badanie efektu halla

BADANIE EFEKTU HALLA
Zagadnienia:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
-
Zjawisko Halla, napi cie Halla i stała hallotronu
Półprzewodnik typu n i p, koncentracja elektronów swobodnych
Hallotron – budowa i zastosowanie
I.
Zestaw przyrz dów :
Elektromagnes EL-01
Zasilacz elektromagnesu ZT-980-4
Zasilacz hallotronu
Woltomierz do pomiaru napi cia Halla
Miliamperomierz o maksymalnym zakresie 30 mA do pomiaru nat enia pr du steruj cego
Miliamperomierz o minimalnym zakresie 500 mA do pomiaru nat enia pr du płyn cego
przez elektromagnes.
Hallotron
Przystawka hallotronu
II.
Cel wiczenia :
Wyznaczenie charakterystyki hallotronu
Wyznaczenie czuło ci hallotronu
Wyznaczenie koncentracji elektronów swobodnych
7.
8.
1.
2.
3.
III.
1.
Schemat układu pomiarowego
Układ zasilaj cy elektromagnes
+
ZT-980-4
+
mA
Im
-
EL-01
1
2.
Układ zasilaj cy hallotron.
-
mA
+
+ Zasilacz
- hallot ronu
Is
V-530
P
UH
IV.
Przebieg pomiarów.
Poł czy układ zasilaj cy elektromagnes oraz układ zasilaj cy hallotron wg schematów
przedstawionych na rys.
2.
Wyznaczy zale no napi cia Halla UH w funkcji indukcji magnetycznej B UH = f (B)
przy ustalonym pr dzie steruj cym hallotronem IS = const.
a)
wysun ramk z hallotronem z obszaru nabiegunników elektromagnesu;
b)
wł czy woltomierz oraz zasilacz hallotronu;
c)
ustali pr d zasilania hallotronu Is = 5 mA;
d)
potencjometrem P na przystawce hallotronu skompensowa napi cie asymetrii tak, aby
napi cie Halla UH wynosiło zero (UH = 0)
Uwaga:
w przypadku trudno ci zwi zanych ze skompensowaniem napi cia asymetrii zmieni
kierunek pr du płyn cego przez hallotron;
1.
e)
f)
g)
h)
3.
a)
b)
wprowadzi ramk z hallotronem w obszar nabiegunników elektromagnesu
i
zaobserwowa wskazania woltomierza;
wł czy zasilacz elektromagnesu;
przeprowadzi pomiary napi cia Halla w zale no ci od nat enia pr du płyn cego przez
elektromagnes Im (pr d magnesuj cy) w zakresie od 20 mA do 500 mA ( co 20 lub wi cej
mA ), przy ustalonym pr dzie steruj cym
IS = 5 mA.
Przeliczy nat enie pr du magnesuj cego Im na indukcj magnetyczn B według
zale no ci:
B = 1,02 Im - 3,51
gdzie Im w [mA] a B w [mT], lub skorzysta z krzywej cechowania elektromagnesu B =
f (Im).
Wyznaczy zale no napi cia Halla UH w zale no ci od nat enia pr du Is płyn cego
przez hallotron UH = f (Is), przy ustalonym nat eniu pr du płyn cego przez elektromagnes
Im = const.
ustawi pr d magnesuj cy Im = 450 mA
przeprowadzi pomiary napi cia Halla UH w zale no ci od pr du steruj cego Is zmieniaj c Is
w zakresie od 1 mA do 5 mA co 0,5 mA, przy ustalonym nat eniu pr du magnesuj cego Im
= 450 mA;
2
c)
1.
a)
b)
c)
znale
V.
warto
indukcji magnetycznej B odpowiadaj c pr dowi Im
Opracowanie wyników pomiarów.
W oparciu o wyniki otrzymane w punkcie IV.2;
sporz dzi wykres zale no ci UH = f (B) przy Is = const.;
za pomoc metody regresji liniowej oraz zale no ci :
UH = γ ⋅ Is ⋅ B
Wyznaczy czuło hallotronu γ i oszacowa bezwzgl dn i wzgl dn niepewno
czuło ci;
obliczy koncentracj elektronów swobodnych n oraz oszacowa jej niepewno
bezwzgl dn i wzgl dn korzystaj c z zale no ci :
n=
gdzie:
przyj
2.
a)
b)
c)
e = 1, 6 × 10-19 C
d = 2 µm
:
∆d
= 5%
d
-
(1)
pomiaru
1
e ⋅γ ⋅ d
ładunek elektronu
grubo płytki hallotronu;
W oparciu o wyniki pomiarów otrzymane w punkcie IV.3;
sporz dzi wykres zale no ci UH = f (Is) przy B = const.
Za pomoc metody regresji liniowej oraz zale no ci
UH = γ ⋅ Is ⋅ B
Wyznaczy czuło hallotronu γ i oszacowa niepewno bezwzgl dn
wzgl dn pomiaru czuło ci;
obliczy koncentracj elektronów swobodnych oraz oszacowa jej niepewno
i wzgl dn ze wzoru
n=
1
e ⋅γ ⋅ d
3
i
bezwzgl dn
I
mA
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
370
380
390
400
410
420
430
440
450
460
470
480
490
500
B
mT
0,5
8,5
17,6
27,0
36,2
46,0
56,2
66,0
75,8
86,0
95,8
112,0
116,0
128,0
137,0
148,0
165,0
172,0
180,0
188,0
200,0
215,0
224,0
232,0
242,0
251,0
265,0
272,0
282,0
292,0
302,0
315,0
324,0
334,0
344,0
354,0
365,0
375,0
384,0
394,0
404,0
414,0
424,0
434,0
445,0
455,0
470,0
478,0
486,0
495,0
505,0
4
5