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1、磁阻效應(yīng) 磁阻器件由于其靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)、交通、儀器儀表、醫(yī)療器械、探礦等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，如：數(shù)字式羅盤、交通車輛檢測、導(dǎo)航系統(tǒng)等。磁阻器件品種較多，可分為正常磁電阻，各向異性磁電阻，特大磁電阻，巨磁電阻和隧道電阻等。其中正常磁電阻的應(yīng)用十分普遍。銻化銦（InSb）傳感器是一種價(jià)格低廉、靈敏度高的正常磁電阻，有著十分重要的應(yīng)用價(jià)值。它可用于制造在磁場微小變化時(shí)測量多種物理量的傳感器。本實(shí)驗(yàn)使用兩種材料的傳感器，砷化鎵（GaAs）測量磁感應(yīng)強(qiáng)度和研究銻化銦（InSb）在磁感應(yīng)強(qiáng)度變化時(shí)的電阻，融合霍爾效應(yīng)和磁阻效應(yīng)兩種物料現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 了解磁阻現(xiàn)象與霍爾效應(yīng)的關(guān)系與區(qū)

2、別；（2） 測量銻化銦傳感器的電阻與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系；（3） 作出銻化銦傳感器的電阻變化與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線。實(shí)驗(yàn)儀器磁阻效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀。實(shí)驗(yàn)原理 在一定條件下，導(dǎo)電材料的電阻R隨磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化規(guī)律稱為磁阻效應(yīng)。 當(dāng)材料處于磁場中時(shí)，導(dǎo)體或半導(dǎo)體內(nèi)的載流子將受洛倫茲力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在兩端產(chǎn)生積聚電荷并產(chǎn)生霍爾電場。如霍爾電場作用和某一速度的載流子的洛倫茲力作用剛好抵消，那么大于或小于該速度的載流子將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，因而沿外加電場方向運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目將減少，電阻增大，表現(xiàn)橫向電阻效應(yīng)。 通常以電阻率的相對(duì)該變量來表示磁阻的大小，即用表示，其中表示零磁場是的電阻率，設(shè)磁電阻阻值在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B中的電

3、阻率為，則，由于磁阻傳感器電阻的相對(duì)變化率正比于，這里，因此也可以用磁阻傳感器電阻的相對(duì)變化量來表示磁阻效應(yīng)的大小。 實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)金屬或半導(dǎo)體處于較弱磁場中時(shí)，一般磁阻傳感器電阻相對(duì)變化率正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的平方，而在強(qiáng)磁場中與磁感應(yīng)強(qiáng)度B呈線性函數(shù)關(guān)系。磁阻傳感器的上述特性在物理學(xué)和電子學(xué)方面有著重要的應(yīng)用。 如果半導(dǎo)體材料磁阻傳感器處于角頻率為的弱正弦波交流磁場中，由于磁電阻相對(duì)變化量正比于B的平方，那么磁阻傳感器的電阻R將隨角頻率2作周期性變化。即在弱正弦波交流磁場中磁阻傳感器具有交流電倍頻性能。若外界交流磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為 式中，為磁感應(yīng)強(qiáng)度的振幅，為角頻率，t為時(shí)間。設(shè)在弱磁場中，

4、式中，k為常量。假設(shè)電流恒定為，由上式可得式中，為不隨時(shí)間變化的電阻值，而為以角頻率作余弦變化的電阻值。因此，磁阻傳感器的電阻值在弱正弦波交流磁場中，將產(chǎn)生倍頻交流電阻值變化。由上式可知，磁阻上的分壓為B振蕩頻率兩倍的交流電壓和一直流電壓的疊加。 儀器介紹 磁阻效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀勵(lì)磁電流：01000mA,連續(xù)可調(diào)；霍爾、磁阻傳感器工作電流05mA；水平位移范圍20mm;霍爾元件的靈敏度k=177/V（mAT）。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1測定勵(lì)磁電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系測量勵(lì)磁電流與的關(guān)系（測量電磁鐵的磁化曲線）。按圖接好電路。測試開始時(shí)，可調(diào)節(jié)=0mA，處于零磁場狀態(tài)，調(diào)節(jié)左邊霍爾傳感器的位置，使霍爾傳感器在電磁鐵氣隙

5、最外邊，離氣隙中心約20mm.調(diào)節(jié)霍爾工作電流=5.000mA,預(yù)熱5分鐘后，測量霍爾傳感器的不等位電壓1.8mV。然后調(diào)節(jié)左邊霍爾傳感器的位置，使傳感器印版中0刻度對(duì)準(zhǔn)電磁鐵上中間基準(zhǔn)線，面板上繼電器控制按鈕開關(guān)K1和K2均按下。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流為0,100,200,300.。1000（mA)。記錄對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)并繪制電磁鐵B-關(guān)系磁化曲線。由霍爾元件的原理知：磁場B=。IM(MA)UH1(mv)正向UH1(mv)反向UH1(mv)反向UH1(mv)平均B(mT) 019.8 16.2 16.2 18.0 20.34 10069.6 -31.8 31.8 50.7 57.29 200119.7 -81

