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巨磁阻效应实验报告

篇一:磁阻效应实验报告

近代物理实验报告

专业2011级应用物理学班级(2)指导教师彭云雄姓名同组人

实验时间2013年12月23日实验地点K7-108实验名称磁阻效应实验

一、实验目的

1、

2、

3、

4、测量电磁铁的磁感应强度与励磁电流的关系和电磁铁磁场分布。测量锑

化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系。作出锑化铟传感器的电阻变化与磁感应

强度的关系曲线。对此关系曲线的非线性区域和线性区域分别进行拟合。

二、实验原理

图1磁阻效应原理

1

一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B的变化规律称为磁阻效应。

如图1所示，当半导体处于磁场中时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作

用，发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍耳电场。

如果霍耳电场作用和某一速度载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，那么小于或大

于该速度的载流子将发生偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，电

阻增大，表现出横向磁阻效应。若将图1中a端和b端短路，则磁阻效应更明显。

通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用Δρ/ρ(0)表示。其中ρ(0)

为零磁场时的电阻率，设磁电阻在磁感应强度为B的磁场中电阻率为ρ(B)，则
Δρ=ρ(B)-ρ(0)。由于磁阻传感器电阻的相对变化率ΔR/R(0)正比于

Δρ/ρ(0)，这里ΔR=R(B)-R(0)，因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量

ΔR/R(0)来表示磁阻效应的大小。

图2

图2所示实验装置，用于测量磁电阻的电阻值R与磁感应强度B之间的关系。

实验证明，当金属或半导体处于较弱磁场中时，一般磁阻传感器电阻相对变化率

ΔR/R(0)正比于磁感应强度B的平方，而在强磁场中ΔR/R(0)与磁感应强度B呈

线性关系。磁阻传感器的上述特性在物理学和电子学方面有着重要应用。

2

如果半导体材料磁阻传感器处于角频率为ω的弱正弦波交流磁场中，由于磁

电阻相对变化量ΔR/R(0)正比于B，则磁阻传感器的电阻值R将随角频率2ω作周

期性变化。即在弱正弦波交流磁场中，磁阻传感器具有交流电倍频性能。若外界交

流磁场的磁感应强度B为

B=B0COSωt(1)

(1)式中，B0为磁感应强度的振幅，ω为角频率，t为时间。

2设在弱磁场中ΔR/R(0)=KB(2)

(2)式中，K为常量。由(1)式和(2)式可得

R(B)=R(0)+ΔR=R(0)+R(0)×[ΔR/R(0)]

22=R(0)+R(0)KB0COSωt2

1212R(0)KB0+R(0)KB0COS2ωt(3)22

1122(3)式中，R(0)+R(0)KB0为不随时间变化的电阻值，而R(0)KB0cos2ωt为

以角频22=R(0)+

率2ω作余弦变化的电阻值。因此，磁阻传感器的电阻值在弱正弦波交流磁场

中，将产生倍频交流电阻阻值变化。
三、实验仪器

HLD-MRE-II型磁阻效应实验仪:包括直流双路恒流电源、0-2V直流数字电压

表、电磁铁、数字式毫特仪(GaAs作探测器)、锑化铟(InSb)磁阻传感器等组成。

四、实验内容和步骤

3

,(测量电磁铁励磁电流IM与电磁铁气隙中磁感应强度B的关系(测量电磁铁

磁化曲线)

1)对准航空插头座缺口方向,用双头航空插头线连接实验装置和实验仪传感器

接

口，传感器固定印板转出电磁铁气隙,(以减小电磁铁矽钢片残磁影响)，预热

10分钟后调零毫特仪，使其显示0.0mT。

2)连接电磁铁电流输入线，置传感器印板于电磁铁气隙中,将电磁铁通入电

流，调

励磁电流变化依次为:0,100,200…800mA。记录励磁电流和电磁感应强度在表1

中，并绘制电磁铁磁化曲线，

其中励磁电流IM=0时，B?0，表明电磁铁有剩磁存在。

请在这插入折线图

2.测量磁感应强度和磁电阻大小的关系

1)按图2所示将锑化铟(InSb)磁阻传感器与外接电阻(接线柱上已装电阻，也

可外

接电阻箱)串联，并与可调直流电源相接，数字电压表的一端连接磁阻传感器

和电阻(或电阻箱)公共接点，作为测量参考点，单刀双向开关可分别与串接电阻、

磁电阻InSb切换，用于测量它们的端电压。
2)由测量磁阻传感器的电流及其两端的电压，求磁阻传感器的电阻R;调节通过

电磁

铁的电流，改变电磁铁气隙中磁场，由毫特仪读出相应的

4

B，求出ΔR/R(0)与B的关系。作ΔR/R(0)与B的关系曲线，并进行曲线拟

合。

一般地，可保持锑化铟磁阻传感器电流或电压不变的条件下，测量锑化铟磁阻

传感器的电阻与磁感应强度的关系。(实验时注意GaAs和InSb传感器工作电流应

<3mA)。本实验采用保持实验样品电流恒定的条件下