Измерительная установка и методика измерений

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 потенциометраR1 через переключательSA2 подается на электромагнит ЭМ. Направление магнитного поля в образце О изменяется переключателемSA2, а ток через магнит измеряется миллиамперметром РА1. Ток через образец О регулируется потенциометромR2 и измеряется миллиамперметром РА2. Холловская разность потенциалов измеряется милливольтметромPV1 (рис.15.3, 15.4).

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 потенциометромR2 установите через образец ток 0.1mA. Для этого тока потенциометромR1 установите три значения тока через электромагнит в пределах от 130 до 160mA. Для каждого значения тока через электромагнит измерьте холловскую разность потенциаловU^– иU⁺, изменяя направление тока через электромагнит переключателемSA2. Проделайте такие же измерения для токов через образец 0.2mAи 0.3mA. Результаты измерений занесите в таблицу 15.1.

PA1

R2

mA

SA1

О

PV1

220

V

VD1

ЭМ

SA2

T1

R1

PA2

mA

Рис.15.3. 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 потенциаловU на самом деле является суммой холловской разности потенциаловU_хи 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)

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

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

4. По графику (рис.15.5) зависимости ВотI_эмопределитеВи занесите в таблицу 15.1.

5. По формуле (15.6) рассчитайте R_Хдля каждого значенияВ, определяемого по току через электромагнит. Вычислите среднее значениеR_Х, по которому определите концентрацию носителей зарядаn, используя формулу (15.5):

.

7. Зная Rи, по формуле (15.8) вычислите подвижность носителей зарядаu:

.

7. Вычислите погрешность R_Х.

8. Все полученные результаты запишите в таблицу 15.1.