精选巨磁电阻效应实验数据 doc资料.docx
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精选巨磁电阻效应实验数据doc资料
恒流输出mA100.095.0
90.085.080.075.070.065.0磁感应强度mT3.022.872.712.562.412.262.111.96电流表读数mA1.7001.6891.6971.6961.6951.6941.6921.690磁阻（欧23532368235723582360236123642367电流表读数mA1.7001.6991.6981.6971.6961.6951.6931.690磁阻（欧23532354235623572358236023632367恒流输出mA050100150200250300350电压表读数mV25.026.0
27.027.828.729.830.731.8恒流输出mA050100150200250300350电压表读数mV157.0
158.0
159.0
160.2
161.2
162.3
163.5
164.7
GMR模拟传感器测电流GMR磁阻特征性测量
60.055.050.045.040.035.030.025.020.01.811.661.511.361.211.060.900.750.601.6881.6851.6811.6761.6701.6581.6451.6301.6112370237423802387239524132432245424831.6871.6841.6811.6751.6681.6571.6441.6271.609237123752380238823982414243324592486300250200150100500
31.130.429.728.827.927.026.0
300250200150100500
163.7162.7161.7160.7159.6158.4157.2
15.010.05.00.00.0-5.0-10.0-15.0-20.0
0.450.300.150.000.00-0.15-0.30-0.45-0.60
1.5921.5711.5461.5341.5391.5461.5681.5891.6092513254625872608259925872551251724861.5891.5681.5451.5341.5351.5471.5721.5911.611251725512589260826062586254525142483
-25.0-30.0-35.0-40.0-45.0-50.0-55.0-60.0-65.0-0.75-0.90-1.06-1.21-1.36-1.51-1.66-1.81-1.961.6281.6441.6571.6881.6761.6811.6851.6881.6902457243324142370238723802374237023671.6291.6461.6591.6701.6771.6821.6861.6891.691245524302411239523852378237223682365
-70.0-75.0-80.0-85.0-90.0-95.0-100.0-2.11-2.26-2.41-2.56-2.71-2.87-3.021.6931.6951.6961.6981.6991.6991.70123632360235823562354235423521.6931.6951.6961.6971.6981.6991.7012363236023582357235623542352
五、实验数据及处理
实验数据及由公式B=μ0nI算得的磁感应强度如下表所示:
（n=24000匝/m
以B为横坐标,输出电压U为纵坐标,作图得:
误差分析:
（1在实验操作中,用恒流源调节励磁电流时距离要调到的值总会有部分偏差,其范围在正负0.2mA以内,反
应在图像上就是最低处的输出都在y轴上,实际上应当是分别分布在y轴左右两侧的;
（2用恒流源调节励磁电流时,为保证调到需要调到的励磁电流的精确度,会有很小幅度的回调,可能因磁滞
现象造成影响;
（3使用Excel表格处理数据的过程中可能会有精度损失;
