Датчики с транзисторным выходом PNP/NPN, схема подключения, разница и отличия
Среди всех используемых в промышленности датчиков до сих пор превалируют дискретные, т. е. имеющие два состояния выходного сигнала – включен/выключен (иначе – 0 либо 1). В основном подобные датчики используются для определения некоторых конечных положений, и принцип действия может быть любым – индуктивным, оптическим, емкостным и так далее.
Все подобные датчики объединяет одна характеристика – схемотехника выхода. Основных вариантов здесь два:
— релейный выход основывается, очевидно, на использовании реле. Схема питания датчика при этом гальванически развязана с выходом, что даёт возможность использовать такие датчики для коммутации высокого напряжения.
— транзисторный выход использует PNP либо NPN транзистор на выходе и подключает соответственно плюсовой либо минусовой провод.
Немного теории. Транзисторы PNP и NPN относятся к категории биполярных и имеют три вывода: коллектор, база и эмиттер. Сам транзистор состоит из трёх частей, называемых областями, разделенных двумя p-n переходами. Соответственно, транзистор PNP имеет две области P и одну область N, а NPN, соответственно, две N и одну P. Направление протекания тока также разное:
— для PNP при подаче напряжения на эмиттер ток протекает от эмиттера к коллектору;
— для NPN подача напряжения на коллектор вызывает протекание тока от коллектора к эмиттеру.
Это обуславливает необходимость подключения питания с прямой полярностью относительно общих клемм для транзисторов NPN, и обратной – для PNP.
Любой биполярный транзистор работает по принципу управления током базы для регулирования тока между эмиттером и коллектором. Единственное различие в принципе работы транзисторов PNP и NPN заключается в полярности напряжений, подаваемых на эмиттер, базу и коллектор. В зависимости от реализации смещений p-n переходов возможны различные режимы работы транзисторов, но в общем случае в датчиках используются два:
— насыщение: прямое прохождение тока между эмиттером и коллектором (замкнутый контакт)
— отсечка: отсутствие тока между эмиттером и коллектором (разомкнутый контакт)
Рассмотрим подробнее подключение и особенности применения, например, индуктивных датчиков с транзисторным выходом. Отличием является коммутация разных проводов цепи питания: PNP соединяет плюс источника питания, NPN – минус. Ниже наглядно показаны различия в подключении; справа изображён датчик с выходом PNP, слева – NPN.
Принципиальное отличие логики PNP от NPN
Чаще применяется вариант с выходом на основе транзистора PNP, поскольку большее распространение получила схемотехника с общим минусовым проводом источника питания. Выходное напряжение зависит от напряжения питания датчика и обычно находится в узком диапазоне, например, 20…28 В.
Выбор датчика по типу используемого транзистора обуславливается в первую очередь схемотехникой используемого контроллера или иного оборудования, к которому предполагается подключать датчик. Обычно в документации на контроллеры и устройства коммутации указывается, какой транзисторный выход они позволяют использовать.
Теперь о совместимости. Вообще, существует четыре основных разновидности выхода датчиков:
Помимо типа используемого транзистора, различие также заключается в исходном состоянии выхода – он может быть в нормальном (если датчик не активирован) состоянии либо разомкнутым (открытым), либо замкнутым (закрытым). Отсюда обозначения NO (НО) – normally open (нормально открытый) и normally closed (нормально закрытый).
Что делать, если требуется заменить один датчик на другой, но нет возможности установить аналог с идентичной логикой и схемотехникой выхода? В случае, если меняется только исходное состояние выхода (НО на НЗ и наоборот), путей решения может быть несколько:
— внесение изменений в конструкцию, инициирующую датчик
— внесение изменений в программу (смена алгоритма)
— переключение выходной функции датчика (при наличии такой возможности)
Замена же оптического датчика с изменением типа используемого транзистора представляет собой проблему большую, нежели просто поменять алгоритм или сместить какой-то элемент конструкции. Изменение схемотехники датчика влечет за собой также необходимость внесения существенных изменений в схему его подключения. Конечно, это не всегда допустимо, однако в ряде случаев это единственный выход.
