丁洪良

（江蘇省丹陽(yáng)高級(jí)中學(xué)，江蘇 丹陽(yáng) 212300）

在人教版高中物理新教材《選修3－1》和《選修3－2》上同時(shí)出現(xiàn)了和霍爾元件有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容，可見(jiàn)霍爾元件在現(xiàn)代生產(chǎn)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(hào)為“HW－101A”的霍爾貼片，由于這種“原始”貼片體積小、強(qiáng)度弱、引腳短、不耐高溫，在電路焊接過(guò)程中極易損壞；又因輸出電壓極低（僅幾mV），幾乎無(wú)法用實(shí)驗(yàn)室常規(guī)電壓表進(jìn)行測(cè)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(duì)于一般的沒(méi)有電子技術(shù)基礎(chǔ)的普通中學(xué)教師是很難完成的.故如何向?qū)W生演示霍爾效應(yīng)成了教師們面臨的一個(gè)難題.通過(guò)本人的研究，現(xiàn)提出一個(gè)制作極其簡(jiǎn)單，成本不足1元的霍爾效應(yīng)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(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用極少，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的線性霍爾元件，它們內(nèi)部都已集成了電壓調(diào)整器，霍爾電壓發(fā)生器，線性放大器等電路，其專業(yè)型號(hào)為AH49E，圖3是其實(shí)際封裝效果圖，1號(hào)腳接電源正極，2號(hào)腳接電源負(fù)極，3號(hào)腳為霍爾電壓輸出端，其輸入量是與工作面垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)度B之間的電氣特性圖，由特性圖不難看出：① 當(dāng)霍爾元件正負(fù)極之間加上U0的電壓后，在不加磁場(chǎng)的情況下，其輸出端靜態(tài)輸出電壓正好為當(dāng)外加逐漸增大的正向激勵(lì)磁場(chǎng)時(shí)，輸出端電壓會(huì)從增大至U0；③ 當(dāng)外加逐漸增大的反向激勵(lì)磁場(chǎng)時(shí)，輸出端電壓會(huì)從減小至0.而霍爾效應(yīng)要演示的效果是① 在不加磁場(chǎng)的情況下，其輸出端靜態(tài)輸出電壓為0；② 當(dāng)外加逐漸增大正向激勵(lì)磁場(chǎng)時(shí)，輸出端電壓會(huì)從0增大至正的最大值；③ 當(dāng)外加逐漸增大的反向激勵(lì)磁場(chǎng)時(shí)，輸出端電壓會(huì)從0減小至負(fù)的最大值.怎么解決這一問(wèn)題呢？其實(shí)也不難辦，只需利用“雙電源正負(fù)電壓供電法”即能巧妙化解這一問(wèn)題.圖5為接線圖，把P點(diǎn)設(shè)定為虛擬零電勢(shì)點(diǎn)，則① 不外加磁場(chǎng)時(shí)，O點(diǎn)輸出電勢(shì)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(zhuǎn)；② 當(dāng)外加逐漸增大的正向激勵(lì)磁場(chǎng)時(shí)，輸出端O點(diǎn)的電勢(shì)會(huì)從0隨B的增大而升至＋4.5V附近，電壓表指針向正向偏轉(zhuǎn)；③ 當(dāng)外加逐漸增大反向激勵(lì)磁場(chǎng)時(shí)，O點(diǎn)電勢(shì)會(huì)從0隨B的增大而降至－4.5V左右，電壓表指針向負(fù)向偏轉(zhuǎn).由于輸出電壓高，電表指針偏轉(zhuǎn)非常明顯，一個(gè)近乎完美的霍爾效應(yīng)演示儀做成了.

圖3

圖4

圖5

實(shí)驗(yàn)電池組和電表由實(shí)驗(yàn)室提供，AH49E霍爾元件售價(jià)不足1元，不想買的話，去修理鋪找一個(gè)換下的廢棄電動(dòng)車車把，拆開(kāi)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(yīng)演示儀.