磁阻效应实验
[概述]
磁阻器件由于灵敏度高、抗干扰能力强等优点在工业、交通、仪器仪表、医疗器械、探矿等领域应用十分广泛，如：交通车辆检测，导航系统、伪钞检测、位置测量等。

其中最典型的锑化铟（InSb）传感器是一种灵敏度高的磁电阻，有着十分重要的应用价值。

[实验项目]
1、理解磁阻效应、霍尔效应等概念。

2、掌握测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系的一种方法。

3、作出锑化铟传感器的电阻变化与磁感应强度的关系曲线，并对此关系
曲线的非线性区域和线性区域分别进行拟合。

[实验原理]
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2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电阻的大小，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
图1 磁阻效应
对变化率ΔR/R（0）正比于ΔR=R（B）-R（0），因此也对变FD-MR-II 型磁阻效应实验仪，图2为该仪器示意图
ρ/ρ（0），这里Δ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。

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。

[实验仪器]
实验采用
图2 FD-MR-II 磁阻效应实验仪
FD-MR-II 型磁阻-2V 直流数字电压表、效应验仪包括直流双路恒流电源、
0电磁铁、数字式毫特仪（GaAs 作探测器）
、锑化铟（InSb）磁阻传感
器、电阻箱、双向单刀开关及导线等组成。

仪器连接如图2所示。

图3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。

图3 测量磁电阻实验装置
应强度和磁电阻大小的关系时，步骤]。

按图2和图3接实验线路，将锑化铟（InSb)磁阻传 采用FD-MR-II 型磁阻效应验仪测量磁感在保持锑化铟（InSb) 磁阻传感器电流恒定的情况下，调节通过电磁铁的电流大小，改变电磁铁间隙中磁感应强度的大小， 测出通过锑化铟磁阻传感器两端的电压值，求磁阻传感器的电阻值R，并求出ΔR/R(0)与B 的关系。

[实验内容与1、按图接好实验线路感器与外接电阻串联，并与可调直流电源相接，数字电压的一端连接磁阻传感器和串接电阻公共接点，另一端与单刀双向开关的刀口处相连。

单刀双向开关可分别与串接电阻、锑化铟（InSb)切换，用于测量它们的端电压。

直流励磁恒流源与电磁铁输入端相联，调节输入电磁铁的电流大小，改变电磁铁间隙中磁感应强度的大小。

2、调解锑化铟（InSb)磁电阻和串接电阻通入的电流为I=1.00mA 。

具体操作阻与磁感应强度的对应关系。

测量。

将单刀通过电磁铁的电流I M ，改变电磁铁气息的磁场，由毫特仪读出相应GaAs 和InSb 传感器工作电流应小于3mA。

进行实验。

数据及进行相关计算 是：按图3将单刀双向开关接通测量外接电阻箱的电压，外接电阻箱阻值 R
外
=300.0Ω， 令电压U=300.0mV；调解锑化铟（InSb)电流旋钮，使电压测量
值为U=300.0mV ，则锑化铟（InSb)磁电阻和串接电阻通入的电流I=U/R=300.0/300.0=1.00mA 。

3、测量锑化铟磁阻传感器的电1）、在保持锑化铟（InSb) 磁阻传感器电流恒定的情况下进行双向开关接通锑化铟（InSb）传感器，锑化铟（InSb)磁电阻置于电磁铁气息中，从电磁铁励磁电流为0开始实验测量，此时的磁场很小，忽略不计，调节毫特计为0，此时测得的电阻值为锑化铟（InSb)磁电阻R(0)。

实验中可经常观测外接电阻两端电压是否变化来表明锑化铟（InSb)磁电阻的电流的稳定性。

2）、调节的B值，并由测量通过锑化铟磁阻传感器两端的电压值U R ，求磁阻传感器的电阻值R，同时求出ΔR/R(0)与B的关系,计入表中。

[注意事项]
1、实验时注意
2、需将传感器固定在磁铁间隙中，不可弯折。

3、不要在实验仪附近放置具有磁性的物品。

4、不得外接传感器电源。

5、开机后需预热10分钟，再
6、外接电阻应大于200欧姆。

[数据处理]
1、 记录原始
磁感应强度和磁电阻大小的对应关系表
阻电流I= 磁电mA 电磁铁
InSb
B～ΔR/R(0)对应关系 I /mA M U R /mv B/mT lnB lnΔR/R(0)
/T R/ΩΔR/R(0)
0 0.0 10.0
20.0 30.0
40.
50.0 60.0 70.0
100.0 150.0 200.0 250.0 300.0 350.0
400.0
2、出B～R/R(0)的系线图。

并写出相应的函数关系式。

作Δ对应关曲
3、 对B～ΔR/R(0)关系曲线进行线性拟合，1）、对B～ΔR/R(0)关系曲线的非线性区域进行线性拟合。

当B〈 T时，令ΔR/R(0)＝kB n
，则ln(ΔR/R(0))=n
lnB+lnk, 经
直线拟合得：n= , k= , 曲线方程为： 2）R/R(0)关系曲线的线性区域进行线性拟合。

、对B～Δ当B 〉 T时，令ΔR/R(0)＝k 1B n1
，则ln(ΔR/R(0))=n 1 lnB+lnk 1 ,经直线拟合得：n 1= , k 1= , 曲线方程为： 。

分析与讨论]
[阻效应？霍耳传感器为何有磁阻效应？
关系和在强磁场1．什么叫做磁2．锑化铟磁阻传感器在弱磁场中电阻值与磁感应强度的中时有何不同？这两种特性有什么应用？。