霍尔传感器的工作原理基于霍尔效应，其核心过程如下：

1. 霍尔效应基础

• 当电流（偏置电流）流过一个半导体薄片（霍尔元件）时，电子沿电流方向运动。
• 若在垂直于电流的方向施加磁场，磁场会对运动的电子产生洛伦兹力，导致电子路径发生偏转。

2. 电荷分离与电压生成

• 电子在洛伦兹力作用下向半导体片一侧偏移，另一侧则聚集正电荷（空穴），形成电荷分离。
• 这种分离在半导体片的两侧（垂直于电流和磁场的方向）产生一个微小的电压差，称为 霍尔电压（V_H）。

3. 电压与磁场的数学关系

霍尔电压的大小由以下公式决定：
[ V_H = K_H \cdot I \cdot B ]
其中：

• ( K_H )：霍尔系数（与半导体材料特性相关）
• ( I )：输入电流（偏置电流）
• ( B )：垂直于电流的磁场强度

4. 信号处理

• 霍尔电压非常微弱（通常为微伏级），需通过内置放大器放大。
• 根据传感器类型输出不同信号：
  • 线性霍尔传感器：输出与磁场强度成正比的模拟电压。
  • 开关型霍尔传感器：当磁场超过阈值时，输出数字信号（高/低电平），常配合施密特触发器消除抖动。

5. 非接触检测的核心优势

霍尔传感器通过磁场变化触发工作，无需物理接触目标物体（如齿轮、磁铁），因而具备高可靠性、长寿命和抗机械磨损的特点。

应用示例

• 位置检测：齿轮转动时，磁铁靠近传感器产生信号，计算转速（汽车曲轴位置检测）。
• 电流测量：导线电流产生磁场，霍尔元件感知磁场强度推算电流大小（电动车电池管理）。
• 接近开关：手机翻盖唤醒、电梯门防夹系统（磁铁靠近时触发开关信号）。

关键特点

• 无触点：无机械磨损，适合高频操作。
• 响应快：磁场变化瞬间响应（微秒级）。
• 受温度影响：需内置温度补偿电路提升精度。

总结

霍尔传感器的本质是将磁场强度转化为电信号的换能器，其“磁-电转换”特性使其在工业控制、汽车电子和消费电子中成为关键的非接触式感知元件。