磁阻效應(yīng)大物實(shí)驗(yàn)

關(guān)于磁阻效應(yīng)大物實(shí)驗(yàn)第1頁(yè)，講稿共16頁(yè)，2023年5月2日，星期三一、實(shí)驗(yàn)背景

導(dǎo)電材料的電阻值R隨磁感應(yīng)強(qiáng)度B變化這樣一個(gè)規(guī)律，稱(chēng)為磁阻效應(yīng)。利用磁阻效應(yīng)制成的器件叫做磁阻器件。磁阻器件有很多的優(yōu)點(diǎn)：體積小、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)等等。在導(dǎo)航、電流檢測(cè)、磁性編碼等方面有著十分廣泛的應(yīng)用。

銻化銦（InSb）傳感器是一種價(jià)格比較低，但靈敏度比較高的磁阻器件，有著十分重要的應(yīng)用價(jià)值。第2頁(yè)，講稿共16頁(yè)，2023年5月2日，星期三二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

研究銻化銦傳感器的電阻與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系。第3頁(yè)，講稿共16頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、實(shí)驗(yàn)原理

如圖：一半導(dǎo)體薄片放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，（B的方向沿Z軸方向）在薄片的y軸方向通正向電流I，半導(dǎo)體的載流子將受洛侖茲力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在x方向積聚電荷產(chǎn)生霍爾電場(chǎng)。根據(jù)霍爾效應(yīng)，當(dāng)霍爾電場(chǎng)作用和載流子的洛侖茲力作用剛好抵消qE=qvB，也就達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)滿(mǎn)足：E=vB，E－霍耳電場(chǎng)，v－載流子的速度，B－磁感強(qiáng)度。載流子的速度并不都一樣，而是滿(mǎn)足一定的統(tǒng)計(jì)分布，這里的v僅僅是一個(gè)最可幾的速率。那么小于或大于該速度的載流子將向D或Dˊ偏轉(zhuǎn)，這種偏轉(zhuǎn)就會(huì)使得沿外加電場(chǎng)方向（y方向）運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)量減少，從而電阻增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為磁阻。xyzBv+++

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IVD′DqvBqE第4頁(yè)，講稿共16頁(yè)，2023年5月2日，星期三

磁阻效應(yīng)通常用電阻率的相對(duì)變化量Δρ/ρ（0）或電阻的相對(duì)變化量ΔR/R（0）來(lái)表示其大小。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以證明，在一般情況下當(dāng)金屬或半導(dǎo)體處于較弱磁場(chǎng)中時(shí)，磁電阻的ΔR/R（0）正比于B的二次方，而在強(qiáng)磁場(chǎng)中ΔR/R（0）與B呈線(xiàn)性函數(shù)關(guān)系。

如果磁阻傳感器處于角頻率為ω的弱正弦交流磁場(chǎng)中，由于磁電阻的相對(duì)變化量ΔR/R（0）正比于B2，那么磁阻傳感器R將隨角頻率2ω作周期性變化。這就是弱正弦交流磁場(chǎng)中磁阻傳感器所具有的交流電倍頻性能。第5頁(yè)，講稿共16頁(yè)，2023年5月2日，星期三測(cè)量磁電阻的原理示意圖在恒流（Is=1mA）的情況下，改變磁場(chǎng)測(cè)電壓，求電阻。第6頁(yè)，講稿共16頁(yè)，2023年5月2日，星期三四、實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)采用DH4510磁阻效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀第7頁(yè)，講稿共16頁(yè)，2023年5月2日，星期三第8頁(yè)，講稿共16頁(yè)，2023年5月2日，星期三第9頁(yè)，講稿共16頁(yè)，2023年5月2日，星期三五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、在銻化銦磁阻傳感器工作電流保持不變的條件下，測(cè)量銻化銦磁阻傳感器的電阻與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系。作ΔR/R(0)～B和ΔR/R(0)～B2的關(guān)系曲線(xiàn)，并進(jìn)行曲線(xiàn)擬合。找出B<0.06T和B>0.12T兩個(gè)區(qū)間ΔR/R（0）與B的函數(shù)關(guān)系。（實(shí)驗(yàn)時(shí)注意GaAs和InSb傳感器工作電流應(yīng)調(diào)至1mA）。2、用磁阻傳感器測(cè)量一個(gè)未知的磁場(chǎng)強(qiáng)度，與毫特計(jì)測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度相比較，估算測(cè)量誤差。第10頁(yè)，講稿共16頁(yè)，2023年5月2日，星期三六、實(shí)驗(yàn)步驟

