二級實(shí)驗(yàn)講義1401室一、直導(dǎo)體外的磁場

1耳元件探針；⑥鉗形電流計(jì)；⑦萬用數(shù)字；⑧米尺；⑨支撐桿、連接導(dǎo)線等。B

I

cos

方向?yàn)橛沂侄▌t或按電流I4 與矢徑rQB02

1.接的萬用（放在交流電壓的200mv檔）可直接讀出導(dǎo)體內(nèi)的電流的大小（1mv＝1特斯拉計(jì)的顯示窗口就可以讀出該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。1154392682.按照Biot-Savart定律可以推出在螺線管內(nèi)任意一點(diǎn)P的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為：B2

L/L/

R22(x

0nI(coscos]3/ 式中cos

xL/

cos2R2(xL/xR2(xL/xL/R2(xL/1并將探針頭放在螺線管的a點(diǎn)處。選擇磁強(qiáng)計(jì)的測量范圍為20mT，利用磁強(qiáng)計(jì)22114352.B035、40cm，分別B，注意每次測量時(shí)都要將電流源打到0點(diǎn)，將磁強(qiáng)計(jì)重新調(diào)零。1成為向心力使電子做半徑為r的圓周運(yùn)動(dòng)?？赏扑愠鲇?jì)算為：11始射出。在0-10V間調(diào)整調(diào)焦電壓，對進(jìn)行調(diào)焦，最終使狹窄﹑清晰﹑3打開亥姆霍茲線圈的直流電源調(diào)整輸出電流使偏轉(zhuǎn)形成一個(gè)封閉的軌跡4移動(dòng)測量設(shè)備上的左邊滑塊使其內(nèi)側(cè)﹑鏡中的像和的出射口在一條直線上6、調(diào)整亥姆霍茲線圈中的電流使軌跡與兩滑塊內(nèi)側(cè)相切8mm。記下對應(yīng)的加速電壓和線圈電流值；8、由加速電壓值U、線圈電流IU=f（I2）圖，求出斜率9、根據(jù)給定的亥姆霍茲線圈的BI1021、高壓，操作時(shí)不要隨意改變接線，不可接觸接線板和亥姆霍茲線圈2、細(xì)光束管屬玻璃制品，易碎，操作該亥姆霍茲線圈的BI實(shí)驗(yàn)四、磁阻效應(yīng)及磁阻傳感器的特性研究1234【實(shí)驗(yàn)原理效應(yīng)。磁阻效應(yīng)還與樣品的形狀有關(guān)，不同幾何形狀的樣品，在同樣大小的磁場作用下，其電阻不同，該效應(yīng)稱為幾何磁阻效應(yīng)。由于半導(dǎo)體的電阻率隨磁場的增加而增導(dǎo)航、儀器儀表、磁（硬盤）等領(lǐng)域。一定條件下，導(dǎo)電材料的電阻值RB通常以電阻率的相對改變量來表示磁阻的大小，即用Δρ/ρ（0）表示。其中（0）為零磁場時(shí)的電阻率，設(shè)磁電阻電阻值在磁感受應(yīng)強(qiáng)度為B改變量ΔR/R（0）來表示磁阻效應(yīng)的大小。一般情況下外加磁場較弱時(shí)，電阻相對變化率ΔR/R（0）正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度B定值時(shí)，ΔR/R（0）與磁感應(yīng)強(qiáng)度B另外，ΔR/R（0）對總磁場的方向很靈敏，總磁場為外磁場與內(nèi)磁場之和，而圖 磁阻效 圖2測量磁電阻實(shí)驗(yàn)裝DH4510（InSb）磁阻傳感器的磁阻特性，3圖3（a）磁阻效應(yīng)信號號源面板圖 （b）磁阻效應(yīng)測試架伏表、控制電源等。測試架包括勵(lì)磁線圈（含電磁鐵、銻化銦（InSb）GaAs4GaAsInSb1mA）【實(shí)驗(yàn)步驟】儀器開機(jī)前須將IM調(diào)節(jié)電位器、Is12V44K24444410mT，Is1.00mA。11IM調(diào)節(jié)電位器，使磁場強(qiáng)度顯20mT，12110~111312，B<0.06TΔR/R（0）作曲線擬合，求出RB1413，B>0.12TΔR/R（0）作曲線擬合，求出RB15IM電流，使電磁鐵產(chǎn)生一個(gè)未知的磁場強(qiáng)度。測量磁阻傳感器的磁阻電壓，根據(jù)求得的ΔR/R（0）與B表 電流 ΔR/B~△R/R（0）ii21B>0.12TΔR/R（0）22B>0.12TΔR/R（0）與磁感應(yīng)強(qiáng)度BΔR/R（0）=5.35B-0.59312341套２的作用是使樣品與外部環(huán)境減小樣品溫度波動(dòng)提拉桿３采用低熱導(dǎo)的不銹

