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 Uи 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.

Измерительная установка и методика измерений - student2.ru

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 Uх и разности потенциалов Dj, возникшей вследствие несимметричности контактов: U+=Uх+Dj. При изменении направления магнитного поля на противоположное изменится на противоположное и направление силы Лоренца, а значит, изменится знак Холловской разности потенциалов, но знак Dj останется без изменения. Полная разность потенциалов будет: U=–Uх+Dj. Окончательно получим формулу для Холловской разности потенциалов, исключающей влияние несимметричности контактов А и С:

Uх=(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 Iэм определите В и занесите в таблицу 15.1.

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

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

7. Вычислите погрешность RХ .

8. Все полученные результаты запишите в таблицу 15.1.

Измерительная установка и методика измерений - student2.ru

Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru Измерительная установка и методика измерений - student2.ru

  4.00   3.00   2.00   1.00

 
  Измерительная установка и методика измерений - student2.ru

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                  
         
         
0.2          
         
         
0.3          
         
         

Установка № 2

Приборы и оборудование: измерительный блок и объект исследования.

Измерительная установка и методика измерений - student2.ru

Рис.15.4. Внешний вид установки.

Измерительный блок формирует и регулирует силу тока электромагнита Iэм 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.

Порядок выполнения работы

1. Включить установку (переключатель «сеть» находится на задней панели измерительного блока).

2. Переключателем измерителя переключить миллиамперметр в режим измерения тока через датчик Холла (при этом должен загореться соответствующий светодиод).

3. Установить полярность «+» переключателем «направление тока» (в индикации миллиамперметра отсутствует знак «–»).

4. Кнопками регулировки силы тока «+» и «–» установить силу тока через датчик Холла I=3 мА.

5. Переключателем измерителя переключить миллиамперметр в режим измерения тока электромагнита (при этом должен загореться соответствующий светодиод).

6. Установить полярность «+» переключателем «направление тока» (в индикации миллиамперметра отсутствует знак «–»).

7. Кнопками регулировки силы тока «+» и «–» установить силу тока электромагнита Iэм=3 мА.

8. Измерить ЭДС Холла U+, записать все величины в таблицу 15.2.

9. Кнопками регулировки силы тока «+» и «–» устанавливать силу тока электромагнита Iэм=4 мА; 5 мА; … 10 мА, каждый раз измеряяи записывая величину U+.

10. Установить полярность «–» переключателем «направление тока» (в индикации миллиамперметра присутствует знак «–»).

11. Повторить пункты 7-9, записывая в таблицу ЭДС Холла U при другом направлении магнитного поля.

12. Повторить измерения ЭДС Холла для тока через датчик I=4 мА (пункты 2-11), а затем для I=5 мА.

13. По формуле (15.9) вычислите Холловскую разность потенциалов для каждого измерения. Результаты занесите в таблицу 15.2.

Uх=(U+ – U)/2. (15.9)

14. По графику (рис.15.5) зависимости В от Iэм определите В и занесите в таблицу 15.2.

15. По формуле (15.6) рассчитайте RХ для каждого значения В, определяемого по току через электромагнит.

Измерительная установка и методика измерений - student2.ru , (15.6)

где I – ток через образец, d=3.10-4м – толщина пластинки.

16. Вычислите среднее значение RХ, по которому определите концентрацию носителей заряда n, используя формулу (15.5):

Измерительная установка и методика измерений - student2.ru . (15.5)

17. Зная R и g, по формуле (15.8) вычислите подвижность носителей заряда u:

u=g/(en)=gRХ. (15.8)

18. Вычислите погрешности RХ и u.

Таблица 15.2

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) Δ u
                 
         
         
         
         
         
         
         
                 
         
         
         
         
         
         
         
                 
         
         
         
         
         
         
         

Контрольные вопросы

1. В чем заключается эффект Холла?

2. Чем объясняется эффект Холла?

3. Чему равна и как направлена сила Лоренца?

4. Для каких целей практически используется эффект Холла?

5. Выведите формулу для Холловской разности потенциалов.

6. Как расположены эквипотенциальные поверхности при прохождении постоянного тока через образец: а) в отсутствие магнитного поля; в) при включенном магнитном поле?

7. Как исключается погрешность, связанная с несимметричностью контактов подключения миллиамперметра к образцу?

8. Каков знак носителей тока в изучаемом образце?

Измерительная установка и методика измерений - student2.ru

Используемая литература

[1] §§ 21.2, 23.2;

[2] §§ 14.2, 14.5;

[4] т.2, §§ 79;

[5] §§ 114, 117.

Лабораторная работа 2-16

Наши рекомендации