3.2. Гальванометр

Гальванометр – это высокочувствительный прибор магнитоэлектрической системы, служащий, вообще говоря, для измерений малых токов порядка микро- и даже наноампер. Но так как внутреннее сопротивление r_G гальванометров обычно весьма велико (у используемого в данной работе гальванометра r_G≈50 кОм), то на низкоомных элементах цепей гальванометр можно использовать и как чувствительный милливольтметр.

Гальванометр в данной работе и выставлен в режим милливольтметра с пределами ±5 мВ и нулём в центре шкалы (т.е. его шкала двухполярная). Цена деления шкалы по напряжению α_V=200 мкВ/дел ! Столь высокая чувствительность прибора достигается особенностью конструкции его подвижной системы: рамка с измерительной обмоткой из сотен витков тончайшего провода подвешена на растяжке из тонкой бронзовой нити, к которой прикреплено также маленькое зеркальце, поворачивающееся вместе с рамкой; зеркальце подсвечивается лучиком света от дампочки; после ещё двух отражений в системе зеркал луч попадает на шкалу и даёт на ней световой зайчик с вертикальной отсчётной полоской. Прибор очень нежен и требует исключительно бережного обращения: не допустимы его токовые перегрузки (а чувствительность по току у него α_А=4 нА/дел, т.е. всего лишь 100 нА на всю полушкалу!), а также и механические сотрясения, и даже резкие повороты. Поэтому не следует двигать гальванометр по столу без особой надобности.

Для предохранения прибора от случайных сигналов в нерабочем состоянии его вход заблокирован перемычкой, которую надо разомкнуть непосредственно перед измерениями, убедившись, что перегрузки по входу не будет. Недопустима подача какого-либо сигнала на вход гальванометра при выключенном освещении шкалы, так как в этом случае не будет контроля за величиной сигнала по положению зайчика. Не следует допускать и зашкаливания зайчика: это может привести либо к расстройству подвески рамки гальванометра, либо и вовсе к перегоранию обмотки рамки.

Студенту не разрешается самостоятельно производить настройку гальванометра и переключать режимы его работы.

3.3. Образец

Исследуемый образец (датчик Холла) выполнен из кристалла германия в виде прямоугольной пластинки с поперечными размерами h=1 мм, d=2 мм (рис. 1) и длиной l=4 мм. К боковым граням образца припаяны две пары контактов – токовые и потенциальные; их выводы указаны на корпусе датчика соответственно знаками «I» и «U».

Ток i через образец ни при каких измерениях не должен превышать 10 мА, иначе он может перегреться и погибнуть. Но даже если необратимого разрушения образца и не произойдёт, при слишком большом токе он будет греться, его проводимость λ будет расти; «поплывут» и все другие измеряемые и расчётные параметры: поперечная ЭДС U_Н, концентрация п, подвижность μ. Рабочий ток через миллиметровые образцы, не приводящий к их заметному нагреванию, выбирается из следующего условия: рассеиваемая в образце тепловая мощность не должна превышать примерно 2 мВт на 1 мм³ образца, т.е. допустимая плотность рассеиваемой мощности р_max=Р/V≈2 мВт/мм³ (конечно же, эта оценочная величина зависит от условий теплоотвода от образца). Так например, если сопротивление образца r=40 Ом, а его объём V=1×2×4=8 мм³, то из закона Джоуля-Ленца

р=i²r/V=0,002 Вт/мм³

получаем i_max=20 мА. Практически сопротивления датчиков Холла могут лежать в пределах от нескольких ом до нескольких килом; их размеры также могут значительно различаться.