《磁阻效應(yīng) 物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《磁阻效應(yīng) 物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告（10頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

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（I nSb ）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? （1）

2、 了解磁阻現(xiàn)象與霍爾效應(yīng)的關(guān)系與區(qū)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，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該變量來表示磁阻的大

3、小，即用Ap/p(0) 表示，其中p (0)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中的電阻率為p (B)，則Ap = p (B)-p (0)，由于磁阻傳感器 電阻的相對變化率AR/R(0)正比于Ap/p(0)，這里AR = R(B)-R(0)， 因此也可以用磁阻傳感器電阻的相對變化量AR/R(0)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，一般磁阻傳 感器電阻相對變化率AR/R(0)正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的平方，而在 強(qiáng)磁場中AR/R(0)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

4、角頻率為o的弱正弦波交流 磁場中，由于磁電阻相對變化量AR/R(0)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 B = B cos o t 0 式中，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度的振幅，o為角頻率，t為時間。 0 設(shè)在弱磁場中， AR / R(0) = kB 2 式中，k為常量。假設(shè)電流恒定為I，由上式可得 0 R (B) = R(0) + AR =R(0) + R (0) AR R(0) =R(0) + R(0)kB 2 cos2 ot 0 =R(0) +1

5、R(0)kB2 +1 R(0)kB 2 cos 2ot 2 2 0 式中，R(0) + 1 R(0)kB 2為不隨時間變化的電阻值，而 2 0 1R (0)kB 2cos2o t為以角頻率2 o作余弦變化的電阻值。因此，磁阻 2 0 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。 V(B) = I R(B)= 0 I [R(0) +1 R(0)kB2 ] +1 R(0)kB 2 cos 2ot 0 2 2 0 =V (0) + V~ cos 2ot 儀器介紹 磁阻效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀

6、 ￡阻傳感器工作 M 電流I(I )0?5mA；水平位移范圍+ 20mm;霍爾元件的靈敏度 12 _ k=177/V (mA ? T)。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1測定勵磁電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系 測量勵磁電流I與u的關(guān)系(測量電磁鐵的磁化曲線)。按 M H 圖接好電路。 測試開始時，可調(diào)節(jié)I =0mA，處于零磁場狀態(tài)，調(diào)節(jié)左邊 M 霍爾傳感器的位置，使霍爾傳感器在電磁鐵氣隙最外邊，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 S 量霍爾傳感器的不等位電壓v u 1.8mV。然后調(diào)節(jié)左邊霍爾傳感 0 器的位置，使傳感器印版中0刻度對準(zhǔn)電磁鐵上中

7、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)勵磁電流i為 M 0,100,200,300.。。。1000 (mA)。記錄對應(yīng)數(shù)據(jù)并繪制電磁鐵B-1 關(guān)系磁化曲線。 由霍爾元件的原理知：磁場B= V H- ° KI I (MA) M U (mv)正 H1 向 U (mv)反 H1 向 0 19.8 16.2 100 69.6 -31.8 200 119.7 -81.0 300 171.3 -130.3 400 224.8 -180.2 500 276.3 -231.2 600 327.3 -286.0 700

8、 377.4 -336.5 800 426.7 -386.4 900 474.0 -434.7 1000 518.8 -481.7 U (mv)反 H1 向 U (mv)平 H1 均 B(mT) 16.2 18.0 20.34 31.8 50.7 57.29 81.0 100.4 113.39 130.3 150.8 170.40 180.2 202.5 228.81 231.2 253.8 286.72 286.0 306.7 346.50 336.5 357.0 403.33 386.4 406.6 4

9、59.38 434.7 454.4 513.39 481.7 500.3 565.25 S 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 O O 00- 00^ 000- 2.調(diào)節(jié)電磁鐵氣隙磁場沿水平方向的分布 調(diào)節(jié)勵磁電流i =500mA, i =5.00mA時，測量霍爾輸出電壓v M S H 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) U (mv)正 H1 向 U (mv)反 H1 向 -20 9.1 55.7 -18 157.4 -126.5 -16

