磁阻效应实验报告1.docx

磁阻效应实验报告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电阻的相对改变量ΔR/R（0）来表示磁阻效应的大小。

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B 2，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性能若外界交流磁场的磁感应强度B 为B=B 0COS ωt （1）（1）式中，B 0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)=KB 2 （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)KB 02COS 2ωt =R(0)+21R(0)KB 02+21R(0)KB 02COS2ωt （3） （3）式中，R(0)+21R(0)KB 02为不随时间变化的电阻值，而21R(0)KB 02cos2ωt 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 四、实验内容和步骤 １．测量电磁铁励磁电流I M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0.0mT2)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１I M/mA 0 100 200 300 400 500 600 700 800B/mT其中励磁电流I M=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I的确定可按如下方法：例如取样电阻标称值为300Ω，而经测量接线取样电流取柱上外接取样电阻实际值为 R=298.9Ω，可调节电流，使电阻两端电压U=298.9mV； 则电流 取I =R U =9 .2989.298=1.00mA ； 3）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，根据取样电阻的阻值确定取样电流，调节InSb 电流调节旋钮，使电压测量值为U=300.0mV ，则InSb 磁电阻和外接电阻通入的电流为1.00mA, 单刀开关向下接通测量InSb 磁电阻两端的电压时，因电流方向显示的电压为负值，记录数值时无须记录b)实验样品固定印板置于电磁铁气隙中，电磁铁励磁电流调为0开始实验测量，此时的磁场很小，忽略不计，此时测得的电阻值为实验样品的R(0)，实验中可经常观测外接电阻两端电压是否变化来表明InSb 电流的稳定情况。

实验记录表格如下： 表2电磁铁 InSb B ～ΔR/R(0)对应关系I M /mA U R /mV B/mT R/Ω ΔR/R(0) 请在这插入折线图 对ΔR/R 与B 关系曲线图的分析：1、在B令ΔR/R(0)＝kB n ，则ln(ΔR/R(0))=n lnB+lnk 用双对数坐标纸经直线拟合后得：n＝1.97，可知在B2、B>120mT时： 令ΔR/R(0)＝k1B n1 ，则ln(ΔR/R(0))=n1 lnB+lnk1用双对数坐标纸经直线拟合后得：n1=0.8，可知在B>0.12时磁阻变化率ΔR/R(0)与磁感应强度B近似成一次函数关系在B>0.12T时，拟合得到ΔR/R(0)=1.72B+0.14 相关系数 r=0.9996五、注意事项锑化铟磁阻传感器作为半导体材料温度系数较大，即对温度变化很敏感，所以实验时下列因素会影响实验数据：1、实验室环境温度2、电磁铁的温升3、锑化锢的工作电流故经测量在不同的室温条件下其常态电阻差异性很大；为了减少电磁铁的温升实验数据测量应快一些，不宜长时间通电实验，更不应使电磁铁长时间处在大电流工作状态；通过实验样品的电流要取小一些，可有效减小其温升，从而使电阻值相对稳定。

实验时可改变励磁电流的方向说明磁阻传感器的电阻变化与磁场强度的大小有关,而与磁场方向无关.可解释倍频效应的原因.六.实验小结：教师评语：1.实验预习：（认真、较认真、一般、较差、很差）；占30%2.原始数据及实验结果：（准确合理、较准确、不合理）；占30%3.误差分析或作图：（规范、中等、不规范）；占20%4.卷面整洁度：（很好、较好、中等、较差、很差）；占20%评定等级：（）教师签名：日期： -全文完-7。