儀器開(kāi)機(jī)前須將IM調(diào)節(jié)電位器、Is電流調(diào)節(jié)電位器逆時(shí)針?lè)较蛐降住?、信號(hào)源的“IM直流源”端用導(dǎo)線(xiàn)接至測(cè)試架的“勵(lì)磁電流”輸入端，紅導(dǎo)線(xiàn)與紅接線(xiàn)柱相連，黑導(dǎo)線(xiàn)與黑接線(xiàn)柱相連，如圖4所示。調(diào)節(jié)“IM電流調(diào)節(jié)”電位器可改變輸入勵(lì)磁線(xiàn)圈電流的大小，從而改變電磁鐵間隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。2、將實(shí)驗(yàn)儀信號(hào)源背部的二芯話(huà)筒通過(guò)專(zhuān)用的二芯話(huà)筒線(xiàn)接至測(cè)試架的工作電壓輸入端，這是一路提供繼電器工作的12V直流控制電源，作為繼電器的控制電壓。紅的香蕉插接紅接線(xiàn)柱，黑的香蕉插接黑接線(xiàn)柱。3、信號(hào)源上“Is直流恒流源”輸出用導(dǎo)線(xiàn)接至工作電流切換繼電器K1接線(xiàn)柱的中間兩端，紅導(dǎo)線(xiàn)與紅接線(xiàn)柱相連，黑導(dǎo)線(xiàn)與黑接線(xiàn)柱相連。如圖4所示。4、信號(hào)源的“信號(hào)輸入”兩端用導(dǎo)線(xiàn)接至輸出信號(hào)切換繼電器K2接線(xiàn)柱的中間兩端，紅導(dǎo)線(xiàn)與紅接線(xiàn)柱相連，黑導(dǎo)線(xiàn)與黑接線(xiàn)柱相連。如圖4所示。

第11頁(yè)，講稿共16頁(yè)，2023年5月2日，星期三5、將繼電器K1接線(xiàn)柱的下面兩端與繼電器K2接線(xiàn)柱的下面兩端相連，紅導(dǎo)線(xiàn)與紅接線(xiàn)柱相連，黑導(dǎo)線(xiàn)與黑接線(xiàn)柱相連。如圖4所示。6、將銻化銦（InSb）磁阻傳感器（藍(lán)、綠引出線(xiàn)）的兩端與工作電流切換繼電器K1接線(xiàn)柱的下面兩端相連，紅的香蕉插接紅接線(xiàn)柱，黑的香蕉插接黑接線(xiàn)柱。即藍(lán)引出線(xiàn)接至紅接線(xiàn)柱，綠引出線(xiàn)接至黑接線(xiàn)柱。如圖4所示。7、砷化鎵（GaAs）霍爾傳感器的的四引出線(xiàn)按線(xiàn)的長(zhǎng)短已分成兩組，紅、棕為一組（為工作電流輸入端），黃、橙為一組（為霍爾電壓輸出端），紅、棕這一組線(xiàn)接至工作電流切換繼電器K1接線(xiàn)柱的上面兩端，黃、橙這一組線(xiàn)接至輸出信號(hào)切換繼電器K2接線(xiàn)柱的上面兩端。紅的香蕉插接紅接線(xiàn)柱，黑的香蕉插接黑接線(xiàn)柱，如圖4所示。8、確認(rèn)接線(xiàn)正確完成后，打開(kāi)交流電源，將信號(hào)源及測(cè)試架的切換開(kāi)關(guān)都處于按上狀態(tài)，這時(shí)將測(cè)試架上取出的霍爾電壓信號(hào)輸入到信號(hào)源，經(jīng)內(nèi)部處理轉(zhuǎn)換成磁場(chǎng)強(qiáng)度由表頭顯示。第12頁(yè)，講稿共16頁(yè)，2023年5月2日，星期三9、調(diào)節(jié)Is調(diào)節(jié)電位器讓Is表頭顯示為1.00mA，然后調(diào)節(jié)IM=0mA，記下零點(diǎn)誤差B0=？mT。10、調(diào)節(jié)IM使磁場(chǎng)強(qiáng)度顯示為B'=（10+B0）mT，（20+B0）mT......按下信號(hào)源及測(cè)試架上的切換開(kāi)關(guān)，測(cè)量并記錄該磁場(chǎng)強(qiáng)度下對(duì)應(yīng)的磁阻電壓。注意：這時(shí)的Is表頭顯示應(yīng)為1.00mA。參考表1?！綛'在100mT以?xún)?nèi)每增加10mT測(cè)一組數(shù)據(jù)，大于100mT后每增加50mT測(cè)一組，直到500mT附近為止】。11、根據(jù)表一所記錄的數(shù)據(jù)在整個(gè)區(qū)間作出ΔR/R(0)～B曲線(xiàn)并在B<0.06T區(qū)間作ΔR/R(0)～B2曲線(xiàn)，并在B<0.06T和B>0.12T兩個(gè)區(qū)間分別給出：

ΔR/R（0）=f（B）。13、調(diào)節(jié)IM=0.300A,Is=1.00mA電流，使電磁鐵產(chǎn)生一個(gè)未知的磁場(chǎng)強(qiáng)度。測(cè)量磁阻傳感器的磁阻電壓，求R（B）后得ΔR/R（0）=[R（B）－R（0）]/R（0）并從ΔR/R(0)～B曲線(xiàn)上求得磁場(chǎng)強(qiáng)度B.14、用儀器所配的毫特計(jì)測(cè)量該磁場(chǎng)強(qiáng)度，將測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度作為準(zhǔn)確值與磁阻傳感器測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度值與相比較，估算相對(duì)誤差E。第13頁(yè)，講稿共16頁(yè)，2023年5月2日，星期三表1電流Is=1mAB0=mT第14頁(yè)，講稿共16頁(yè)，2023年5月2日，星期三七、儀器使用注意事項(xiàng)

1、需將傳感器固定在磁鐵間隙中，不可將傳感器彎折。2、不要在實(shí)驗(yàn)儀附近放置具有磁性的物品。3、加電前必須保證測(cè)試儀的“Is調(diào)節(jié)”和“IM