BADANIE EFEKTU HALLA

BADANIE EFEKTU HALLA

Zagadnienia:

- Zjawisko Halla, napi cie Halla i stała hallotronu

- Półprzewodnik typu n i p, koncentracja elektronów swobodnych - Hallotron – budowa i zastosowanie

I. Zestaw przyrz dów : 1. Elektromagnes EL-01

2. Zasilacz elektromagnesu ZT-980-4 3. Zasilacz hallotronu

4. Woltomierz do pomiaru napi cia Halla

5. Miliamperomierz o maksymalnym zakresie 30 mA do pomiaru nat enia pr du steruj cego 6. Miliamperomierz o minimalnym zakresie 500 mA do pomiaru nat enia pr du płyn cego

przez elektromagnes.

7. Hallotron

8. Przystawka hallotronu II. Cel wiczenia :

1. Wyznaczenie charakterystyki hallotronu 2. Wyznaczenie czuło ci hallotronu

3. Wyznaczenie koncentracji elektronów swobodnych III. Schemat układu pomiarowego

1. Układ zasilaj cy elektromagnes

mA

EL-01 +

-

+ -

Im ZT-980-4

2. Układ zasilaj cy hallotron.

V-530 U^H P

mA Zasilacz

hallotronu

- +

+ -

IV. Przebieg pomiarów.

1. 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;

e) wprowadzi ramk z hallotronem w obszar nabiegunników elektromagnesu i zaobserwowa wskazania woltomierza;

f) wł czy zasilacz elektromagnesu;

g) 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.

h) 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).

3. 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.

a) ustawi pr d magnesuj cy Im = 450 mA

b) przeprowadzi pomiary napi cia Halla UH w zale no ci od pr du steruj cego Is zmieniaj c Is

I^s

c) znale warto indukcji magnetycznej B odpowiadaj c pr dowi Im

V. Opracowanie wyników pomiarów.

1. W oparciu o wyniki otrzymane w punkcie IV.2;

a) sporz dzi wykres zale no ci UH = f (B) przy Is = const.;

b) za pomoc metody regresji liniowej oraz zale no ci :

UH = γ ⋅ Is ⋅ B (1) Wyznaczy czuło hallotronu γ i oszacowa bezwzgl dn i wzgl dn niepewno pomiaru czuło ci;

c) obliczy koncentracj elektronów swobodnych n oraz oszacowa jej niepewno bezwzgl dn i wzgl dn korzystaj c z zale no ci :

n e d = ⋅ ⋅ 1 γ

gdzie:

e = 1, 6 × 10-19 C - ładunek elektronu

d = 2 µm - grubo płytki hallotronu;

przyj : ∆d d = 5%

2. W oparciu o wyniki pomiarów otrzymane w punkcie IV.3;

a) sporz dzi wykres zale no ci UH = f (Is) przy B = const.

b) Za pomoc metody regresji liniowej oraz zale no ci UH = γ ⋅ Is ⋅ B

Wyznaczy czuło hallotronu γ i oszacowa niepewno bezwzgl dn i wzgl dn pomiaru czuło ci;

c) obliczy koncentracj elektronów swobodnych oraz oszacowa jej niepewno bezwzgl dn i wzgl dn ze wzoru

n e d = ⋅ ⋅ 1

γ

I B mA mT

0 0,5

10 8,5 20 17,6 30 27,0 40 36,2 50 46,0 60 56,2 70 66,0 80 75,8 90 86,0 100 95,8 110 112,0 120 116,0 130 128,0 140 137,0 150 148,0 160 165,0 170 172,0 180 180,0 190 188,0 200 200,0 210 215,0 220 224,0 230 232,0 240 242,0 250 251,0 260 265,0 270 272,0 280 282,0 290 292,0 300 302,0 310 315,0 320 324,0 330 334,0 340 344,0 350 354,0 360 365,0 370 375,0 380 384,0 390 394,0 400 404,0 410 414,0 420 424,0 430 434,0 440 445,0 450 455,0 460 470,0 470 478,0 480 486,0