Замена датчика PNP на NPN
Рассмотрим схему, представленную выше слева (для примера взят датчик с транзистором PNP). В случае неактивного датчика с нормально открытым выходом ток не протекает через его выходные контакты; для нормально закрытого, соответственно, ситуация обратная. Благодаря протекающему току на нагрузке создаётся падение напряжения.
Наряду с основной (внешней) нагрузкой датчика, которой может являться вход контроллера, в нём может присутствовать также внутренняя нагрузка, однако она не гарантирует, что датчик будет работать стабильно. Если внутреннего сопротивления нагрузки у датчика нет, такая схема называется схемой с открытым коллектором – она может функционировать исключительно при наличии внешней нагрузки.
Вернемся к схеме. Активация датчика с выходом PNP обеспечивает подачу напряжения +V через транзистор на вход контроллера. Реализация этой схемы с датчиком, имеющим выход NPN, требует добавления в схему дополнительного резистора (номинал которого обычно подбирается в диапазоне 4.9-10 кОм) для обеспечения функционирования транзистора. В этом случае при неактивном датчике напряжение поступает через добавленный резистор на вход контроллера, что делает схему, по сути, нормально закрытой. Активация датчика обеспечивает отсутствие сигнала на входе контроллера, поскольку транзистор NPN, через который проходит почти весь ток дополнительного резистора, шунтирует вход контроллера.
Таким образом, подобный подход обеспечивает возможность замены датчика PNP на NPN при условии, что перефазировка датчика не является проблемой. Это допустимо, когда датчик исполняет роль счетчика импульсов – контроль числа оборотов, количества деталей и т. д.
Если подобное изменение не является приемлемым, и требуется сохранить в том числе логику работы системы, можно пойти по более сложному пути.
Схемы подключения датчиков PNP к устройству со входом NPN и наоборот
Суть заключается в добавлении в схему подключения дополнительного биполярного транзистора, тип которого выбирается исходя из типа входа прибора, к которому подключается датчик, а также двух дополнительных сопротивлений нагрузки. Если используется прибор с входом NPN, то и дополнительный транзистор требуется такой же. Активация датчика инициирует переключение внешнего транзистора, который уже подаёт напряжение на вход прибора. Данная схема, в отличие от рассмотренной ранее, сохраняет логику работы системы, однако более сложна в сборке.
Как из pnp датчика сделать npn
Вариант №1: воспользоваться специальным преобразователем, например устройством согласования сигналов УСМ, которое представлено у нас в ассортименте, или аналогичным.
Вариант №2: если вы хотя бы минимально дружите с паяльником, сделать преобразователь самому.
Если в наличии есть датчик с PNP выходом, а нужен NPN — собираем вот такую схему:
Транзистор Q1 — любой подходящий NPN, например 2SC495, BC445, BD237.
Если же в наличии имеется датчик с NPN выходом, а нужен PNP — такую схему:
Транзистор Q1 — любой подходящий PNP, например 2N5401, КТ502Д.
RAZRAB.RU
У Феникса есть модуль для преобразования NPN в PNP и обратно: 
_
размером с клемму
схема:
Код заказа: 2964319 DEK-TR/INV
Напряжение: 20. 30 В DC
Частота импульсов: до 15 кГц.
Стоимость: 25 евро с НДС.
Михайло
Михайло Администратор Сообщения: 4087 Зарегистрирован: 19 сен 2012, 19:16
Re: Как датчик npn подключить ко входу pnp?
Сообщение Михайло » 13 ноя 2012, 17:50
Вообще, к чему я отделил эту тему? Я просто нашел интересное полубесплатное решение.
Это решение не всегда работает. Все зависит от уровня напряжения логической единицы PNP-входа и нагрузочной способности NPN-датчика. Возьмем типовое решение: PNP-вход контроллера S7-1200 фирмы Сименс и NPN-датчик с максимальной нагрузкой 200 мА.
Про дискретные входы CPU и модулей SM S7-1200 известно:
Номинальное напряжение 24 В пост. тока при 4 мА (номинальное значение)
Логический сигнал 1 (мин.) 15 В пост. тока при токе 2,5 мА
Логический сигнал 0 (макс.) 5 В пост. тока при токе 1 мА
Внутреннее сопротивление входа Rвх = 24 В / 0,004 А = 6000 Ом.
