МУ - К-71 (1003925), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Между тем эффект Холла, являясь нечетным эффектом, меняет свой знакпри изменении направления магнитного поля. Для того, чтобы исключить побочные эффектыи определить истинное значение эдс Холла U H , напряжение между холловскими контактамиизмеряют при двух противоположных направлениях магнитного поля. Действительно, пустьпри выбранной ориентации магнитного поля напряжение между холловскими контактами U1= U H + U побочн.
, а при изменении ориентации поля на противоположное напряжение: U 2 = U H +U побочн. . Отсюда: U H =U1 U 2, т.е. U побочн. , обусловленное побочными эффектами,2исключено.2.Известно, что контакт металла и полупроводника имеет нелинейную зависимость токачерез него от напряжения на нем. Этот эффект имеет очень широкое практическоеприменение, однако он может исказить другое наблюдаемое на нем явление, напримерэффект Холла.
Поэтому сопротивление исследуемого образца нельзя измерить, обычным дляметалла, методом амперметра и вольтметра, т.к. в этом случае в результат измерений войдутсопротивления контактов, которые в случае полупроводниковых материалов могут во многораз превосходить сопротивление самого образца. Поэтому измерение электропроводности7полупроводников обычно производится зондовым методом с помощью двух дополнительныхконтактов, подключенных к кристаллу полупроводника между контактами, подводящими кнему ток, по компенсационной схеме, обеспечивающей равенство нулю тока через«зондовые» контакты.
Именно такая методика измерения проводимости исследуемойпластины реализуется в данной лабораторной работе.Согласно выражению (4) эдс Холла линейно зависит от силы тока через образец ииндукции магнитного поля B . Поэтому зависимости U H f ( I ) и U H f ( B) должныпредставлять собой прямые линии, проходящие в осях U H , I и U H , B через началакоординат.Экспериментальная часть работы.Цель эксперимента 1.при комнатной температуре в постоянном магнитном поле измеряется Холловская разностьпотенциалов при разных значениях силы тока. Строится графическая зависимость.Цель эксперимента 2.При комнатной температуре измеряется Холловская разность потенциалов U H при разныхзначениях индукции магнитного поля B .
Строится графическая зависимость.Цель эксперимента 3.При комнатной температуре, при отсутствии магнитного поля измеряется Напряжение наобразце при разных значениях тока через образец. Строится графическая зависимость.По полученным в экспериментах 1-3 данным определяется:- постоянная Холла RH ;- удельная проводимость образца ;- знак носителей заряда;- подвижность дырок p (в полупроводнике р типа); электронов n (в полупроводнике n типа);- концентрация дырок p (в полупроводнике р типа); электронов n (в полупроводнике n типа).8Экспериментальная установка.321465BРис.
2 Общий вид экспериментальной установки:1 источник питания;4 плата с образцом;2 измерительный модуль;5 катушки электромагнита;3 датчик Холла (для измерения поля B на образце);6 аналоговый датчик Кобра-3 ссистемами оцифровки сигналов.Экспериментальная установка показана на рис.2. Постоянное напряжение отисточника питания подается на катушки электромагнита (5). Ток (напряжение) через катушкиможно изменять, вращая ручки «A», «V» источника питания.
При этом изменяется значениеиндукции магнитного поля B на образце.Плата с исследуемым образцом 4 (рис.2) вставляется в направляющий пазизмерительного модуля аналогового датчика 2. На обратной стороне модуля находятсяконтакты, на которые подается переменное напряжение12В от источника питания. Этонапряжение подводится к нагревателю (для получения температурных зависимостей).На обратной стороне модуля находится также кнопка ВКЛ./ВЫКЛ. для нагревателя.Осторожно!!! – При случайном нажатии этой кнопки образец начнет нагреваться безконтроля и может выйти из строя.91324Рис.3 Измерительный модуль аналогового датчика.1 цифровое табло:значения тока через образец, мА/температуры образца С2 регулятор тока:позволяет изменять I p - ток через образец;3 кнопочный переключатель:позволяет менять показания цифрового табло:ток через образец (при нажатой кнопке) / температураобразца (при отжатой кнопке).4 регулятор:позволяет при нулевом B выставлять «ноль» U H .Подключение измерительного модуля к аналоговому датчику Кобра 3 осуществляетсяс помощью специального кабеля.ПриборКобра-3 оснащен кроме того аналоговым тесла датчиком, на которыйподаются данные с датчика Холла.
Датчик Холла измеряет магнитную индукцию в зазореэлектромагнита.Выполнение эксперимента.Плата с образцом должна быть аккуратно вставлена в центр зазора электромагнитатак, чтобы избежать изгиба пластины и не повредить образец. Также аккуратно всоответствующий паз (рис.3) помещается датчик Холла.Включите источник питания, установите регуляторнапряжение «V» в нулевоеположение, а регулятор тока «А» повернуть по часовой стрелке до упора (режимстабилизации тока).10Включите прибор Кобра 3 в сеть.
На измерительном модуле тумблером (2) установите токчерез образец, равный нулю.Включите компьютер. Измерения осуществляются с помощью программного обеспеченияmeasure «m», которое запускается «как обычно».1. Для выполнения измерений, в диалоговом окне выбрать кнопку меню: <Прибор> \<Измерения Cobra3 для эффекта Холла>.
