Способ определения коэффициента Холла

⇐ ПредыдущаяСтр 15 из 22Следующая ⇒

Напряжение Холла, согласно формуле (8.1), линейно зависит от магнитной индукции В и от тока I, протекающего в датчике. Установка позволяет получить зависимость U(В) и по угловому коэффициенту экспериментальной прямой определить постоянную Холла R.

Величина индукции В магнитного поля в зазоре электромагнита зависит от силы тока I_ЭМ в его обмотке, числа витков N и от величины зазора h:

(8.10)

Для корректного измерения напряжения Холла нужно учесть, что при проведении эксперимента в пластинке имеется не только поле Холла Е_у (рис. 8.2), но и электрическое поле Е_х, обеспечивающее протекание тока I в датчике. Это продольное поле создаёт разность потенциалов между точками, расположенными на разных расстояниях от начала пластины. Если контакты, с которых снимается напряжение Холла, смещены относительно эквипотенциальной поверхности, которая перпендикулярна полю Е_х, то и без магнитного поля между ними будет разность потенциалов

(8.11)

где Dх – расстояние между контактами по координате х (рис. 8.2).

Измеряемая разность потенциалов j_А– j_Вбудет равна алгебраической сумме напряжений U + и может быть как меньше (при разных знаках), так и больше напряжения Холла. Для исключения этой систематической ошибки нужно измерять поперечную разность потенциалов U₁ = U + и U₂ = U – при двух противоположных направлениях магнитного поля и затем находить среднее значение

(8.12)

Практически для реализации этого приёма изменяют направление тока в обмотке электромагнита. Как следует из рис. 8.2, при этом изменяется и полярность напряжения Холла. Для получения правильного результата напряжения U₁ и U₂ в формуле (8.12) нужно брать без учёта знака.

Выполнение работы

1. Схема установки состоит из двух самостоятельных схем: первая – питание электромагнита (рис. 8.3а, 8.4а), вторая – питание датчика Холла (8.3б, 8.4б).

2. Соберите схему электромагнита. Для этого на наборном поле в левом верхнем углу установите миниблок «Ключ» на отведённое для него место, его выходы 3 и 4 проводами соедините с выводами электромагнита L₁ на модуле «Магнитостатика». Вход (контакт 2) соедините с «–» стрелочного амперметра, «+» амперметра – с «+» источника питания 1,2…12 В.

3.
Установите миниблок «Датчик Холла» на место, обозначенное «Магнетрон» соблюдая нумерацию контактов. Подайте питание на входы 1–2 от источника 3 В, а к выходу 3–4 подключите мультиметр в режиме 200 мВ.

4. Щуп с датчиком Холла установите в прорезь электромагнита до упора на щупе датчика.

5. Регулятор питания электромагнита установите в крайнее левое напряжение (минимум напряжения).

6. После проверки схемы включите модуль питания, мультиметр.

7. Регулятором выходного напряжения 12 В установите ток в электромагните 0,12 А, замерьте при этом токе напряжение датчика Холла U₁. Тумблером миниблока «Ключ» поменяйте направление тока в электромагните и замерьте U₂. Полученные данные запишите в табл. 8.1.

Таблица 8.1

№ п/п	I_ЭМ,А	U₁, мВ	U₂, мВ	U, В	B, Тл	Параметры установки
1	0,12					N = h = d = I =
2	0,14
…	…
12	0,34

8. Продолжайте эти измерения, увеличивая ток в электромагните с шагом 0,02 А. Измерения проводите до 0,34 А, результаты заносите в табл. 8.1.

9. В графу «Параметры установки» запишите указанные на корпусе миниблока данные электромагнита: число витков обмотки электромагнита (N), ширину зазора (h) и данные датчика Холла: ток I и толщину d пластинки полупроводника.

Обработка результатов измерений

1. Рассчитайте величину магнитной индукции В для каждого значения I_ЭМ, используя формулу (8.10). Результаты расчётов внесите в табл. 8.1.

2. Вычислите среднее значение напряжения Холла U (без учёта знака!) по формуле (8.12) для каждого значения В.

3. По полученным результатам постройте график зависимости U(B).

4. Определите угловой коэффициент К экспериментальной прямой.

5. Используя формулу (8.1) и угловой коэффициент К, найдите значение постоянной Холла для данного полупроводника.

6. По формуле (8.9) вычислите концентрацию n носителей в исследуемом полупроводнике и сравните с концентрацией атомов в чистых Ge и Si. Значения концентрации атомов можно найти в справочной литературе, или вычислить по плотности r и молярной массе m вещества: n = N_A×(r/m).

7. В выводе отметьте, какие закономерности эффекта Холла исследованы в работе и укажите возможные применения датчиков Холла.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение: эффекта Холла, силы Лоренца. Как направлена сила Лоренца, действующая на движущийся электрон? Письменный ответ на этот вопрос необходимо включить в отчёт.

2. Каковы цели лабораторной работы и что нужно сделать для их достижения?

3. Назовите составные части лабораторной установки и их назначение.

4. Какие величины измеряются в данной работе непосредственно? Какие вычисляются?

5. Какие условия необходимы для наблюдения явления Холла? Укажите причину появления напряжения Холла.

6. Какие величины и параметры явления Холла изменятся, если изменить величину и направление рабочего тока датчика; величину и направление тока в обмотке электромагнита?

7. Опишите метод измерения напряжения Холла.

8. Выведите формулы (8.6) и (8.8).

9. Какой из размеров пластинки полупроводника необходим для вычисления постоянной Холла?

10. Как по угловому коэффициенту зависимости U(B) определить коэффициент Холла?

11. Что называется концентрацией частиц? Можно ли по эффекту Холла определить концентрацию и знак носителей тока?

12. Запишите формулы, которые используются в данной работе для расчёта концентрации электронов проводимости в полупроводнике.

13. В каких электроматериалах значение коэффициента Холла больше: в полупроводниках или в металлах?

Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 225; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 10 11 12 13 141516 17 18 19 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!