Предлагаемая схема представляет собой подтяжку к питанию:
Подтяжка к питанию.gif
Расчет достаточно простой, закон Ома в два действия. Когда контакт SQ1 разомкнут на входе DI1 появляется напряжение 24*6/(6+1) = 20,5 В и контроллер понимает это как логическую единицу. Когда контакт SQ1 замкнут на входе появляется надежные 0 В и контроллер воспринимает это как логический нуль. Остается только проверить, не перегружен ли выход датчика SQ1 в замкнутом положении. Потребляемый ток в этом случае равен 24/1000 = 24 мА, что значительно ниже предельных 200 мА. Следовательно, схема должна работать.
Не забываем про нюанс такой схемы: сигнал от датчика SQ1 инвертируется.
Если сопротивление R1 увеличивать, то напряжение логической единицы может упасть ниже критических 15 В. Если сопротивление R1 уменьшать, то возможна перегрузка выхода датчика. Таким образом сопротивление выбирается по двум противоречивым критериям, поэтому для работоспособности схемы важны невысокий уровень логической единицы и хорошая нагрузочная способность датчика.
Аналогичным образом PNP-датчик может быть подключен к NPN-входу, только там производится подтяжка не к питанию, а к земле.
Хотелось бы прикинуть, как схемы подтягивания к питанию и к земле влияют на частотные характеристики сигналов, что важно при работе с сигналами энкодеров.
Википедия, Подтягивающий резистор писал(а): При проектировании логических схем приходится рассчитывать сопротивление подтягивающего резистора, при этом известны емкость входа и пороговое напряжение. Время спада или нарастания пропорционально сопротивлению подтягивающего резистора, то есть, например, при увеличении сопротивления вдвое время спада или нарастания увеличится вдвое.
Бесконтактные датчики PNP и NPN
Основное назначение бесконтактных датчиков приближения — это позиционирование и обнаружение объектов без физического контакта.
Особенно они применяются там, где.
Читать 4 минуты
Последнее обновление 17 апреля 2023
Бесконтактные датчики PNP и NPN
Основное назначение бесконтактных датчиков приближения — это позиционирование и обнаружение объектов без физического контакта.
Особенно они применяются там, где требуется обнаружение равномерных движений – например в качестве бесконтактного переключателя (концевого индуктивного выключателя) для определения движущихся частей машин (станков), а также в качестве генератора импульсов и т.п.
Возможности коммутационного элемента бесконтактного датчика различаются по схеме (типу) выхода PNP, NPN и по возможности коммутационного элемента по коммутационной функции:
Навигация
- Бесконтактные датчики PNP
- Бесконтактные датчики NPN
Бесконтактные датчики PNP
Схема выхода PNP (общий минус «-»), нагрузка включается в цепь относительно минуса «-» (синий провод), замыкание коммутационного элемента на плюс «+» (коричневый провод).
Датчики PNP наиболее популярны и широко применяются в автоматизации промышленных процессах Европейскими производителями оборудования.
Бесконтактные датчики NPN
Схема выхода NPN (общий плюс «+») — нагрузка включается в цепь относительно плюса «+» (коричневый провод), замыкание коммутационного элемента на минус «-» (синий провод).
Датчики NPN в основном применяются производителями оборудования стран Юго-Восточной Азии.
Читать также
Диффузный датчик тип-D (отражение от объекта) предназначен для организации систем автоматизированного контроля и управления технологическими процессами.
Оборудование СЕНСОР во взрывозащищенном исполнении производится с различными видами взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» уровня «ia», «mb» (герметизация компаундом).
Оптические датчики серии ВБО применяются во всех отраслях для позиционирования или счета объектов.
Использование в датчиках кодированного инфракрасного излучения позволяет избежать влияния посторонних источников света.
Результат
Вся продукция соответствует требованиям ГОСТ IEC 60947-5-2-2012 и сертифицирована и Технического регламента
«О безопасности низковольтного оборудования» ТР ТС 004/2011
«Электромагнитная совместимость технических средств» ТР ТС 020/2011
Получить ответ на интересующие вопросы и сделать заказ можно по телефону: +7 (343) 379-53-60 или e-mail: sale@sensor-com.ru
Звоните или пишите — наши специалисты помогут разобраться в технических характеристиках и сделать правильный выбор!
