Измерительная установка и методика измерений

Установка № 1

Приборы и оборудование: лабораторная установка, в которую вмонтированы миллиамперметр, милливольтметр, трансформатор, диодный мостик, потенциометры, переключатель, электромагнит, контакты и полупроводниковый образец.

Сущность метода измерения холловской разности потенциалов заключается в следующем. Напряжение от сети через понижающий трансформатор Т1 подается на диодный мостик YD1. Выпрямленное напряжение с помощью потенциометра R1 через переключатель SA2 подается на электромагнит ЭМ. Направление магнитного поля в образце О изменяется переключателем SA2, а ток через магнит измеряется миллиамперметром РА1. Ток через образец О регулируется потенциометром R2 и измеряется миллиамперметром РА2. Холловская разность потенциалов измеряется милливольтметром PV1 (см. рис.15.2).

Порядок выполнения работы

1. Изучите краткую теорию и принцип действия установки и определите цену деления используемых приборов.

2. Включите установку в сеть. Установите переключатель SA1 в верхнее положение и потенциометром R2 установите через образец ток 0.1 mA. Для этого тока потенциометром R1 установите три значения тока через электромагнит в пределах от 130 до 160 mA. Для каждого значения тока через электромагнит измерьте холловскую разность потенциалов U^– и U⁺, изменяя направление тока через электромагнит переключателем SA2. Проделайте такие же измерения для токов через образец 0.2 mA и 0.3 mA. Результаты измерений занесите в таблицу 15.1.

PA1

R2

mA

SA1

О

PV1

220

V

VD1

ЭМ

SA2

T1

R1

PA2

mA

Рис.15.2. Электрическая схема установки

Замечание: Контакты А и С (рис.15.1) подключения милливольтметра, как правило, находятся несимметрично (не находятся на эквипотенциальной поверхности в отсутствие магнитного поля). Поэтому измеряемая разность потенциалов U на самом деле является суммой Холловской разности потенциалов U_х и разности потенциалов , возникшей вследствие несимметричности контактов: U⁺=U_х+. При изменении направления магнитного поля на противоположное изменится на противоположное и направление силы Лоренца, а значит, изменится знак Холловской разности потенциалов, но знак  останется без изменения. Полная разность потенциалов будет: U^–=–U_х+. Окончательно получим формулу для Холловской разности потенциалов, исключающей влияние несимметричности контактов А и С:

U_х=(U⁺ – U^–)/2. (15.9)

3. По формуле (15.9) вычислите Холловскую разность потенциалов для каждого измерения. Результаты занесите в таблицу 15.1.

4. По графику (рис.15.3) зависимости В от I_эм определите В и занесите в таблицу 15.1.

5. По формуле (15.6) рассчитайте R_Х для каждого значения В, определяемого по току через электромагнит. Вычислите среднее значение R_Х, по которому определите концентрацию носителей заряда n, используя формулу (15.5).

6. Зная R и , по формуле (15.8) вычислите подвижность носителей заряда u.

7. Вычислите погрешность R_Х .

8. Все полученные результаты запишите в таблицу 15.1.

В,Тл

4.00

3.00

2.00

1.00

0.1 0.2 0.3 I_эм, A

Рис.15.3. График зависимости индукции магнитного поля В от тока, проходящего через электромагнит I_эм, для установки №1.

Таблица 15.1

Ток через образец I, мA	Ток через электро- магнит Iэм., мA	U+, мB	U–, мB	Uх, мB	B, Тл	RХ, м3/Кл	RХ ср, м3/Кл	ΔRХ	u, м2/(В.с)	n, м-3
0.1	130
	150
	160
0.2	130
	150
	160
0.3	130
	150
	160

Установка № 2

Приборы и оборудование: измерительный блок и объект исследования.

Рис.15.4. Внешний вид установки.

Измерительный блок формирует и регулирует силу тока электромагнита I_эм и преобразователя (ток через образец) I, изменяет полярность тока. Ток преобразователя и электромагнита изменяются в пределах соответственно 0÷5 мА и 0÷10 мА. Объект исследования состоит из полупроводникового преобразователя Холла и электромагнита.