2.GMR的磁阻特性曲线的测量
根据实验数据由公式B=μ0nI算得的磁感应强度,由R=U/I算得的电阻如下表所示:
（磁阻两端电压U=4V
作图如下:
误差分析:
（1在实验操作中,用恒流源调节励磁电流时距离要调到的值总会有部分偏差,其范围在正负0.2mA以内,反应
在图像上就是最高处的输出都在y轴上,实际上应当是分别分布在y轴左右两侧的;
（2用恒流源调节励磁电流时,为保证调到需要调到的励磁电流的精确度,会有很小幅度的回调,可能因磁滞现
象造成影响;
（3使用Excel表格处理数据的过程中可能会有精度损失;
3.GMR开关（数字传感器的磁电转换特性曲线测量
实验数据及由公式B=μ0nI算得的磁感应强度如下表所示:
作图如下:
误差分析:
（1在实验操作中,用恒流源调节励磁电流时距离要调到的值总会有部分偏差,其范围在正负0.2mA以内;
（2用恒流源调节励磁电流时,为保证调到需要调到的励磁电流的精确度,会有很小幅度的回调,可能因磁滞
现象造成影响;
（3使用Excel表格处理数据的过程中可能会有精度损失;
低磁偏置25mV
适当磁偏置150mV
作图如下
误差分析:
（1操作中,设置低磁偏置和适当磁偏置时,由于输出电压对偏置磁铁的位置变动很灵敏,故初始磁偏置时的
输出电压距离要求会有误差;
（2在实验操作中,用恒流源调节励磁电流时距离要调到的值总会有部分偏差,其范围在正负0.2mA以内;
（3用恒流源调节励磁电流时,为保证调到需要调到的励磁电流的精确度,会有很小幅度的回调,可能因磁滞
现象造成影响;
（4使用Excel表格处理数据的过程中可能会有精度损失;
（5测量适当磁偏置时,减小励磁电流时的初始电流300mA对应的输出电压偏离直线较多,可能由于操作原因,
比如偏置磁铁的不稳定或触碰等。
作图如下
误差分析:
（1转动齿轮时,由于每次转动的幅度很小,由于操作原因会有转动的角度误差存在;
（2转动齿轮后读数时,会有因读数造成的角度误差存在;
实验数据如下表所示:
误差分析:
（1设置的二进制数据写入时,磁卡区域可能未严格对齐;
GMR传感器在有关领域的应用实例:
基于GMR传感器阵列的生物检测:
GMR传感器比电子传感器更灵敏、可重复性强,具有更宽的工作温度、工作电压和抗
机械冲击、震动的优异性能,而且GMR传感器的工作点也不会随时间推移而发生偏
移。
GMR传感器的制备成本和检测成本低,对样本的需求量很小。
由GMR传感器组成的
阵列,还可以结合现有的IC工艺,提高整体设备的集成度,进行多目标的检测。
同时,
对比传统的荧光检测法,磁性标记没有很强的环境噪声,标记本身不会逐渐消退,也
不需要昂贵的光学扫描设备以及专业的操作人员。
测量原理:
GMR阵列传感器生物检测的基本模式用GMR阵列传感器进行生物检测,是以磁性颗粒为标记物,采用直接标记法或两步标记法,在施加一定方向的外加磁场的情况下,
用磁敏传感器对磁性标记产生的寄生磁场进行检测,从而实现对生物目标定性定量分
析。
测量方法:
以DNA检测为例,第一步将已知序列的DNA探针链结合在包埋了自旋阀传感器的芯片表面,加入用生物素标记的DNA目标链溶液,进行充分杂交;第二步,加入被抗生
物素包裹的磁性颗粒,形成生物素一抗生物素共价键,从而选择性地捕获磁性标记。
标记反应完成后,用外加梯度磁场将未参与标记的多余磁性颗粒分离,再施加激励磁
场将磁标记（磁性颗粒磁化,磁化的磁标记产生的寄生磁场引起传感器阻值的变化,
从而导致反映生物反应的信号输出。
基础实验二大功率晶体管及功率场效应管的简单测试
一、实验目的
1．观察大功率晶体管的结构，掌握大功率晶体管的检测方法。
2．观察功率场效应晶体管的结构，掌握功率场效应晶体管的检测方法。
二、实验设备
大功率晶体管2只
功率场效应晶体管2只
万用表1块
500Ω～1kΩ之间的小功率电阻器1只
直流稳压电源1台
20Ω/5W、200Ω/0．25W电阻各1只
2CP或2CK型硅二极管1只
三、实验线路及原理
1．大功率晶体管的检测方法
（1）用万用表判别大功率晶体管的电极和类型
假若不知道管子的引脚排列，则可用万用表通过测量电阻的方法作出判别。
1）判定基极
