霍尔效应法测量磁场

第二篇：霍尔效应测量磁场

实验四、霍尔效应法测量磁场

美国物理学家霍尔(Hall,Edwin Herbert,1855-1938)于1879年在实验中发现，当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。

　　霍尔效应此后在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到了广泛的应用，比如测量磁场的高斯计。

实验目的

1、掌握霍尔效应法测量磁场的原理和方法；

2、学习用“异号法”消除副效应产生的系统误差。

实验仪器

HL—10霍尔效应实验组合仪

测试仪包括两路直流稳定电源。±1000 mA供给电磁铁的励磁电流和±10.0mA供给霍尔元件的工作电流。全套HL—10型霍尔效应实验组合仪由：实验装置部分和测试部分组成。

实验原理

霍尔效应是运动的载流子在磁场中受到洛伦兹力发生偏转而产生的，利用霍尔效应原理作出来的电子元件统称为霍尔元件，本实验所用的的霍尔元件是一个长方形的均匀半导体薄片，称为霍尔片。

如图所示，其宽为，厚度为。如果把元件置于垂直于元件平面的磁场中，当通入电流（与方向垂直）时，载流子（型半导体为带负电荷的电子，型半导体为带正电荷的空穴）在磁场中受洛伦兹力的作用而偏转，从而在侧面形成电势差（霍尔电压）。设载流子平均速率为每个载流子的电荷量为，当载流子所受洛伦兹力与霍尔元件表面电荷产生的电场力相等时。则达到稳定：

若自由电子的浓度为，则霍尔片的工作电流可表示为

所以有：，其中，称为霍尔系数，是反映材料霍尔效应强弱的重要参数。进一步定义霍尔灵敏度为：

即得到：或

值得注意的是，上式是在作了一些假定的理想情形下得到的，实际情况要复杂得多，产生上述霍尔效应的同时还伴随产生四种附加效应的影响，会产生附加电势差。

1、不等位电势

不等电势差是由于霍尔元件的材料本身不均匀，以及电压输入端引线在制作时不可能绝对对称地焊接在霍尔片的两侧或者元件内部等势面不规则而产生的附加电势差。而不的正负随工作电流方向的改变而改变。

2、厄廷豪森效应

在推导霍尔电压表达式时认为载流子的平均速率是，而实际上，载流子的速率各不相同。霍尔电场建立后，速率大于得载流子所受洛伦兹力大于霍尔电场力；速率小于的载流子所受洛伦兹力小于霍尔电场力。结果导致两侧的载流子数目不同，元件的一侧聚集的高速载流子多，与晶格碰撞使该侧温度较高，而另一册则温度较低，结果在两侧产生附加的温差电动势。载流子所受洛伦兹力的方向与工作电流和外磁场的方向有关，所以得正负随或方向的改变而改变。