圖12Tc穩(wěn)態(tài)法測量結(jié)果經(jīng)由鍵盤輸入計(jì)算機(jī)（Origin。作出Ｒ-Ｔ特性供分析處理臨界溫度ＴcPoint）Rs些新試制的樣品ΔT可達(dá)十幾K，再沿用傳統(tǒng)規(guī)定容易引起。因此，為了說明樣品Tc77Ｋ300Ｋ，常采用如下兩種基本方法。梯度。樣品上的溫差ΔT會(huì)引起載流子的擴(kuò)散，產(chǎn)生熱電勢:Ｅ＝Δ對高ＴcNordheim-GorterS

BABAB

式中SA、SB是A、BσA、σB分別為A、B線，例如直徑小于0.1mm的銅線。電極引線與均溫塊之間要建立較好的熱接觸，以避|| UB測電壓電極間的電阻為R (4．4-（一）在計(jì)算機(jī)界面啟動(dòng)“”80mA儀器自動(dòng)數(shù)據(jù)，畫出正反向電流所測電壓隨溫度的變化曲線，最低溫度77K點(diǎn)擊“停止”，點(diǎn)擊“保存數(shù)據(jù)”，給出文件名保存，降溫方式測量結(jié)束重新點(diǎn)擊“”將樣品桿拿出杜瓦瓶，作升溫測量，測出升溫曲線（二）穩(wěn)態(tài)測量（選做77.4K。2．80K，加熱器對樣品加熱，溫度控制器工3．將樣品杠往上提一些，重復(fù)步驟2，設(shè)定溫度為82K進(jìn)量。110K2～3K110K5～10K以及相變點(diǎn)的出現(xiàn)可能產(chǎn)生不同程度的變化。應(yīng)利用實(shí)驗(yàn)條件、觀察熱電勢的影1處的天線遠(yuǎn)區(qū)的輻射場量與角度坐標(biāo)間的關(guān)系式稱為天線的方向圖函數(shù)，記為|F(θ,φ)|R=|sinθ|。為了畫出電流元的輻射方向圖，將電流元中心置于坐標(biāo)原點(diǎn)，向各個(gè)方向立體方向圖，它的形狀像汽車輪胎。如圖1（a）所示。天線的立體方向圖一般較難畫EHEHφH(a)立體方向圖； (b)E面方向圖； (c)H面方向圖圖1電流元的方向圖1(b)T（c）所示。顯然，EE方向圖函數(shù)Fθ,φFmax(θ,φ)進(jìn)行歸一化的函F(θ,φ)/Fmax(θ,φ)。按歸一化方向圖函數(shù)繪制是歸一化的方向圖（1）圖2電流元的電磁 圖3天線方向圖的波12 122θ0。無論對通信還是來說都是有害的，它直接影響天線的優(yōu)劣程度。３）４）度(Smax)av與平均輻射功率相同的無方向性天線（各向同性天線）2E202E20射功率密度(S0)avD