大功率晶体管的漏电流一般都比较大，所以用万用表来测量其极间电阻时，应采用满度电流比较大的低电阻挡为宜。
测量时将万用表置于R×1档或R×10档，一表笔固定接在管子的任一电极，用另一表笔分别接触其他2个电极，如果万用表读数均为小阻值或均为大阻值，则固定接触的那个电极即为基极。
如果按上述方法做一次测试判定不了基极，则可换一个电极再试，最多3次即作出判定。
2）判别类型
确定基极之后，设接基极的是黑表笔，而用红表笔分别接触另外2个电极时如果电阻读数均较小，则可认为该管为NPN型。
如果接基极的是红表笔，用黑表笔分别接触其余2个电极时测出的阻值均较小，则该三极管为PNP型。
3）判定集电极和发射极
在确定基极之后，再通过测量基极对另外2个电极之间的阻值大小比较，可以区别发射极和集电极。
对于PNP型晶体管，红表笔固定接基极，黑表笔分别接触另外2个电极时测出2个大小不等的阻值，以阻值较小的接法为准，黑表笔所接的是发射极。
而对于NPN型晶体管，黑表笔固定接基极，用红表笔分别接触另外2个电极进行测量，以阻值较小的这次测量为准，红表笔所接的是发射极。
（2）通过测量极间电阻判断大功率晶体管的好坏
将万用表置于R×1档或R×10档，测量管子三个极间的正反向电阻便可以判断管子性能好坏。
实测几种大功率三极管极间电阻见表2-1。
表2-1实测几种大功率三极管极间电阻
（3）检测大功率三极管放大能力的简单方法
测试电路如图2-1所示。
将万用表置于R×1档，并准备好一只500Ω～1kΩ之间的小功率电阻器Rb。
测试时先不接入Rb，即在基极为开路的情况下测量集电极和发射极之间的电阻，此时万用表的指示值应为无穷大（∞）或接近无穷大位置（锗管的阻值稍小一些）。
如果此时阻值很小甚至接近于零，说明被测大功率晶体管穿透电流太大或已击穿损坏，应将其剔除。
然后将电阻Rb接在被测管的基极和集电极之间，此时万用表指针将向右偏转，偏转角度越大，说明被测管的放大能力越强。
图2-1检测大功率晶体管的放大能力
如果接入Rb与不接入Rb时比较，万用表指针偏转大小差不多，则说明被测管的放大能力很小，甚至无放大能力，这样的三极管当然不能使用。
（4）检测大功率晶体管的穿透电流ICEO
大功率晶体管穿透电流ICEO测量电路如图2-2所示。
图2-2大功率晶体管ICEO测量电路
图中12V直流电源可采用干电池组或直流稳压电源，其输出电压事先用万用表DC50V档测定。
进行ICEO测量时，将万用表置于DC10mA档，电路接通后，万用表指示的电流即为ICEO。
（5）测量共发射极直流电流放大系数hFE
大功率晶体管的hFE测量电路如图2-3所示。
这里要求12V的直流稳压电源额定输出电流大于600mA；限流电阻R为20Ω（±5％），功率≥5W；二极管VD选用2CP或2CK型硅二极管。
基极电流用万用表的DC100mA档测量。
此测量电路能基本上满足的测试条件为：
UCE≈1.5~2V；Ic≈500mA。
图2-3大功率晶体管hFE测量电路
操作方法：
先不接万用表，按图示电路连接好后合上开关S。
然后用万用表的红、黑表笔去接触A、B端，即可读出基极电流Ib。
于是hFE可按下式算出：
。
式中Ib单位为mA，Ic为500mA（测试条件）。
例如，测得Ib＝20mA，可算出hFE＝500/20＝25。
（6）测量饱和压降Uces及Ubes
大功率晶体管饱和压降Uces及Ubes测量电路如图2-4所示。
图中12V直流稳压源额定输出电流最好不小于lA，至少应≥0．6A；限流电阻R1、R2的标称值分别为20Ω／5W、200Ω／0．25W。
于是电路所建立的测试条件为：
Ic≈600mA；Ib≈60mA。
图2-4大功率晶体管Uces及Ubes测量电路
操作方法：
将万用表置于DC10V档，测出集电极c和发射极e之间的电压即为Uces，测出基极b和发射极e之间的电压即为Ubes。
2．功率场效应晶体管的检测方法
（1）电极判别。
对于内部无保护二极管的功率场效应管，可通过测量极间电阻的方法首先确定栅极G：
将万用表置于R×lk档，分别测量3个引脚之间的电阻，如果测得某个引脚与其余2个引脚间的正、反向电阻均为无穷大（∞），则说明该引脚就是栅极G，如图2-5所示。
图2-5判别场效应管栅极G的方法
然后确定源极S和漏极D：
