3B SCIENTIFIC 1009934 User manual

3B SCIENTIFIC®PHYSICS
1
Hall-Effekt-Basisgerät 1009934
Bedienungsanleitung
03/12 ALF
1 Entkoppelte Messausgänge (4-mm-
Sicherheitsbuchsen)
2 Massebuchse
3 Eingang Spannungsversorgung 12 V AC / 3A
4 4-mm-Steckstifte zum Aufbau im mitgelieferten U-
Halter
5 Einsteller für Probenstrom
6 Probenaufnahme
7 Messausgänge 4-mm-Sicherheitsbuchsen
8 Einsteller zur Kompensation der Hallspannung
9 Einsteller für Temperatur
10 Entkoppelte Messausgänge (8-Pin-miniDIN-Buchsen)
11 Anzeige
12 Aufnahme für Magnetfeldsensor
13 Taster zum Umschalten der Anzeige
1. Sicherheitshinweise
Das Gerät entspricht den Sicherheitsbestimmungen für
elektrische Mess-, Steuer-, Regel- und Laborgeräte nach
DIN EN 61010 Teil 1 und ist nach Schutzklasse 3 aufge-
baut. Es ist für den Betrieb in trockenen Räumen vorge-
sehen, die für elektrische Betriebsmittel geeignet sind.
•Wenn ein gefahrloser Betrieb nicht mehr möglich ist,
ist das Gerät unverzüglich außer Betrieb zu setzen.
•Gerät keiner hohen Luftfeuchtigkeit, extremen Tem-
peraturen oder starken Erschütterungen aussetzen.
•Vor Inbetriebnahme des Gerätes ist die Bedie-
nungsanleitung zu lesen, um Schäden am Gerät
und oder dem Bediener zu vermeiden.
Die Probenleiterplatte kann während des Betriebs
sehr heiß werden (170°C). Verbrennungsgefahr!
•Vor dem Ausbau der Leiterplatte eine angemes-
sene Abkühlzeit abwarten.

2
2. Beschreibung
Das Hall-Effekt-Basisgerät dient zur Kontaktierung,
Spannungsversorgung und Halterung der Ge-Kristalle
auf Leiterplatte (1008522, 1009810 und 1009760) in
Experimenten zum Hall-Effekt in Abhängigkeit von der
Temperatur, dem Magnetfeld oder dem Probenstrom
und zur elektrischen Leitfähigkeit.
Integriert im Basisgerät sind eine einstellbare Kon-
stantstromquelle für den Probenstrom, ein Messver-
stärker mit Offsetkompensation für die Hall-Spannung
und eine regelbare Probenheizung. Eine automatische
Abschaltung der Heizung bei 170° C dient dem Schutz
der empfindlichen Ge-Kristalle. Hall-Spannung, Pro-
benstrom, Probenspannung und Temperatur können
auf der umschaltbaren Anzeige abgelesen werden.
Zusätzlich können Hall-Spannung und Probenspan-
nung auf der Frontseite direkt abgegriffen werden
und seitlich drei Spannungsäquivalentwerte für Hall-
Spannung oder Probenspannung, Probenstrom und
Probentemperatur. Auf der rechten Gehäuseseite
befinden sich drei Mini-Din-Buchsen zur computerun-
terstützten Messwertaufnahme der bereits erwähnten
Messgrößen mittels 3B NETlogTM.
Das Gerät wird auf dem U-Kern des zerlegbaren Trans-
formators aufgebaut. Das Magnetfeld kann mit einem
Magnetfeldsensor in unmittelbarer Nähe des Kristalls
gemessen werden.
3. Lieferumfang
1 Hall-Effekt-Basisgerät
1 U-Halter
2 Anschlusskabel mit 8-Pin-miniDIN-Steckern
1 Bedienungsanleitung
4. Bedienelemente
4.1 Entkoppelte Messausgänge zur Messung von
Spannungsäquivalentwerten
Fig.1 Messausgänge über 4-mm-Sicherheitsbuchsen und 8-
Pin-miniDIN-Buchsen für 3B NETlogTM
a / e Hallspannung / Probenspannung*
b / f Probenstrom
c / g Probentemperatur
d Massebuchse
* nur solange in der Anzeige UPangezeigt wird, sonst
Hallspannung
4.2 Messausgänge zur direkten Messung
Fig. 2 Messausgänge zur direkten Messung
h1, h2 Probenspannung
i1, i2 Hallspannung
•Vorsicht! Keine Fremdspannung an den Mess-
ausgängen anlegen!
4.3 Taster zum Umschalten der Anzeige und zuge-
hörige LED
Fig. 3 Taster zum Umschalten der Anzeige
k Hallspannung oder Probenspannung (zur An-
zeige der Probenspannung 2 s gedrückt halten)
l Probenstrom
m Probentemperatur

