开放性实验实验报告——

亥姆霍兹线圈磁场测定

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亥姆霍兹线圈是一对相同的、共轴的、彼此平行的各有N匝的圆环电流。 当它们的间距正好等于其圆环半径R时，称这对圆线圈为亥姆霍兹线圈。在亥姆霍兹线圈的两个圆电流之间的磁场比较均匀。在生产和科研中经常要把样品放在均匀磁场中作测试，利用亥姆霍兹线圈是获得一种均匀磁场的比较方便的方法。

一、实验目的

1. 熟悉霍尔效应法测量磁场的原理。

2. 学会亥姆霍兹磁场实验仪的使用方法。

3. 测量圆线圈和亥姆霍兹线圈上的磁场分布，并验证磁场的叠加原理

二、实验原理

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霍尔效应测量磁场

【实验目的】

(1) 了解霍尔效应的基本原理

(2) 学习用霍尔效应测量磁场

【仪器用具】

【实验原理】

(1)     霍尔效应法测量磁场原理

若将通有电流的导体至于磁场B之中，磁场B(沿着z轴)垂直于电流I_S(沿着x轴)的方向，如图1所示则在导体中垂直于B和I_S方向将出现一个横向电位差U_H，这个现象称之为霍尔效应。

图 1 霍尔效应示意图

若在x方向通以电流I_S，在z方向加磁场B，则在y方向A、A′两侧就开始聚积异号电荷而产生相应的附加电场.当载流子所受的横向电场力F_E洛伦兹力F_B相等时：

此时电荷在样品中不再偏转，霍尔电势差就有这个电场建立起来。

N型样品和P型样品中建立起的电场相反，如图1所示，所以霍尔电势差有不同的符号，由此可以判断霍尔元件的导电类型。

设P型样品的载流子浓度为p，宽度为w，厚度为的d。通过样品电流I_S=pqvwd，则空穴速率v=I_S/pqwd，有

其中R_H=1/pq称为霍尔系数，K_H=R_H/d=1/pqd称为霍尔元件灵敏度。

(2)     霍尔元件的副效应及其消除方法

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北京邮电大学

电磁场与电磁波测量实验

实验报告

实验内容：无线信号场强特性的研究

学院：电子工程学院

班级：2010211203班

组员：崔宇鹏 张俊鹏 章翀

20##年5月9日

一、实验目的

1.通过实地测量校园内室内外的无线电信号场强值，掌握室内外电波传播的规律。

2.熟悉并掌握无线电中的传输损耗，路径损耗，穿透损耗，衰落等概念。

3.熟练使用无线电场强仪测试空间电场强的方法。

4.学会对大量数据进行统计分析，并得到相关传播模型。

二、实验原理

1、电波传播方式

电磁场在空间中的传输方式主要有反射、绕射、散射三种模式。当电磁波传播遇到比波长大很多的物体时，发生反射。当接收机和发射机之间无线路径被尖锐物体阻挡时发生绕射。当电波传播空间中存在物理尺寸小于电波波长的物体、且这些物体的分布较密集时，产生散射。散射波产生于粗糙表面，如小物体或其它不规则物体、树叶、街道、标志、灯柱。

2、无线信道中信号衰减

无线信道中的信号衰减氛围衰落，路径损耗，建筑物穿透损耗。此外还有多径传播的影响。

移动环境下电波的衰落包括快衰落和慢衰落（又叫阴影衰落），快衰落的典型分布为Rayleigh分布或Rician分布；阴影衰落的典型分布为正态分布，即高斯分布。快衰落和慢衰落两者构成移动通信系统中接收信号不稳定因素。

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霍耳效应法测量磁场分布实验研究

摘要：运用霍尔效应进行磁场测量。此试验在XD-HRSZ1型磁场综合实验仪上进

行，霍尔元件为高灵敏度、高稳定度、高线性度的砷化镓霍尔元件，其额定工作电流为5mA，“电压表量程”应选“200mV”挡，在此情况下测量霍尔电压U1(mU)，U2(mU)，U3(mU)，U4(mU)，

并据此计算UH(mU)，B(mT)。

关键词：霍尔效应 磁场分布 副效应 异号法

中图分类号：0753+ 文献标识码：A 文章编号：

一，试验原理：

（一）霍耳效应现象

将一块半导体（或金属）薄片放在磁感应强度为B的磁场中，并让薄片平面与磁场方向（如Y方向）垂直。如在薄片的横向（X方向）加一电流强度为IH的电流，那么在与磁场方向和电流方向垂直的Z方向将产生一电动势UH。