Вы получите следующее окно (рис.4), котороепоявляется перед каждым измерением.Рис.4 Начальное меню программного обеспечения кобра 3 для эффект Холла.Выбор измеряемой зависимости:- В поле «Каналы» указывают величину, откладываемую по оси Y , например Холловскоенапряжение U H (Рис.4).- В поле « X данные» указывают величину, откладываемую по оси X , например,индукцию магнитного поля B (в меню: «плотность потока В»).11Экспериментальная часть А.Получение экспериментальной зависимости - Холловского напряжения от индукциимагнитного поля U H B .1. Выберите в качестве измеряемой величины (по оси Y ) напряжение Холла U H , а по оси X- индукцию магнитного поля В («плотность потока).Выберите режим измерения: <нажатием клавиши> \ <Далее>.2.
Вращая регулятор тока (2 рис.3) I p измерительного модуля, установите значение силытока через образец, около 20-30 мА.3. На экране дисплея отображаются 5 окон с данными, считываемыми с аналогового датчика:- Холловское напряжение;- ток через образец;- напряжение на образце;- температура образца;- индукция магнитного поля B («плотность потока В»).Также на экране появляется небольшое диалоговое окно «Кобра 3 – измерения» (рис.6).Рис.6 Диалоговое окно, управляющее сбором данных.4.
Компенсация неточности установки Холловских контактов.При измерениях крайне важно обеспечить расположение холловских контактов (с нихснимают показания U H - точки 1 и 2 на рис.1) строго один под другим, чтобы разностьпотенциалов между ними, появляющаяся в образце при протекании тока, оказалась равнойнулю.
На практике это очень трудно осуществить. Если это не удалось, то можноскомпенсировать отличное от нуля напряжение U H добавочным сопротивлением.Для этого:12- Установите значение индукции магнитного поля B близкое нулю (1-50 мТл), вращаярегулятор « V » на источнике питания против часовой стрелки.- Если регулятор « V »в крайнем левом положении (на нуле), а магнитное поле существеннобольше нуля (больше 10 мТл), значит, имеется остаточная намагниченность сердечника.
Вэтом случае нужно поменять полярность подключения магнитных катушек на источникепитания (изменить направление вектора магнитной индукции, при этом знак В поменяетсяна противоположный). В начальный момент ничего не изменится, т.к. ток на катушках равеннулю. Но при вращении регулятора « V » по часовой стрелке, магнитная индукция В будетуменьшаться, и поменяет знак. Это значит, сердечник катушек размагничен и продолжаетнамагничиваться в обратном направлении.- Установите напряжение Холла U H как можно точнее равное нулю регулятором "U H Сomp."(4 рис.3) на измерительном модуле.Положение регулятора (4) «UH Comp.» после этого не должно меняться на протяжениивсех измерений.5.
Получите зависимость U H B .- Проверьте, что значение силы тока через образец, около 20-30 мА.- Начните измерения примерно от 300 200 мТл .Для этогоизмените полярностьподключения катушек, переключив провода на источнике питания (если этого не былосделано при компенсации U H ) (только при выведенных на ноль ручках А и V, во избежаниебольших искр из-за явления самоиндукции в катушках!!).- Увеличивайте магнитную индукцию с шагом, примерно, 50 мТл. Каждый раз длясохранения данных выбирайте пункт меню <Сохранить значение>.- При достижении нуля, измените полярность подключения магнитных катушек, переключивпровода на источнике питания.
(Только при выведенных на ноль ручках А и V, воизбежание больших искр из-за явления самоиндукции в катушках!!).- Продолжайте измерения до 200 300мТл с тем же шагом.После проведения измерений выбрать пункт меню <Закрыть>.5. На экране появляется график зависимости U H B .Кликнитеправойкнопкой<параметры>\<символы>|<мыши >\<Да>.награфик13ивыберитепунктменю:На зависимости отразились экспериментальные точки, зависимость должна быть линейной.Кликните правой кнопкой мыши на график и выберите пункт меню <таблица>. На экранепоявится таблица данных.
Запишите таблицу данных в тетрадь:Табл.3Зависимость Холловского напряжения от индукции магнитного поля.(примерно 10-12 значений)U H , мВ ,B, мТлЗакройте таблицу.Выберите в меню диалогового окна кнопку «анализ»/ «показать кривую». Записать среднийнаклон получившейся зависимости: k2 ....В.ТлЗакрыть график и вернуться к диалоговому окну рис.4Экспериментальная часть Б.Получение экспериментальной зависимости Холловского напряжения от тока черезобразец U H I p .1. Выберите в качестве измеряемой величины (по оси Y ) напряжение Холла U H , а по оси X- ток через образец I p .- Выберите режим измерения: <нажатием клавиши> \ <Далее>.- Установите значение индукции магнитного поля B около 200-300 мТл, вращая регулятор« V » на источнике питания.- Силу тока через образец изменяйте регулятором (2рис.3) примерно от -30 мА до 30 мА сшагом примерно 5мА.- Каждый раз для сохранения данных выбирайте пункт меню <Сохранить значение> вдиалоговом окне.После проведения измерений выбрать в диалоговом окне пункт меню «Закрыть».2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