3
5. Technische Daten
Stromversorgung:
max. 12 V AC, 3 A über 4 mm Sicherheitsbuchsen
Konstantstromquelle für Probenstrom:
Strom: 0 bis ±34 mA, Tol.: ±1 mA
Anzeigegenauigkeit: ±2,5 %
Anzeigeauflösung: 0,1 mA
Messausgang: IP= Umess * 0,1 A/V
Hallspannung und Kompensation:
Anzeige: 0 bis ±199,9 mV
Anzeigegenauigkeit: ±2,5%
Anzeigeauflösung: 0,1 mV
Kompensation: ±10 mV, Tol.: +5 mV
Messausgang: UH= Umess * 0,1
Probenspannung:
Anzeige: 0 bis ±1,999 V
Anzeigegenauigkeit: ±2,5%
Anzeigeauflösung: 1 mV
Messausgang: UP= Umess
Probentemperatur:
Bereich: T0bis 170°C, Tol.: ±3 °C
Anzeigegenauigkeit: ±2%
Anzeigeauflösung: 0,1 °C
Messausgang: T(°C) = Umess * 100/V
Aufnahme der Leiterplatten:
Anschluss: Vielfachbuchse
Ausgänge:
Hall-Spannung: 4-mm-Sicherheitsbuchsen
Spannungsabfall
über Ge-Kristall: 4-mm-Sicherheitsbuchsen
Spannungsäquivalent
werte: 4-mm Sicherheitsbuchsen
8-PIN-miniDIN-Buchsen
(für 3B NETlogTM)
Allgemeine Daten:
Abmessungen: ca. 180x110x50 mm³
Masse: ca. 0,5 kg
6. Bedienung
6.1 Experimentieraufbau für homogenes Magnet-
feld und Einbau der Leiterplatten
Zum Aufbau eines homogenen Magnetfelds sind
folgende Geräte zusätzlich erforderlich
1 p-Ge auf Leiterplatte 1009810
oder
1 n-Ge auf Leiterplatte 1009760
oder
1 Ge undotiert auf Leiterplatte 1008522
1 U-Kern 1000979
1 Paar Polschuhe für Hall-Effekt und Spannbügel
1009935
2 Spulen, 600 Windungen 1000988
1 Magnetfeldsensor ±2000 mT 1009941
•U-Kern auf eine stabile, ebene Unterlage stellen.
•Spulen auf so auf den U-Kern setzen, dass die
Anschlüsse nach vorne weisen.
•U-Halter bis zum Anschlag in die Bohrung des U-
Kerns einsetzen und mit der Rändelschraube be-
festigen.
•Polschuhe auf die Schenkel setzen und mittels
der Spannbügel fixieren (siehe Fig. 4).
Fig. 4 Aufbau auf U-Kern mit Spulen, Polschuhen und U-
halter
•Leiterplatte in die Aufnahme des Basisgeräts
schieben bis die Kontaktstifte in der Vielfach-
buchse stecken. Dabei auf die richtige Orientie-
rung der Leiterkarte achten (siehe Fig. 5).
•Basisgerät mit Leiterplatte auf den U-Halter
aufstecken. Dabei auf parallelen Sitz der Leiter-
platte zum U-Kern achten, ggf. U-Halter etwas
drehen (siehe Fig. 6).
•Magnetfeldsensor in die entsprechende Auf-
nahme des Basisgeräts einführen.
•Spannbügel lösen und Polschuhe bis an die
Abstandshalter der Leiterplatten heranführen
(darauf achten, dass die Leiterplatte nicht gebo-
gen wird) (siehe Fig. 7/8).
Fig. 5 Einsetzen der Leiterkarte