如图1-1所示，这种现象称为霍耳效应，UH称为霍耳电压。霍耳发现，霍耳电压UH与电流强度IH和磁感应强度B成正比，与磁场方向薄片的厚度d反比，即

式中，比例系数R称为霍耳系数，对同一材料R为一常数。因成品霍耳元件（根据霍耳效应制成的器件）的d也是一常数，故R/d常用另一常数K来表示，有

UH?KIHB （1-2）

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北京科技大学实验预习报告

磁场分布

实验目的

学会利用集成霍尔元件测量的方法；了解磁集束、磁路的作用与特点；研究各类磁场分布的特点与规律

实验原理

A 利用霍尔效应测量磁场

霍尔效应从本质上讲就是运动的带电粒子在磁场中受到洛伦兹力作用而引起的偏转。一般地，霍尔电势差大小UH=RHθf()。从公式可以看出，霍尔电压UH正比于电流强度??IB?和磁感应强度B且与霍尔元件有关。所以，确定电流强度就可以用霍尔元件测出B。 集成线性霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和剩余电压补偿器组成。

B磁场的结构特征

均匀磁场与非均匀磁场，恒定场与交变磁场、脉冲磁场等，各种类型的提供离不开磁路设计。磁路中有关的物理量有磁通、磁通势、磁阻、磁位势等，与电路遵循的规律相似。

C磁敏元件

磁敏元件有：Hall元件、集成Hall元件、合金薄膜及AMR、GMR、TMR等磁电阻元件。

实验仪器

磁场特性与磁敏元件测试实验仪，一对间距可调的双层独立电流的圆线圈。

实验步骤

1， 利用不同形状的磁极头对U形电磁铁提供的磁场进行集束处理，利用集成霍尔元件对磁极头间空气间隙内磁场进行测量，研究磁极头间隙内的磁场分布特点，研究截面积和边界条件对磁场分布的影响。了解刺激形状对于磁场分布特点的影响。

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用霍尔元件测磁场

前言：

霍耳效应是德国物理学家霍耳（A.H.Hall 1855—1938）于1879年在他的导师罗兰指导下发现的。由于这种效应对一般的材料来讲很不明显，因而长期未得到实际应用。六十年代以来，随着半导体工艺和材料的发展，这一效应才在科学实验和工程技术中得到了广泛应用。

利用半导体材料制成的霍耳元件，特别是测量元件，广泛应用于工业自动化和电子技术等方面。由于霍耳元件的面积可以做得很小，所以可用它测量某点或缝隙中的磁场。此外，还可以利用这一效应来测量半导体中的载流子浓度及判别半导体的类型等。近年来霍耳效应得到了重要发展，冯﹒克利青在极强磁场和极低温度下观察到了量子霍耳效应，它的应用大大提高了有关基本常数测量的准确性。在工业生产要求自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍耳器件，会有更广阔的应用前景。了解这一富有实用性的实验，对今后的工作将大有益处。

教学目的：

1.    了解霍尔效应产生的机理，掌握测试霍尔器件的工作特性。

2.    掌握用霍尔元件测量磁场的原理和方法。

3.    学习用霍尔器件测绘长直螺线管的轴向磁场分布。

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测螺线管磁场———实验原理

图1

   图1是一个长为2l，匝数为N的单层密绕的直螺线管产生的磁场。当导线中流过电流I时，由毕奥—萨伐尔定律可以计算出在轴线上某一点P的磁感应强度为

式中，为单位长度上的线圈匝数，R为螺线管半径，x为P点到螺线管中心处的距离。在SI单位制中，B的单位为特斯拉（T）。图1同时给出B随x的分布曲线。

    磁场测量的方法很多。其中最简单也是最常用的方法是基于电磁感应原理的探测线圈法。本实验采用此方法测量直螺线管中产生的交变磁场。下图是实验装置的实验装置的示意图。

  

图2

当螺线管A中通过一个低频的交流电流i(t) = I₀sinωt时，在螺线管内产生一个与电流成正比的交变磁场B(t) = C_pi(t) = B₀sinωt其中C_p是比例常数，把探测线圈A1放到螺线管内部或附近，在A1中将产生感生电动势，其大小取决于线圈所在处磁场的大小、线圈结构和线圈相对于磁场的取向。探测线圈的尺寸比较小，匝数比较多。若其截面积为S1，匝数为N1，线圈平面的法向平面与磁场方向的夹角为θ，则穿过线圈的磁通链数为:

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