磁阻效应实验报告

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1、近代物理实验报告专业2011级应用物理学班级（2）组别指导教师彭云雄姓名同组人实验时间2013年12月23日实验地点K7-108实验名称磁阻效应实验一、实验目的1、测量电磁铁的磁感应强度与励磁电流的关系和电磁铁磁场分布。2、测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系。3、作出锑化铟传感器的电阻变化与磁感应强度的关系曲线。4、对此关系曲线的非线性区域和线性区域分别进行拟合。二、实验原理图1磁阻效应原理一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B的变化规律称为磁阻效应。如图1所示，当半导体处于磁场中时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用，发生

2、偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍耳电场。如果霍耳电场作用和某一速度载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，那么小于或大于该速度的载流子将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，电阻增大，表现出横向磁阻效应。若将图1中a端和b端短路，则磁阻效应更明显。通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用Δρ/ρ（0）表示。其中ρ（0）为零磁场时的电阻率，设磁电阻在磁感应强度为B的磁场中电阻率为ρ（B），则Δρ=ρ（B）-ρ（0）。由于磁阻传感器电阻的相对变化率ΔR/R（0）正比于Δρ/ρ（0），这里ΔR=R（B）-R（0），因此也可以用磁阻传感器

3、电阻的相对改变量ΔR/R（0）来表示磁阻效应的大小。4图2图2所示实验装置，用于测量磁电阻的电阻值R与磁感应强度B之间的关系。实验证明，当金属或半导体处于较弱磁场中时，一般磁阻传感器电阻相对变化率ΔR/R（0）正比于磁感应强度B的平方，而在强磁场中ΔR/R（0）与磁感应强度B呈线性关系。磁阻传感器的上述特性在物理学和电子学方面有着重要应用。如果半导体材料磁阻传感器处于角频率为ω的弱正弦波交流磁场中，由于磁电阻相对变化量ΔR/R（0）正比于B2，则磁阻传感器的电阻值R将随角频率2ω作周期性变化。即在弱正弦波交流磁场中，磁阻传感器具有交流电倍频

4、性能。若外界交流磁场的磁感应强度B为B=B0COSωt（1）（1）式中，B0为磁感应强度的振幅，ω为角频率，t为时间。设在弱磁场中ΔR/R(0)=KB2（2）（2）式中，K为常量。由（1）式和（2）式可得R(B)=R(0)+ΔR=R(0)+R(0)×[ΔR/R(0)]=R(0)+R(0)KB02COS2ωt=R(0)+R(0)KB02+R(0)KB02COS2ωt（3）（3）式中，R(0)+R(0)KB02为不随时间变化的电阻值，而R(0)KB02cos2ωt为以角频率2ω作余弦变化的电阻值。因此，磁阻传感器的电阻值在弱正弦波交流磁场中，将

5、产生倍频交流电阻阻值变化。三、实验仪器HLD-MRE-II型磁阻效应实验仪：包括直流双路恒流电源、0-2V直流数字电压表、电磁铁、数字式毫特仪（GaAs作探测器）、锑化铟（InSb）磁阻传感器等组成。4四、实验内容和步骤１．测量电磁铁励磁电流IM与电磁铁气隙中磁感应强度B的关系（测量电磁铁磁化曲线）1)对准航空插头座缺口方向,用双头航空插头线连接实验装置和实验仪传感器接口，传感器固定印板转出电磁铁气隙,(以减小电磁铁矽钢片残磁影响)，预热10分钟后调零毫特仪，使其显示0.0mT。2)连接电磁铁电流输入线，置传感器印板于电磁铁气隙中,将电磁铁

6、通入电流，调励磁电流变化依次为：0,100,200…800mA。记录励磁电流和电磁感应强度在表1中，并绘制电磁铁磁化曲线，表１IM/mA0100200300400500600700800B/mT其中励磁电流IM=0时，B≠0，表明电磁铁有剩磁存在。请在这插入折线图2.测量磁感应强度和磁电阻大小的关系1）按图2所示将锑化铟（InSb）磁阻传感器与外接电阻（接线柱上已装电阻，也可外接电阻箱）串联，并与可调直流电源相接，数字电压表的一端连接磁阻传感器和电阻(或电阻箱)公共接点，作为测量参考点，单刀双向开关可分别与串接电阻、磁电阻InSb切换，用于

7、测量它们的端电压。2）由测量磁阻传感器的电流及其两端的电压，求磁阻传感器的电阻R；调节通过电磁铁的电流，改变电磁铁气隙中磁场，由毫特仪读出相应的B，求出ΔR/R(0)与B的关系。作ΔR/R（0）与B的关系曲线，并进行曲线拟合。一般地，可保持锑化铟磁阻传感器电流或电压不变的条件下，测量锑化铟磁阻传感器的电阻与磁感应强度的关系。（实验时注意GaAs和InSb传感器工作电流应<3mA）。本实验采用保持实验样品电流恒定的条件下，通过测量其端电压来计算其电阻值。取样电流的确定可按如下方法：例如取样电阻标称值为300Ω，而经测量接线柱上外接取样电阻实际

8、值为R=298.9Ω，可调节电流，使电阻两端电压U=298.9mV；则电流===1.00mA；43）实验步骤（a）如图2所示连接好导线。单刀开关向上接通测量外接电阻电压，根据取样