4
Fig. 6 Basisgerät aufgesteckt auf dem U-Halter
Fig. 7 Aufbau mit Magnetfeldsensor Seitenansicht
Fig.8 Aufbau mit Magnetfeldsensor Frontansicht
7. Experimente
7.1 Messung der Hall-Spannung in Abhängigkeit
von der magnetischen Flussdichte B, der Tem-
peratur Toder dem Probenstrom Ibei n- oder
p-dotiertem Germanium
Zur Durchführung der Experimente sind folgende
Geräte zusätzlich erforderlich:
1 Transformator mit Gleichrichter 3 A (230 V, 50/60 Hz)
1003316
oder
1 Transformator mit Gleichrichter 3 A (115 V, 50/60 Hz)
1003315
1 DC-Netzgerät 0 – 20 V, 0 – 5 A (230 V, 50/60 Hz)
1003312
oder
1 DC-Netzgerät 0 – 20 V, 0 – 5 A (115 V, 50/60 Hz)
1003311
1 3B NETlog™ (230 V, 50/60 Hz) 1000540
oder
1 3B NETlog™ (115 V, 50/60 Hz) 1000539
1 Satz 15 Sicherheitsexperimentierkabel 1002843
•Experimentieraufbau gemäß Fig. 9 vervollständi-
gen.
•Wechselspannungsausgang des Transformators
an die Eingangsbuchsen zur Spannungsversor-
gung anschließen und Ausgangsspannung auf
12 V einstellen.
•Spulen mit dem DC-Netzgerät beschalten.
•Magnetfeldsensor an 3B NETlog™ anschließen.
•Probenstrom IPwählen (max. Probenstrom siehe
Bedienungsanleitung zum Ge-Kristall), Hallspan-
nung am Basisgerät wählen und mit Kompensa-
tionssteller Nullabgleich der Hall-Spannung vor-
nehmen.
7.1.1 Hall-Spannung in Abhängigkeit vom Proben-
strom IP
•DC Netzgerät einschalten und als Konstant-
stromquelle betreiben
•Magnetische Flussdichte B bzw. Spulenstrom
wählen, Hall-Spannung UHin Abhängigkeit vom
Probenstrom IPaufnehmen.
•Messkurven siehe Anleitung für die entspre-
chenden Leiterplatten.
7.1.2 Hall-Spannung in Abhängigkeit von der magneti-
schen Flussdichte B
•Konstanten Probenstrom wählen, z.B. 20 mA.
•Magnetische Flussdichte Bdurch Änderung des
Spulenstrom variieren und zugehörige Hall-
Spannung UHaufnehmen.
•Messkurven siehe Anleitung für die entspre-
chenden Leiterplatten.

Elwe Didactic GmbH • Steinfelsstr. 5 • 08248 Klingenthal • Deutschland • www.elwedidactic.com
3B Scientific GmbH • Rudorffweg 8 • 21031 Hamburg • Deutschland • www.3bscientific.com
Technische Änderungen vorbehalten
© Copyright 2012 3B Scientific GmbH
7.1.3 Hall-Spannung in Abhängigkeit von der Tempe-
ratur T
•Magnetische Flussdichte B bzw. Spulenstrom
wählen.
•Heizregler betätigen und Hall-Spannung UHin
Abhängigkeit von der Temperatur aufnehmen.
•Es empfiehlt sich die Probe auf 170° C aufzuhei-
zen und während der Abkühlphase die Hall-
spannung zu notieren.
•Heizregler betätigen und Hall-Spannung UHin
Abhängigkeit von der Temperatur aufnehmen.
•Messkurven siehe Anleitung für die entspre-
chenden Leiterplatten.
7.2 Messung der Leitfähigkeit in Abhängigkeit
von der Temperatur T
Zur Durchführung der Experimente sind folgende
Geräte zusätzlich erforderlich:
1 Transformator mit Gleichrichter 3 A (230 V, 50/60 Hz)
1003316
oder
1 Transformator mit Gleichrichter 3 A (115 V, 50/60 Hz)
1003315
•Geringen Probenstrom IPwählen, 5mA sollten
wegen der Eigenerwärmung nicht überschritten
werden.
•Anzeige auf Probenspannung umschalten.
•Heizregler betätigen und Probenspannung UPin
Abhängigkeit von der Temperatur aufnehmen.
•Messkurven siehe Anleitung für die entspre-
chenden Leiterplatten.
8. Pflege und Wartung
•Vor der Reinigung Gerät vom Stromversorgung
trennen und Leiterplatte entfernen.
•Zum Reinigen ein weiches, feuchtes Tuch benut-
zen.
•Leiterplatte nach Benutzung und Abkühlung im
Originalkarton aufbewahren.
9. Entsorgung
•Die Verpackung ist bei den örtlichen Recycling-
stellen zu entsorgen.
•Sofern das Gerät selbst verschrottet werden soll,
so gehört dieses nicht in den normalen Haus-
müll. Es sind die lokalen Vorschriften zur Entsor-
gung von Elektroschrott einzuhalten.
Fig. 9 Experimentieraufbau Hall-Effekt mit homogenem Magnetfeld