6、.0 81.0 100.4 113.39 300171.3 -130.3 130.3 150.8 170.40 400224.8 -180.2 180.2 202.5 228.81 500276.3 -231.2 231.2 253.8 286.72 600327.3 -286.0 286.0 306.7 346.50 700377.4 -336.5 336.5 357.0 403.33 800426.7 -386.4 386.4 406.6 459.38 900474.0 -434.7 434.7 454.4 513.39 1000518.8 -481.7 481.7 500.3 565.2

7、5 2. 調(diào)節(jié)電磁鐵氣隙磁場沿水平方向的分布 調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流=500mA，=5.00mA時(shí)，測量霍爾輸出電壓與水平位置X的關(guān)系。根據(jù)數(shù)據(jù)做B-X關(guān)系曲線。X(mm)UH1(mv)正向UH1(mv)反向UH1(mv)反向UH1(mv)平均B(mT) -209.1 55.7 55.7 32.4 36.59 -18157.4 -126.5 126.5 142.0 160.40 -16254.8 -218.0 218.0 236.4 267.12 -14263.7 -227.7 227.7 245.7 277.63 -12264.7 -228.7 228.7 246.7 278.76 -10265.3

8、-229.3 229.3 247.3 279.44 -8265.7 -229.7 229.7 247.7 279.89 -6266.2 -230.2 230.2 248.2 280.45 -4266.7 -230.7 230.7 248.7 281.02 -2267.1 -231.2 231.2 249.2 281.53 0267.6 -231.7 231.7 249.7 282.09 2268.1 -232.2 232.2 250.2 282.66 4268.6 -232.6 232.6 250.6 283.16 6269.1 -233.1 233.1 251.1 283.73 8269.5

9、 -233.6 233.6 251.6 284.24 10269.9 -234.0 234.0 252.0 284.69 12270.2 -234.3 234.3 252.3 285.03 14255.4 -214.5 214.5 235.0 265.48 16145.8 -105.4 105.4 125.6 141.92 1799.1 -62.8 62.8 81.0 91.47 3. 測量磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁阻變化的關(guān)系 （1）調(diào)節(jié)傳感器的位置，使傳感器印版中0刻度對(duì)準(zhǔn)電磁鐵上中間基準(zhǔn)線，把勵(lì)磁電流先調(diào)到0，釋放K1、K2，按下K3、K4打向上方。在無磁場的情況下，調(diào)節(jié)磁阻工作電流，使儀器數(shù)字式毫

10、伏表電壓=800.0mA,記錄次數(shù)的數(shù)值，此時(shí)按下k1,k2,記錄霍爾輸出電壓，改變k4方向再測一次值，依次記錄數(shù)據(jù)。各開關(guān)恢復(fù)原狀。 （2）按上述步驟，逐步增加勵(lì)磁電流，改變，在保持=800.0mA不變的情況下，重復(fù)以上過程，將數(shù)據(jù)記錄到自制的表格中，根據(jù)數(shù)據(jù)做B-關(guān)系曲線。UH+UH-U絕對(duì)值U平均IM(MA)U2(mv)I2(MA)B(T)R()R(0)DR0.00 801.20 2.24 0357.68 357.68 029.30 -13.50 13.50 21.40 100.00 800.10 2.17 0.035368.71 357.68 11.03 0.0448.70 -33.8

11、0 33.80 41.25 200.00 800.80 2.09 0.091383.16 357.68 25.48 0.0968.20 -53.70 53.70 60.95 300.00 801.20 2.06 0.147388.93 357.68 31.25 0.1587.30 -73.10 73.10 80.20 400.00 800.60 2.03 0.203394.38 357.68 36.71 0.2106.60 -92.80 92.80 99.70 500.00 800.90 2.00 0.262400.45 357.68 42.77 0.26126.70 -113.00 113.

12、00 119.85 600.00 800.80 1.97 0.324406.50 357.68 48.82 0.32144.90 -131.30 131.30 138.10 700.00 801.00 1.94 0.382412.89 357.68 55.21 0.38161.60 -148.50 148.50 155.05 800.00 800.80 1.92 0.437417.08 357.68 59.40 0.44177.70 -164.60 164.60 171.15 900.00 799.50 1.89 0.492423.02 357.68 65.34 0.49193.30 -180.30 180.30 186.80 1000.00 800.10 1.86 0.548430.16 357.68 72.48 0.55 （3）觀察并分析曲線中描述的變量間的函數(shù)關(guān)系，分段研究非線性和線性區(qū)域的函數(shù)關(guān)系，用最小二乘法求出變量間的相關(guān)函數(shù)表達(dá)式并寫出你對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的結(jié)論。結(jié)論：可能是B的強(qiáng)度不夠大，對(duì)于強(qiáng)磁場的平方關(guān)系不明顯！