Измерительная установка и методика измерений

Установка для измерения ЭДС Холла состоит из электромагнита, лабораторного стенда и датчика (образца), заключенного в пластмассовый корпус.

Электромагнит представляет собой металлический прямоугольный сердечник, на одной стороне которого намотана катушка. К каркасу катушки прикреплена панель с гнездами для подключения лабораторного стенда и исследуемого образца.

Лабораторный стенд представляет собой два источника питания: 0...20 мА – для образца и 0...200 мА – для соленоида. Регулировка тока через образец – плавная, при помощи переменных резисторов, ручки которых выведены на переднюю панель. Контроль токов осуществляется при помощи стрелочных измерительных приборов. На передней панели находятся два тумблера, служащие для переключения направления токов через соленоид и образец.

ЭДС Холла измеряется электронным милливольтметром.

Датчик Холла выполнен в виде квадратной пластинки, к которой со всех четырех сторон припаяны тонкие проволочки. Проволочки имеют выход на разъемные контакты, укрепленные на корпусе датчика. К двум противоположным сторонам образца прикладывается напряжение от источника питания, а с двух других противоположных сторон снимается ЭДС Холла. Принципиальная схема установки представлена на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Упрощенная принципиальная схема установки

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с лабораторной установкой и проверить ее по схеме. При этом для питания образца должна быть использована секция, дающая ток до 20 мА, а для питания электромагнита – секция, дающая ток до 200 мА.

2. Поставить переключатель вида измерения электронного милливольтметра в положение " ", а переключатель диапазона измерения в положение "0". Включить милливольтметр в сеть. Через мин. поставить стрелку с помощью калибровочного регулятора " " в положение " ".

Поставить переключатель диапазона измерения в положение "300 мВ", соединить вход прибора с гнездом массы и регулятором "О" установить стрелку на "0".

Подключить к вольтметру провода от образца для измерения ЭДС Холла.

В процессе работы устанавливать переключатель диапазона измерения в такое положение, при котором стрелка прибора имеет максимальное отклонение.

3. Установить оба тумблера на панели лабораторного стенда в верхнее положение, повернуть ручки регулятором выхода против часовой стрелки до упора и включить стенд.

4. Плавно поворачивая ручку регулятора "Ток образца", установить ток через образец, равный 10 мА.

5. Установить ток через соленоид 100 мА. Измерить ЭДС Холла. Результат записать в таблицу.

6. Измерить ЭДС Холла для различных направлений токов через соленоид и образец. Полученные данные записать в таблицу 1. Найти среднее полученных четырех значений ЭДС Холла и вычислить постоянную Холла по формуле (2.25), полагая, что d=1 мм,U_{н ср.}=U_y.

Таблица 2.2

Направление I	Направление B	ЭДС Холла
+ – + –	+ + – –
		n=4

7. Вычислить концентрацию основных носителей по формуле (2.26). Оценить различные величины ЭДС Холла при разных направлениях тока, через образец, магнитного поля. Объяснить возможные причины этого явления.

8. Установить ток через образец 15...20 мА. Устанавливать ток в обмотке соленоида согласно калибровочной таблице через 20 мА и каждый раз измерять ЭДС Холла при одном и том же значении тока образца.

Результаты измерений занести в таблицу формулы перевода HвB.

.

Табл. 2.3 содержит калибровочные соотношения для определения напряженности магнитного поля

Таблица 2.3

Ток в обмотке магнита	Напряженность поля (эрстед)	Индукция магн. поля (тесла)	UН	RН
20	300
40	670
60	1026
80	1490
100	1774
120	2040
140	2250
160	2330
180	2440
200	2540

9. Для каждого значения индукции магнитного поля вычислить постоянную Холла. Занести полученные результаты в таблицу 2.3. По данным таблицы построить графики:

;.

10. Определить электропроводность образца по напряжению и току через него. Образец представляет собой параллелепипед (см. установку).

11. По формуле (2.19) определить холловскую подвижность носителей.

12. Оценить погрешности полученных результатов.