10、254.8 -218.0 -14 263.7 -227.7 -12 264.7 -228.7 -10 265.3 -229.3 -8 265.7 -229.7 U (mv)反 H1 向 U (mv)平 H1 均 B(mT) 55.7 32.4 36.59 126.5 142.0 160.40 218.0 236.4 267.12 227.7 245.7 277.63 228.7 246.7 278.76 229.3 247.3 279.44 229.7 247.7 279.89 -6 266.2 -23

11、0.2 230.2 248.2 280.45 -4 266.7 -230.7 230.7 248.7 281.02 -2 267.1 -231.2 231.2 249.2 281.53 0 267.6 -231.7 231.7 249.7 282.09 2 268.1 -232.2 232.2 250.2 282.66 4 268.6 -232.6 232.6 250.6 283.16 6 269.1 -233.1 233.1 251.1 283.73 8 269.5 -233.6 233.6 251.6

12、 284.24 10 269.9 -234.0 234.0 252.0 284.69 12 270.2 -234.3 234.3 252.3 285.03 14 255.4 -214.5 214.5 235.0 265.48 16 145.8 -105.4 105.4 125.6 141.92 17 99.1 -62.8 62.8 81.0 91.47 300 250 200 150 100 50 0 C-J r- 1—I 1—I 3.測量磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁阻變化的關(guān)系 (1)

13、調(diào)節(jié)傳感器的位置，使傳感器印版中0刻度對準(zhǔn)電磁鐵上 中間基準(zhǔn)線，把勵磁電流先調(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i，使儀器數(shù) 2 字式毫伏表電壓V =800.0mA，記錄次數(shù)的I數(shù)值，此時按下k1,k2, 2 2 記錄霍爾輸出電壓v，改變k4方向再測一次v值，依次記錄數(shù) H H 據(jù)。各開關(guān)恢復(fù)原狀。 (2) 按上述步驟，逐步增加勵磁電流，改變i，在保持 2 V =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 2 的表格中，根據(jù)數(shù)據(jù)做B-AR/R(0)關(guān)系曲線。 U U U絕 U平 I(MA

14、 U (mv I (MA B(T) R(Q R(0) AR AR/ RC) M 2 2 H+ H- 對值 均 ) ) ) ) 801. 357. 357. 0.00 20 2.24 0 68 68 0 29.3 —13. 13.5 21.4 100. 800. 2.17 0.03 368. 357. 11.0 0.04 0 50 0 0 00 10 5 71 68 3 48.7 —33. 33.8 41.2 200.

15、 800. 2.09 0.09 383. 357. 25.4 0.09 0 80 0 5 00 80 1 16 68 8 68.2 —53. 53.7 60.9 300. 801. 2.06 0.14 388. 357. 31.2 0.15 0 70 0 5 00 20 7 93 68 5 87.3 —73. 73.1 80.2 400. 800. 2.03 0.20 394. 357. 36.7 0.2 0 10 0 0 00 60 3 38 68 1

16、 106. —92. 92.8 99.7 500. 800. 2.00 0.26 400. 357. 42.7 0.26 60 80 0 0 00 90 2 45 68 7 126. —113 113. 119. 600. 800. 1.97 0.32 406. 357. 48.8 0.32 70 .00 00 85 00 80 4 50 68 2 144. —131 131. 138. 700. 801. 1.94 0.38 412. 357. 55.2 0.3

17、8 90 .30 30 10 00 00 2 89 68 1 161. —148 148. 155. 800. 800. 1.92 0.43 417. 357. 59.4 0.44 60 .50 50 05 00 80 7 08 68 0 177. —164 164. 171. 900. 799. 1.89 0.49 423. 357. 65.3 0.49 70 .60 60 15 00 50 2 02 68 4 193. —180 180. 186. 1000 800. 1.86 0.54 430. 357. 72.4 0.55 30 .30 30 80 .00 10 8 16 68 8 (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，對于強(qiáng)磁場的平方關(guān)系不明顯!