将万用表置于R×lk档，先将被测管3个引脚短接一下，接着以交换表笔的方法测2次电阻，在正常情况下，2次所测电阻必定一大一小，其中阻值较小的一次测量中，黑表笔所接的为源极S，红表笔所接的为漏极D，如图2-6所示。
图2-6判别场效应管的源极S和漏极D
如果被测管子为P沟道型管，则S、D极间电阻大小规律与上述N沟道型管相反。
因此，通过测量S、D极间正向和反向电阻，也就可以判别管子的导电沟道的类型。
这是因为场效应管的S极与D极之间有一个PN结，其正、反向电阻存在差别的缘故。
（2）判别功率场效应管好坏的简单方法
对于内部无保护二极管的功率场效应晶体管，可由万用表的R×10k档，测量栅极G与漏极D间、栅极G与源极S间的电阻应均为无穷大（∞）。
否则，说明被测管性能不合格，甚至已经损坏。
下述检测方法则不论内部有无保护二极管的管子均适用。
具体操作（以N沟道场效应管为例）：
第一，将万用表置于R×lk档，再将被测管G极与S极短接一下，然后红表笔接被测管的D极，黑表笔接S极，此时所测电阻应为数千欧，如图2-7所示。
如果阻值为0或∞，说明管子已坏。
图2-7检测功率场效应管源漏正向电阻
第二，将万用表置于R×l0k档，再将被测管G极与S极用导线短接好，然后红表笔接被测管的S极，黑表笔接D极，此时万用表指示应接近无穷大（∞），如图2-8所示，否则说明被测VMOS管内部PN结的反向特性比较差。
如果阻值为0，说明被测管已经损坏。
图2-8检测功率场效应管漏源反向电阻
第三，简单测试放大能力。
紧接上述测量后将G、S间短路线拿掉，表笔位置保持原来不动，然后将D极与G极短接一下再脱开，相当于给栅极G充电，此时万用表指示的阻值应大幅度减小并稳定在某一阻值，如图2-9所示。
此阻值越小说明管子的放大能力越强。
如果万用表指针向右摆动幅度很小，说明被测管放大能力较差。
对于性能正常的管子在紧接上述操作后，保持表笔原来位置不动，指针将维持在某一数值，然后将G极与S极短接一下，即给栅极放电，于是万用表指示值立即向左偏转至无穷大（∞）位置，如图2-10所示（若被测管为P沟道管，则上述测量中应将表笔位置对换）。
图2-9检测功率场效应管的放大能力
图2-10G、S极短路时漏源电阻返回至无穷大（∞）
四、实验实训内容及步骤
1．检测大功率晶体管
（1）判别大功率晶体管的电极和类型
用万用表判别所测管子的电极和类型。
（2）判断大功率晶体管的好坏
将万用表置于R×1档或R×10档，测量管子三个极间的正反向电阻，并将所测数据填入表2-2，以判断被测管子性能好坏。
表2-2GTR电阻测试记录表
被测晶体管
Rbe
Reb
Rbc
Rcb
Rce
Rec
结论
V1
V2
（3）检测大功率三极管放大能力
根据管子类型，用万用表检测管子的放大能力。
测量透电流Iceo、共发射极直流电流放大系数hFE、饱和压降的测量Uces和Ubes，并将所测数据填入表2-3中。
表2-3GTR电流测试记录表
被测晶体管
Iceo
Uces
Ubes
Ic
Ib
hFE＝Ic/Ib
放大能力
V1
V2
2．检测功率场效应晶体管
（1）电极的判别
将万用表置于R×lk档，分别测量3个引脚之间的电阻判别所测管子的电极和类型。
（2）判别功率场效应管好坏
万用表的R×10k档，测量栅极G与漏极D间、栅极G与源极S间的电阻，并将所测数据填入表2-4，以判断被测管子性能好坏。
表2-4功率MOSFET电阻测试记录表
被测管子
RGD
RDG
RGS
RSG
结论
V1
V2
五、实验实训注意事项
1．用万用表测试大功率晶体管极间电阻时，应采用低电阻档，否则，极间低电阻的差别难以区分。
一般应放在R×1或R×10档测量为准。
2．取用功率场效应管时应拿管壳部分而不是引线部分
3．在测试功率场效应晶体管时，测量仪器和工作台都必须良好接地。
管子的三个电极未全部接入测试仪器或电路前不要施加电压。
改换测试范围时，电压和电流都必须先恢复到零。
六、实验实训报告
1．根据实验记录判断被测大功率晶体管和功率场效应晶体管的好坏，写出简易判断的方法。
2．写出本实验的心得与体会。
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