霍尔效应演示仪的制作

丁洪良

（江苏省丹阳高级中学，江苏 丹阳 212300）

在人教版高中物理新教材《选修3－1》和《选修3－2》上同时出现了和霍尔元件有关的教学内容，可见霍尔元件在现代生产生活中有着极其重要的作用和地位.

图1是课本上的霍尔元件的工作原理图，图2是课本彩图中所展示的型号为“HW－101A”的霍尔贴片，由于这种“原始”贴片体积小、强度弱、引脚短、不耐高温，在电路焊接过程中极易损坏；又因输出电压极低（仅几mV），几乎无法用实验室常规电压表进行测量，除非另外采用电流电压放大电路将这一微弱的电压放大，而这对于一般的没有电子技术基础的普通中学教师是很难完成的.故如何向学生演示霍尔效应成了教师们面临的一个难题.通过本人的研究，现提出一个制作极其简单，成本不足1元的霍尔效应演示仪制作方案，而且使用效果极佳.

图1

图2

“原始”霍尔贴片在实际生产中应用极少，现在广泛应用的线性霍尔元件，它们内部都已集成了电压调整器，霍尔电压发生器，线性放大器等电路，其专业型号为AH49E，图3是其实际封装效果图，1号脚接电源正极，2号脚接电源负极，3号脚为霍尔电压输出端，其输入量是与工作面垂直的磁感应强度B，输出量是与B成正比的电压U.图4是其输出电压U与输入磁感应强度B之间的电气特性图，由特性图不难看出：① 当霍尔元件正负极之间加上U0的电压后，在不加磁场的情况下，其输出端静态输出电压正好为当外加逐渐增大的正向激励磁场时，输出端电压会从增大至U0；③ 当外加逐渐增大的反向激励磁场时，输出端电压会从减小至0.而霍尔效应要演示的效果是① 在不加磁场的情况下，其输出端静态输出电压为0；② 当外加逐渐增大正向激励磁场时，输出端电压会从0增大至正的最大值；③ 当外加逐渐增大的反向激励磁场时，输出端电压会从0减小至负的最大值.怎么解决这一问题呢？其实也不难办，只需利用“双电源正负电压供电法”即能巧妙化解这一问题.图5为接线图，把P点设定为虚拟零电势点，则① 不外加磁场时，O点输出电势为＋4.5V和－4.5V的中间值，即正好也为0，电压表两端电压为0，指针不偏转；② 当外加逐渐增大的正向激励磁场时，输出端O点的电势会从0随B的增大而升至＋4.5V附近，电压表指针向正向偏转；③ 当外加逐渐增大反向激励磁场时，O点电势会从0随B的增大而降至－4.5V左右，电压表指针向负向偏转.由于输出电压高，电表指针偏转非常明显，一个近乎完美的霍尔效应演示仪做成了.

图3

图4

图5

实验电池组和电表由实验室提供，AH49E霍尔元件售价不足1元，不想买的话，去修理铺找一个换下的废弃电动车车把，拆开后可看到的唯一电子元件即为该线性霍尔元件，不花钱也能做霍尔效应演示仪.