Dmaxav

2S02

E

00

000

120對無方向性天線，因

Pr E2E2R

max 無方向性天線的場強(qiáng)的DD若已知天線的歸一化方向圖函數(shù)為|F(θ,φ)|，則天線在空間任意方向上遠(yuǎn) 2F(,) 2F(,)

(,)

E(E(,)

2R2R2rS

Sav

0

(s,in)

D 2F(,)2sin 若F(θ,φ)=F(θ)，即方向圖與φ

D F()2sin0一般都小于天線的平均輸入功率PinPrA Pr A

Pr電阻Rd

1I2R

2mP4P4R2rG(Smax)av

Smax

Pr

)

2hein，歸于腹電流的記為hem。天線的等效高度越高，表明天線的輻射能力越強(qiáng)。Esin2CASSYLAB3、在顯示了版本號、和備注后，關(guān)閉開始菜單（STARTING。NOCASSYFOUND項(xiàng)（REGISTERGENERAL）出現(xiàn)。4、敲擊左或右鼠標(biāo)鍵，以激活想要的接口，如COM1。出現(xiàn)可選項(xiàng)窗口，其中就有程，SAVEUNDERNEWDEFAULTS5TFORM菜單；這些菜單和測量設(shè)備可點(diǎn)擊選擇或隨鼠標(biāo)移動(dòng)。SETTINGROTATINGANTENNATFORM菜單可通過下列方式獲得：右擊其中一個(gè)測量設(shè)備；激活下方的速SETTIGNSGENERALTOOLBOX。6、在SETTINGROTATINGANTENNATFORM中設(shè)定所需項(xiàng)GUNNMODULATION。選接口，或通過下列路徑裝入缺省值。LOADEXAMPLE/VOCATIONALTRAINING/MTS；NTENNATECHNOLOGY/LOADEXAMPLE7STOPBUTTON1、該實(shí)驗(yàn)為高頻波，一旦天線盤變壓器插入插座，不要直視發(fā)射用的喇叭口34預(yù)計(jì)一下在偶極子天線輻射中心小范圍內(nèi)（近場）12、測定樣品的基本磁化曲線，作μ-H3、計(jì)算樣品的Hc、Br、Bm和（Hm·Bm）1物質(zhì)磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁化場強(qiáng)度HBHBr。BH121Hm→0→HC→-Hm→0→HC→Hm次序變化，相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度BSRDS′R′D′S些磁滯回線頂點(diǎn)的連線稱為鐵磁材料的基本磁化曲線，由此可近似確定其磁導(dǎo)率B=0HHBB=0HHB圖3鐵磁材料與H的關(guān) 圖4不同材料的磁滯回2

