Методика эксперимента

В экспериментальной установке исследуемый образец – датчик Холла представляет собой тонкую пластинку германия, обладающего дырочной проводимостью при комнатных температурах.

Напряжения Холла согласно формуле (1) линейно зависит от магнитной индукции В и от тока I_датч, протекающего в датчике. Установка позволяет получить зависимость U(B) и U(I_датч) и по угловому коэффициенту экспериментальной прямой определить коэффициент Холла R. В случае линейной зависимости вида U=К·В в соответствии с формулой (1) величина уголовного коэффициента

(10)

В качестве источника постоянного магнитного поля можно использовать электромагнит. Величина индукции магнитного поля В в зазоре электромагнита нелинейно зависит от намагничивающего тока I_эм в его обмотке. Однако на кривой намагничивания сердечника В(I_эм) можно выделить практически линейный участок, для которого справедлива формула

(11)

где _о = 4·10^–7 Гн/м – магнитная постоянная; N – число витков электромагнита; h – толщина зазора электромагнита.

Задача измерения напряжения Холла осложняется тем, что при проведении эксперимента в пластинке имеется не только поле Холла , но и электрическое поле , создающие ток в датчике (пропускаемый для наблюдения эффекта). На рис.2 показаны эти взаимно перпендикулярные поля и положение проводников (2'–2'), припаянных к датчику для измерения напряжения Холла.

На рис. 2а видно, что в случае, если линия измерительных контактов (2'– 2') смещена от идеальной (2–2), которая должна быть строго нормальна линии тока I (полю ), то потенциал точки 2' будет меньше, чем потенциал точки 2. При этом измеренная величинаU₁ окажется на U меньше, чем напряжение Холла (при смещении 10 мкм ):U₁=(U – U).

Обратившись к рис. 2б, видим, что достаточно изменить только направление индукции магнитного поляВ, чтобы на линии (2'–2') изменить напряжение: U₂ = (U + U).

Используя значения U₁ и U₂, исключаем неизвестную погрешность U:

.(12)

Для экспериментальной реализации этого приема изменяют направление тока I_эм в обмотке электромагнита. Как следует из рис. 2б при этом изменяется и полярность напряжения Холла.

Описание установки

Электрическая схема установки представлена на рис. 3, монтажная – на рис. 4. Исследуемый образец –датчик Холла (Д) помещен в зазор сердечника электромагнита 6 и подсоединен к источнику постоянного напряжения 4. Обмотка электромагнита подключена к регулируемому источнику постоянного напряжения 10 через переключатель 8. С помощью переключателя можно изменить направление тока I_эм в обмотке электромагнита. Ток I_эм измеряют миллиамперметром 9. Для измерения напряжения Холла предназначен цифровой вольтметр 5.

На рис. 3: (1–1) – цепь питания электромагнита 6; 8 – переключатель; 9 – мультиметр(режим А … 200 мА, входы СОМ, мА); (2–2) – цепь измерения напряжения Холла; 5 – мультиметр (режим V… 2V, входы СОМ, V); (3–3) – цепь питания датчика Холла (Д); 4 – источник стабилизированного постоянного напряжения «+ 15 В»; 7 – миниблок «Эффект Холла»; 10 – регулируемый источник постоянного напряжения «0…+15 В».

Порядок выполнения работы

1. Соберите электрическую цепь по монтажной схеме, приведенной на рис. 4. Амперметр сначала подключите для измерения тока датчика Холла (как показано на схеме пунктиром).

2. Запишите в таблицу число витков электромагнита N=1200, ширину зазора h=1,7 мм и толщину датчика d (указан на миниблоке «Эффект Холла»).

3. Выведите регулятор генератора постоянного напряжения на ноль (повернув ручку до упора влево).

4. Включите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров. Запишите значение тока в датчике Холла: I_датч = (мА)

5. Выключите блок генераторов и переключите амперметр для измерения тока в катушке (как показано на рис. 4 сплошной линией), а гнезда к которым был подключён амперметр, соедините перемычкой.

6. Включите блок генераторов и установите регулятором генератора первое значение тока 20 мА и запишите в таблицу значение ЭДС Холла, измеряемое вольтметром (U₁).

7. Переключателем 8 на миниблоке (рис.3) измените направление тока в катушке и снова измерьте ЭДС Холла (U₂).

Таблица 1

Параметры установки: N =… витков, h = … мм, d = … мм
Величина
№ п/п	Iэм, мА	U1, мВ	U2, мВ	U, мВ	В, мТл
	20
	…
	120

7. Увеличивая ток в обмотке электромагнита через каждые 10 мА (до 120 мА), измерьте напряжения U₁ и U₂ при прямом и обратном токе. Результаты измерений запишите в таблицу.

8. Выключите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров.