节” 旋钮，使IM?500mA固定不变，再调节IS，从0.5mA到

4mA，每次改变0.5mA，将对应的实验数据VH值记录到表格1中。（注意，测量每一组

数据时，都要将IM和IS改变极性，从而每组都有4个VH值）。 3．测绘VH?IM曲线：

调节IS?3mA固定不变，然后调节IM， IM?100mA~500mA每次增加

100mA，将对应的实验数据VH值记录到表格2中。极性改变同上。

4.．确定样品导电类型：

将实验仪三组双刀开关（扭子开关及继电器）均掷向上方，即IS沿X方向，B沿Z方向，毫伏表测量电压为VA?A。取IS?2mA,IM?0.500A，测量VA?A大小及极性，由此判断样品导电类型。 5.求样品的RH值：

6．测单边水平方向磁场分布(IS?2mA, IM?0.500A)：

【数据与结果】

1．数据记录参考表。

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表1 测绘VH~IS实验曲线数据记录表 IM?0.500A V1(mV) V2(mV)V3(mV)V4(mV)V1?V2?V3?V4V?(mV)IS(mA)H 4 ?B,?IS ?B,?IS ?B,?IS ?B,?IS 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00 表2 测绘VH~IM实验曲线数据记录表 IS?3.00mA IM(A) V1(mV) V2(mV) V3(mV) V4(mV) VH? ?B,?IS 0.100 0.200 ?B,?IS ?B,?IS ?B,?IS V1?V2?V3?V4(mV)4 0.300 0.400 0.500 2．用毫米方格纸画绘VH~IS曲线和VH~IM曲线。

3．确定样品的导电类型（P型或N型）。

4．自拟表格，测单边水平方向磁场分布（测试条件(IS?3mA, IM?0.500A)），测

量点不得少于八点（不等步长），以线圈中心连线中点为相对零点位置，作VH~X图，另外半边在作图时可按对称原理补足。

【思考题】

1、霍尔电压是怎样形成的？它的极性与磁场和电流方向（或载流子浓度）有什么关系？ 2、如何观察不等位效应？如何消除它？ 3、测量过程中哪些量要保持不变？为什么？

4、换向开关的作用原理是什么？测量霍尔电压时为什么要接换向开关？ 5、IS可否用交流电源（不考虑表头情怳）？为什么？

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实验二 利用霍尔效应测量螺线管磁场

用霍尔传感器测量通电螺线管内励磁电流与输出霍尔电压之间关系，证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比；用通电长直通电螺线管轴线上磁感应强度的理论计算值作为标准值来校准或测定霍尔传感器的灵敏度，熟悉霍尔传感器的特性和应用；用该霍尔传感器测量通电螺线管内的磁感应强度与螺线管轴线位置刻度之间的关系，作磁感应强度与位置刻线的关系图，学会用霍尔元件测量磁感应强度的方法.

【实验目的】

1、了解霍尔效应现象，掌握其测量磁场的原理。

2、学会用霍尔效应测量长直通电螺线管轴向磁场分布的方法。

【实验原理】

长直通电螺线管中心点磁感应强度理论值

根据电磁学毕奥－萨伐尔(Biot?Savat)定律，通电长直螺线管轴线上中心点的磁感应强度为:： B中心???N?IML?D22 （1）

螺线管轴线上两个端面上的磁感应强度为：

B端面?11??N?IM B中心??2222L?D （2）

式中，?为磁介质的磁导率，真空中的磁导率?0?4??10?7?T?m/A?，N为螺线管的总匝数，IM为螺线管的励磁电流，L为螺线管的长度，D为螺线管的平均直径。

【实验内容】

1、把实验仪与测试架正确连接。把励磁电流接到螺线管IM输入端。按下“实验项目转换”按钮，使测量功能指向螺线管磁场测量。相应的指示灯亮。

2、把测量探头调节到螺线管轴线中心，即刻度尺读数指示为13.0cm处，调节恒流源2,

mA,使IS?4.00mA，不按?VH/VS?（即测VH，依次调节励磁电流为IM?0~?1000每次改变?100mA,测量霍尔电压，并证明霍尔电势差与螺线管内磁感应强度成正比。 3、放置测量探头于螺线管轴线中心，即13.0cm刻度处，固定励磁电流1000mA，调节霍尔工作电流为：IS?0~?4.00mA,每次改变?0.50mA，测量对应的霍尔电压VH，证明霍尔电势差与霍尔电流成正比。

4、调节励磁电流为500mA，调节霍尔电流为4.00mA，测量螺线管轴线上刻度为

X?0.0cm~13.0cm,每次移动1 cm各位置对应的霍尔电势差。(注意,根据仪器设计,这时

候对应的水平移动尺刻度读数为13.0cm处为螺线管轴线中心，0.0cm处为螺线管轴线的

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端面，找出霍尔电势差为螺线管中央一半的数值的刻度位置。按给出的霍尔灵敏度作磁场分布B~X图。

5、用螺线管中心点磁感应强度理论计算值，校准或测定霍尔传感器的灵敏度。

【注意事项】

1、注意实验中霍尔元件不等位效应的观测，设法消除其对测量结果的影响。 2、励磁线圈不宜长时间通电，否则线圈发热，会影响测量结果。

3、霍尔元件有一定的温度系数，为了减少其自身发热对测量影响，实验时工作电流不允许超过其额定值5mA。为了延长霍尔元件的使用寿命，建议其工作电流取值范围为：

IS?0~4.00mA。 【思考题】

1、用简图示意，用霍尔效应法判断霍尔片是n型、p型的半导体材料？ 2、在利用霍尔效应测量磁场过程中，为什么要保持IH的大小不变？

3、如果螺线管在绕制中，单位长度的匝数不相同或绕制不均匀，在实验中会出现什么情况？在绘制B~X分布图时，电磁学上的端面位置是否与螺线管几何端面重合？ 4、霍尔效应在科研中有何应用，试举例说明？

【实验方法和实验步骤】

继电器换向开关的使用说明：

单刀双向继电器的电原理如图3所示。当继电器线包不加控制电压时，动触点与常闭端相连接；当继电器线包加上控制电压时，继电器吸合，动触点与常开端相连接。

实验架中，使用了三个双刀双向继电器组成三个换向开关，换向由接钮开关控制。 当未按下按钮开关时，继电器线包不加电，常闭触点连接；按下按钮开关时，继电器吸合，

常开触点相连接，实现连接线的转换。由此，通过按下、释放按钮开关，实现继电器相连的电路的换向功能。

1、放置测量探头于螺线管轴线中心，即13.0cm刻度处，调节霍尔元件工作电流为

mA,，每次改变100mA，依次把数据记IS??4.00mA，调节励磁电流IM?0~?1000录到相应的表格中。通过作图证明霍尔电势差VH与励磁电流IM成正比。

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