HN1

H

RLiR1

式中N1、L、R1的均為已知常數(shù)，所以由UH可確定HΦ小

N2

S

樣品樣品FN0X斷5如果忽略自感電動(dòng)勢和電路損耗，則回路方程為i2為感生電流，UBC2兩端電壓設(shè)在Δt，i2C2電電量為Q，

U iRC 2C2如果選取足夠大的R2和C2使i2R2＞＞Q/C2，則idQC2 2C2R

BC2R2 上式中C2、R2、N2和均SUB可確定B5UH和UB分別加到示波器的“X“Y可觀察樣品的B-H曲線，并可用示波器測出UH和UB值，進(jìn)而根據(jù)計(jì)算出B和用該方法，還可求得飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度BSBrHC、磁滯損耗WBH以及磁導(dǎo)率0UH和UB分別接示波器的“X“YB=H=0，6BHBH應(yīng)該打到交流輸入，YUBHBH圖6退磁示意 圖7調(diào)節(jié)不當(dāng)引起的畸變現(xiàn)42U=0將在顯示屏上得到面積由小到大一個(gè)套一個(gè)的一簇磁滯回線。記錄下這些磁滯回線頂 S=120mm2，N150，N=150，C=20μF，R 6、根據(jù)得到的BHB～HBm，BrHc等參數(shù)。并估算曲線的面積來求得WBH。7、測繪μ～HU=0.5，1.0…3.5VUB、UH8、改變R19121、了解與學(xué)習(xí)微波產(chǎn)生的基本原理以及和接收等基本特性2衍射、等現(xiàn)象。由于微波的波長比光波的波長在量級上大10000倍左右，因此用（選件：簡單立方交替模型等 1 23456調(diào)節(jié)輸出功率）由發(fā)射喇叭向空間發(fā)射（發(fā)射信號電矢量的偏振方向垂直于水平面X圖5晶體結(jié)構(gòu)固體物質(zhì)一般分晶體 體的晶面上，而晶體的晶面有許多不同的取向。如圖4左方為最簡立方點(diǎn)陣，右方表（111）面，圓括號中的三個(gè)數(shù)字稱為晶面指數(shù)。一般而言，晶面指數(shù)為n1n2n3n2n2n2

3d=。實(shí)際上還有許許多多更復(fù)雜的取法形成其他取向的晶面族。因晶體結(jié)構(gòu)的三點(diǎn)陣時(shí)，因?yàn)槊恳粋€(gè)晶面相當(dāng)于一個(gè)鏡面，入射微波遵守反射32dsin，其中為入射波與晶面的夾角。顯然，只是當(dāng)滿足2dsin

6 稱為晶體衍射的布拉格。如果改用通常使用的入射角表示，則（5）式為2dcos

10位置。這意3取值范圍最好306013、在實(shí)驗(yàn)中使和與角度計(jì)中心之間的距離相等有什么好處12的大

2、正確的把羅盤放圈正中間的架子上3450~200Mv，20HZ~1KHZ。0，調(diào)了解與學(xué)習(xí)微波產(chǎn)生的基本原理以及和接收等基本特性觀測微波、衍射、偏振等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象【實(shí)驗(yàn)儀器】DHMS-1型微波光學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)儀一套，包括：三厘米微波信號源、固態(tài)微載物平臺和支架，及實(shí)驗(yàn)用附件（反射板、分束板、單縫板、雙縫板、讀數(shù)機(jī)構(gòu)等1123456的檢波二極管連接，可以檢測微波在據(jù)光的單縫衍射推導(dǎo)可知，如為一維衍射，微波單縫衍射圖樣的強(qiáng)度分布規(guī)律為 I

sin22

式中I0是 主極大中心的微波強(qiáng)度，為單縫的寬度，是微波的波長。為衍射角一般可通過測量衍射屏上從向兩邊微波強(qiáng)度變化驗(yàn)證該同時(shí)與

sin＝

時(shí)，相應(yīng)的1射最小值所對應(yīng)的角。微波的雙縫實(shí)

2單縫衍射強(qiáng)度分布

每個(gè)縫都有衍射現(xiàn)象因此實(shí)驗(yàn)將是衍射和兩者結(jié)合的結(jié)果為了只研究主要來兩 衍射波相 的結(jié)果，令雙縫的縫寬接近，例如：＝3.2cm＝4cm當(dāng)兩縫之間的間隔b較大時(shí) b＝sin1b

