霍爾效應演示儀的制作

丁洪良

（江蘇省丹陽高級中學，江蘇 丹陽 212300）

在人教版高中物理新教材《選修3－1》和《選修3－2》上同時出現了和霍爾元件有關的教學內容，可見霍爾元件在現代生產生活中有著極其重要的作用和地位.

圖1是課本上的霍爾元件的工作原理圖，圖2是課本彩圖中所展示的型號為“HW－101A”的霍爾貼片，由于這種“原始”貼片體積小、強度弱、引腳短、不耐高溫，在電路焊接過程中極易損壞；又因輸出電壓極低（僅幾mV），幾乎無法用實驗室常規電壓表進行測量，除非另外采用電流電壓放大電路將這一微弱的電壓放大，而這對于一般的沒有電子技術基礎的普通中學教師是很難完成的.故如何向學生演示霍爾效應成了教師們面臨的一個難題.通過本人的研究，現提出一個制作極其簡單，成本不足1元的霍爾效應演示儀制作方案，而且使用效果極佳.

圖1

圖2

“原始”霍爾貼片在實際生產中應用極少，現在廣泛應用的線性霍爾元件，它們內部都已集成了電壓調整器，霍爾電壓發生器，線性放大器等電路，其專業型號為AH49E，圖3是其實際封裝效果圖，1號腳接電源正極，2號腳接電源負極，3號腳為霍爾電壓輸出端，其輸入量是與工作面垂直的磁感應強度B，輸出量是與B成正比的電壓U.圖4是其輸出電壓U與輸入磁感應強度B之間的電氣特性圖，由特性圖不難看出：① 當霍爾元件正負極之間加上U0的電壓后，在不加磁場的情況下，其輸出端靜態輸出電壓正好為當外加逐漸增大的正向激勵磁場時，輸出端電壓會從增大至U0；③ 當外加逐漸增大的反向激勵磁場時，輸出端電壓會從減小至0.而霍爾效應要演示的效果是① 在不加磁場的情況下，其輸出端靜態輸出電壓為0；② 當外加逐漸增大正向激勵磁場時，輸出端電壓會從0增大至正的最大值；③ 當外加逐漸增大的反向激勵磁場時，輸出端電壓會從0減小至負的最大值.怎么解決這一問題呢？其實也不難辦，只需利用“雙電源正負電壓供電法”即能巧妙化解這一問題.圖5為接線圖，把P點設定為虛擬零電勢點，則① 不外加磁場時，O點輸出電勢為＋4.5V和－4.5V的中間值，即正好也為0，電壓表兩端電壓為0，指針不偏轉；② 當外加逐漸增大的正向激勵磁場時，輸出端O點的電勢會從0隨B的增大而升至＋4.5V附近，電壓表指針向正向偏轉；③ 當外加逐漸增大反向激勵磁場時，O點電勢會從0隨B的增大而降至－4.5V左右，電壓表指針向負向偏轉.由于輸出電壓高，電表指針偏轉非常明顯，一個近乎完美的霍爾效應演示儀做成了.

圖3

圖4

圖5

實驗電池組和電表由實驗室提供，AH49E霍爾元件售價不足1元，不想買的話，去修理鋪找一個換下的廢棄電動車車把，拆開后可看到的唯一電子元件即為該線性霍爾元件，不花錢也能做霍爾效應演示儀.