文档介绍：霍尔磁场测磁仪霍尔效应是磁电效应的一种。在匀强磁场中放一金属薄板,使板面与磁场方向垂直,当金属薄板中沿着与磁场垂直的方向通有电流时,金属薄板的两侧面间会出现电位差。这种电位差叫做霍尔电压,它是1879年由德国物理学家霍尔发现的。随着半导体工艺和材料的发展,先后出现了霍尔系数很高的半导体材料,使半导体霍尔元件在磁场的测量中得到广泛地应用,如现在通用的高斯计,其探头就是半导体霍尔元件制成的。目的和要求了解用霍尔元件测量磁场的原理。学习并掌握用霍尔元件测量长直螺线管磁场及分布的方法。学习并掌握用霍尔元件测量共轴线圈对磁场及分布的方法。学习并掌握测量单个和两个线圈磁场的方法,验证磁场迭加原理。-2型霍尔效应测磁仪由实验装置、电路及测量仪表两大部分组成(仪器说明请参看本文附件)。:处在磁场中的载流导体,如果磁场方向和电流方向垂直,则在与磁场和电流都垂直的方向上出现横向电场,这就是霍尔效应。所产生的电场称霍尔电场,相应的电位差称霍尔电压。产生霍尔效应的载流导体称霍尔元件。如图24-1所示,在厚为d,长和宽分别为L和D的N型半导体薄片的四个侧面MN(通常为长L的两端面,称电流输入端)和PQ(通常为宽D的两端面,称电压输出端),分别引出两对电极MN极和PQ极。当MN极通入工作电流IH时,在PQ极将出现霍尔电压UH。该电压的产生是由于半导体在磁场中作定向运动的载流子(传导电荷的粒子)受到洛伦兹力fB作用而偏转,结果使电荷在PQ两侧聚集而成电场,该电场又给载流子一个与fB反向的电场力fE。当电场力fE和洛伦兹力fB达到平衡时,霍尔电压UH一定,且(24-1)式中比例系数K称为霍尔元件的灵敏度。根据理论推导(24-2)n为单位体积中载流子的数量,称载流子浓度。q为载流子的电量,d为薄片的厚度。显然,霍尔元件的灵敏度K越大越好。因K和n成反比,而半导体载流子的浓度远比图24-1金属的为小,因此,一般霍尔元件都是用半导体材料做的。K又和d成反比,所以霍尔元件都很薄,。半导体材料分N型和P型两种。N型为电子型材料,载流子为电子,传导的是负电荷;P型为空穴型材料,相当于带正电的粒子。可见图24-1所示的霍尔元件是N型半导体材料。如果图24-1所示为P型半导体材料,则P侧面带负电荷,Q侧面带正电荷。因此,知道了半导体的类型,根据霍尔电压UH的正负,可以定出待测磁场的方向。反之,知道了磁场方向,可以判出半导体的类型。从(24-1)式可见,如果知道了霍尔元件的灵敏度K,则在测出了工作电流IH和霍尔电压UH(通常UH很小,需用电位差计测定)后,即可计算出被测磁场的磁感强度B的大小和方向。如果霍尔元件的灵敏度K为未知,则需先用标准磁感强度B根据(24-1)式定出K值,通常使工作电流IH一定,霍尔电压UH与磁感强度B值就可以从仪器上直接读出来了。这样的测磁仪器称特斯拉计(原称高斯计),特斯拉和高斯都是磁感强度B的单位,以上所述,就是用霍尔元件测量磁场的原理。必须注意,(24-1)式是在理想情形下得到的,实际上从PQ极上测得的并不仅是霍尔电压UH,图24-2尚包括其它因素引起的附加电压,其中尤以不等式电位差影响较大。如图24-2所示,如果不加磁场,当MN极通以工作电流IH时,等位面平行于MN平面,但由