減弱的角度為：＝sin12k1K=1，2，3…… b 微波的邁克爾遜實(shí)驗(yàn)圖圖3邁克爾 ，， 差為2＋1時(shí)，則 2

I0發(fā)射，而由于的方向性較強(qiáng)（只能吸收某P1P2的后（與類似起偏器和檢偏器），其IIcos2，其中PP的夾角。這就是光學(xué)中的馬呂斯（Malus） 41物小平臺90位置。轉(zhuǎn)動(dòng)小平臺使固定臂的指針在小平臺的180從單縫衍射板法線方向入射。這時(shí)讓活動(dòng)臂置小平臺0處，調(diào)整信號使 02468U02468UU2載物小平臺90位置。轉(zhuǎn)動(dòng)小平臺使固定臂的指針在小平臺的180波從雙縫板法線方向入射。這時(shí)讓活動(dòng)臂置小平臺0處，調(diào)整信號使指示接近滿度，然后在雙縫的兩側(cè)，每改變衍射角1度一次液晶顯示器的讀數(shù)，并記角度和縫寬和其百分誤差。0123456789…UU3、微波的偏振實(shí)每隔5900理論0實(shí)驗(yàn)4、邁克爾遜實(shí)45（3）該可移動(dòng)讀數(shù)機(jī)構(gòu)固定在大平臺上并使其法線與反射喇叭的一致然后移動(dòng)旋n+1上讀出可移反射板的移動(dòng)距離Ln1、了解GMR2、測量GMR3、測量GMR4、測量GMR開關(guān)（數(shù)字）5、用GMR6、用GMR梯度傳感器測量齒輪的角位移，了解GMR轉(zhuǎn)速（速度）7能取向。早在1936年，英國物理學(xué)家，獎(jiǎng)獲得者N.F.Mott，在過渡金屬在圖2所示的多層膜結(jié)構(gòu)中，無外磁場時(shí)，上下兩層磁性材料是反平行（磁場，電阻不再減小，進(jìn)入磁飽和區(qū)域。磁阻變化率ΔR/R達(dá)百分之十幾，加反向的初始自旋狀態(tài)如何，從一層鐵磁膜進(jìn)入另一層鐵磁膜時(shí)都狀態(tài)改變（平行－反33GMR磁場強(qiáng)度/2多層膜GMR\自旋閥結(jié)構(gòu)的SV-GMR(SpinvalveGMR)由釘扎層，被釘扎層，中間導(dǎo)電層和自由