3B SCIENTIFIC®PHYSICS
1
Hall Effect Basic Apparatus 1009934
Instruction manual
03/12 ALF
1 Decoupled measurement outputs (4-mm-safety sock-
ets)
2 Earth socket
3 Power supply input, 12 V AC/3A
4 4-mm plugs for insertion into supplied U-shaped
holder
5 Trimmer for sample current
6 Sample fixture
7 Measurement outputs, 4-mm safety sockets
8 Trimmer for Hall voltage compensation
9 Trimmer for temperature
10 Decoupled measurement outputs (8-pin mini-DIN
sockets)
11 Display
12 Fixture for magnetic field sensor
13 Buttons for changing display
1. Safety instructions
The equipment conforms to safety regulations for elec-
trical measuring instruments and control and labora-
tory equipment as per DIN EN 61010, part 1 and is
designed to conform to protection class 3. It is intended
for use in dry rooms which are suitable for the use of
electrical equipment.
•If the equipment can no longer be operated
without hazards arising, it should immediately
be withdrawn from use.
•Do not expose the equipment to high humidity,
extreme temperatures or severe shocks.
•Before using the equipment, read the instruction
manual in order to avoid damage to the equip-
ment or injury to users.
The board with the sample can become very hot when
in operation (170°C) so that there is a risk of burns.
•Before removing the circuit board, allow it suffi-
cient time to cool.

2
2. Description
The Hall effect basic apparatus provides contacts and
power supply for the circuit boards with a germa-
nium crystal (1008522, 1009810 and 1009760), also
holding them in place in experiments measuring the
Hall effect and how it depends on temperature, mag-
netic field or sample current, as well as experiments
on electrical conductivity.
The apparatus contains an adjustable constant cur-
rent source for the sample current, a measurement
amplifier with offset compensation for the Hall volt-
age and adjustable heating for samples. The heating
automatically cuts out at 170°C to protect fragile ger-
manium crystals. Hall voltage, sample current, sample
voltage and temperature can all be read off from the
display, which can be switched between these various
modes. In addition, Hall voltage and sample voltage
can be tapped directly via contacts on the front, and
three voltage equivalents for Hall voltage or sample
voltage, sample current and sample temperature on
the side. On the right-hand side of the case there are
three mini-DIN sockets for computer-based measure-
ment of the quantities mentioned above using a 3B
NETlogTM unit.
The equipment is set up on the U-shaped core of the
multi-piece transformer kit. The magnetic field can be
measured using a magnetic field sensor adjacent to
the crystal.
3. Contents
1 Hall effect basic apparatus
1 U-shaped holder
2 Connector leads with 8-pin mini-DIN plugs
Instruction manual
4. Controls
4.1 Decoupled measurement outputs for measur-
ing voltage equivalents for quantities
Fig.1 Measurement outputs using 4-mm sockets and 8-pin
mini-DIN sockets for 3B NETlogTM
a/e Hall voltage/sample voltage*
b/f Sample current
c/g Sample temperature
d Earth socket
* only if UPis being displayed, otherwise it outputs the
Hall voltage
4.2 Measurement outputs for direct measure-
ment
Fig. 2 Measurement outputs for direct measurement
h1, h2 Sample voltage
i1, i2 Hall voltage
•Caution: do not any apply an external voltage to
the measurement outputs!
4.3 Buttons for switching display and correspond-
ing LEDs
Fig. 3 Buttons for switching display
k Hall voltage or sample voltage (Hold down for 2
s to display sample voltage)
l Sample current
m Sample temperature

