3.4用传感器制作自控装置

实验报告内容（原理预习、操作步骤、数据处理、误差分析、思考题解答）

实验原理

　　霍尔效应从本质上讲，就是运动带电粒子q在磁场中受到洛仑兹力而引起的偏转现象。由于带电粒子束缚在固体材料中，这种偏转导致在垂直于电流和磁场方向上正负电荷在样品边界上的聚积，形成横向电场EH。右图立方体为霍尔元件样品，b为宽度，d厚度， Is是沿x轴方向从样品中流过的电流，在z轴方向上施加一个磁场B，则在y轴方向上样品的两个侧面间就存在一个电动势，即霍尔电动势UH。当横向电场对载流子的电场力与磁场对载流子的洛仑兹力相等时，载流子不再偏转，形成稳定电场。

　　　　　　　　 （1）

式中为霍尔电场，载流子在电流方向上的平均漂移速率。设载流子浓度为n，则有：

　　　　　　　 （2）

　　　　　　　 （3）

　　可见，UH与IsB成正比，与样品厚度d成反比，比例系数称为霍尔系数，它是反映材料霍尔效应强弱的重要物理量。为霍尔元件的灵敏度，则

　　　　　　　　　　 （4）

　　　　　　　　　　 （5）

　　（5）式就是磁感应强度的计算公式。为已知量（由仪器生产厂家给出），测得UH和Is就可以求得霍尔元件所在点的磁感应强度B。

　　然而，由于一些热磁负效应的存在，会产生一些附加的电动势，实验中测得的电动势并不是实

际的霍尔电压。这给测量带来误差，必须想办法消除。根据这些负效应产生的机理，采用电流和磁

场换向的方法，就可以把负效应从测量结果中消除。具体做法是Is和B大小不变，设定Is和B的正反方向后，分别改变它们的方向，记录四组电动势数。本实验中流过螺线管内电流为IM，是励磁电流，规定IM为正时，B为正；IM为负时，B为负。

　　　　　　　　+ Is + B（+ IM） U1

　　　　　　　　- Is + B（- IM） U2

　　　　　　　　- Is - B（- IM） U3

+ Is - B（+ IM） U4