圖6以對GMR的磁電轉(zhuǎn)換特性，磁阻特性進(jìn)量。GMR傳感器置于螺線管的B= 0式中nI4107Hm為真空中10000。07圖9圖8速度測量儀就是利用該原理制成的。磁讀寫組件用于演示磁記錄與讀出的原理做記錄介質(zhì)通過寫磁頭時(shí)可11GMR11GMR磁感應(yīng)強(qiáng)度/輸出10GMR均為R，R1、R2在外磁場作用下電阻減小ΔR，簡單分析表明，輸出電壓：UOUT=（2R- 層同時(shí)設(shè)計(jì)為磁通器，它的高導(dǎo)磁率將磁力線在R1、R2電阻所在的空間,進(jìn)一步提高了R1、R2的磁靈敏度。圖11是某GMR模擬傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性曲線。圖12圖12模擬 感器磁電轉(zhuǎn)表1GMR模擬傳感器磁電轉(zhuǎn)換特性的測 電橋電壓輸出電壓勵(lì)磁電流斯50根據(jù)螺線管上標(biāo)明的線圈密度，由（1）計(jì)算出螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。13表2GMR磁阻特性的測 磁阻兩端電壓磁阻勵(lì)磁電流斯磁阻電流磁阻磁阻50根據(jù)螺線管上標(biāo)明的線圈密度，由（1）計(jì)算出螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。由歐姆定律R=U/I計(jì)算磁阻。10倍，磁通器結(jié)構(gòu)使磁阻靈敏度大大提高。三、GMR開關(guān)（數(shù)字）開 關(guān)－20 102014GMR15GMR圖 是某種12表3GMR開關(guān)傳感器的磁電轉(zhuǎn)換特性測量高電平＝V低電平V作作關(guān)關(guān)開開根據(jù)螺線管上標(biāo)明的線圈密度，由（1）計(jì)算出螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0為：B=μI/2πr=2I×10-7/r 0磁場強(qiáng)度與電流成正比，在r已知的條件下，測得B，就可知I圖16將待測電流調(diào)節(jié)至0將偏置磁鐵轉(zhuǎn)到遠(yuǎn)離GMR傳感器，調(diào)節(jié)磁鐵與傳感器的距離，使輸出約25mV將待測電流調(diào)節(jié)至0表4用GMR模擬傳感器測量電流待測電流0(約(約表3用GMR以電流讀數(shù)作橫坐標(biāo)，電壓表的讀數(shù)為縱坐標(biāo)作圖。分別作出4abcd18abcd18GMR17GMR輸出回歸零。d位置時(shí)，R1、R2感受到的磁場強(qiáng)度小于R3、R4，輸出負(fù)電壓。于是,在齒表5輸出電壓磁記錄是數(shù)碼產(chǎn)品記錄與信息的最主要方式由于巨磁阻的出現(xiàn)密錄材料上不同磁場時(shí)電阻的變化讀出信息磁讀寫組件用做記錄介質(zhì)通過寫表612345678（由于測試卡區(qū)域的兩端數(shù)據(jù)記錄可能確，因此實(shí)驗(yàn)中只記錄中間的1～8號不可回調(diào)。否則測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將確。實(shí)驗(yàn)表格中的電流只是作為一種參231、了解電池的工作原2、觀察儀器的能量轉(zhuǎn)換過程：光能→能電池→電能→電解池→氫能(能量儲3、測量電池輸出特性，作出所測電池的伏安特性（極化）曲線，電池輸出45、測量能電池的特性，作出所測能電池的伏安特性曲線，電池輸出功率隨1、電10.03mm，對陽極氫的氧化和陰極氧的還原起催化作用。0.2~0.5mm，導(dǎo)電性能良商品電池為了提供足夠的輸出電壓和功率，需將若干單體電池串連或并聯(lián)在下解離為2個(gè)氫離子，即質(zhì)子，并釋放出2個(gè)電子，陽極反應(yīng)為：H2=2HH（nH2O）的形式，在質(zhì)子交換膜中從一個(gè)璜酸基轉(zhuǎn)移到另一O2+4H+4e= 2H2＋O2= 圖1質(zhì)子交換 電池結(jié)構(gòu)示意212H+2eH2。即在右邊電極析出氧，左邊電極。作電池或作電解器的電極在制造上通常有些差別，電池的電極應(yīng)利于氣體吸納，而電解器需要盡快排出氣體電池陰極產(chǎn)生的水應(yīng)隨時(shí)排出，以免阻塞氣。NP2NP2P-NP-N時(shí)的光伏效應(yīng)發(fā)電能電池的基本結(jié)構(gòu)就PP-NP-N荷區(qū)內(nèi)，P區(qū)的空穴被來自N，NP和空穴分別被勢壘電場推向NPNP3電池，電解池，能電池的原理見實(shí)驗(yàn)原理部分，，否則電極被水淹沒，水阻塞氣體通道不能傳導(dǎo)到質(zhì)子交換膜參與反應(yīng)。如何保持排水口打開，在電解電流不變時(shí)供應(yīng)量是恒定的。若負(fù)載選擇不當(dāng)，電池輸出電流太小，未參加反應(yīng)的氣體從排水口泄漏，利用率及效率都低。在適當(dāng)選擇負(fù)載時(shí)，利用率約為90％。，，氣水塔為電解池提供純水（2次蒸餾水，可分別電解池產(chǎn)生的氫氣和氧氣為電池提供氣體每個(gè)氣水塔都是上下兩層結(jié)構(gòu)上下層之間通過插入下層的連通管連接下層頂部有一輸氣管連接到電池初始時(shí)下層近似充滿水電解池而將氣體在下層的頂部通過管壁上的刻度可知該連通管。風(fēng)扇作測試儀面板如圖4所示。測試儀可測量電流，電壓。若不用能電池作電解池15如圖4所示為電池實(shí)驗(yàn)儀系統(tǒng)的測試儀前