3
5. Technical data
Power supply:
max. 12 V AC, 3 A via 4-mm safety sockets
Constant current source for sample current:
Current: 0 to ±34 mA, tol.: ±1 mA
Display precision: ±2.5 %
Display resolution: 0.1 mA
Measurement output: IP= Umeas * 0.1 A/V
Hall voltage and compensation:
Display: 0 to ±199.9 mV
Display precision: ±2.5%
Display resolution: 0.1 mV
Compensation: ±10 mV, tol.: +5 mV
Measurement output: UH= Umeas * 0.1
Sample voltage:
Display: 0 to ±1.999 V
Display precision: ±2.5%
Display resolution: 1 mV
Measurement output: UP= Umeas
Sample temperature:
Range: T0to 170°C, tol.: ±3°C
Display precision: ±2%
Display resolution: 0.1 °C
Measurement output: T(°C) = Umeas * 100/V
Attachment for circuit boards:
Connector: Multi-pin socket
Outputs:
Hall voltage: 4-mm safety sockets
Voltage drop across
germanium crystal: 4-mm safety sockets
Voltage equivalents: 4-mm safety sockets
8-pin mini-DIN sockets
(for 3B NETlogTM)
General data:
Dimensions: 180x110x50 mm approx.
Weight: 0.5 kg approx.
6. Operation
6.1 Experiment set-up for uniform magnetic field
and attachment of circuit boards
The following equipment is necessary to set up a
uniform magnetic field:
1 P-doped germanium on circuit board 1009810
or
1 N-doped germanium on circuit board 1009760
or
1 Undoped germanium on circuit board 1008522
1 U-shaped core 1000979
1 Pair of pole pieces for Hall effect plus clamps
1009935
2 Coils, 600 windings 1000988
1 Magnetic field sensor, ±2000 mT 1009941
•Place the U-shaped core on a stable, level sur-
face.
•Place coils over the core in such a way that their
connectors are facing the front.
•Insert the U-shaped holder all the way into the
hole in the U-shaped core and secure it in place
with the knurled screw.
•Place the pole pieces on the legs of the core and
secure them in place with clamps (see Fig. 4).
Fig. 4 Set-up on U-shaped core with coils, pole pieces and
U-shaped holder
•Insert the circuit board into the attachment on
the console until the contact pins slot into the
multi-pin socket. Make sure the circuit board is
correctly aligned (see Fig. 5).
•Insert the console with the circuit board at-
tached onto the U-shaped holder. Make sure the
board is held parallel with the U-shaped core.
You may need to turn the U-shaped holder
slightly (see Fig. 6).
•Insert the magnetic field sensor into the corre-
sponding attachment on the console.
•Undo the clamps and move the pole pieces as
far as the spacers on the circuit board (make
sure the board does not get warped) (see Fig.
7/8).
Fig. 5 Insertion of circuit board

4
Fig. 6 Console inserted onto U-shaped holder
Fig. 7 Set-up with magnetic field sensor, side view
Fig.8 Set-up with magnetic field sensor, front view
7. Experiments
7.1 Measurement of Hall voltage as a function of
magnetic flux density B, temperature Tor
sample current Ifor n- or p-doped germa-
nium
The following equipment is needed for the experi-
ments:
1 Transformer with rectifier, 3 A (230 V, 50/60 Hz)
1003316
or
1 Transformer with rectifier, 3 A (115 V, 50/60 Hz)
1003315
1 DC power supply, 0 – 20 V, 0 – 5 A (230 V, 50/60 Hz)
1003312
or
1 DC power supply, 0 – 20 V, 0 – 5 A (115 V, 50/60 Hz)
1003311
1 3B NETlog™ unit (230 V, 50/60 Hz) 1000540
or
1 3B NETlog™ unit (115 V, 50/60 Hz) 1000539
1 Set of 15 safety experiment leads 1002843
•Complete the experiment set-up as shown in Fig. 9.
•Connect the AC output of the transformer to the
input sockets for the power supply and set an
output voltage of 12 V.
•Connect the coils to the DC power supply.
•Connect the magnetic field sensor to the 3B
NETlog™ unit.
•Select sample current IP(for max. sample current
see instruction manual for germanium crystal),
select the Hall voltage on the console and adjust
the zero point for the Hall voltage with the help
of the compensation trimmer.
7.1.1 Hall voltage as a function of sample current IP
•Turn on the DC power supply and set it up as a
constant current source
•Select magnetic flux density B or coil current and
record the Hall voltage UHas a function of the
sample current IP.
•For your measurement plots, see the manual for
the relevant circuit boards.
7.1.2 Hall voltage as a function of magnetic flux den-
sity B
•Select a constant sample current, e.g. 20 mA.
•Vary the magnetic flux density Bby changing the
current through the coils and record the corre-
sponding Hall voltage UH.
•For your measurement plots, see the manual for
the relevant circuit boards.