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传感器PNP与NPN的区别

在工业控制领域一般受限于国外PLC类型的选择,选择了日系PLC和德系PLC就选择了两种不同的控制接口,对于这两种接口,很多时候我们对其概念很模糊,在这里将详细阐述两者的区别。

日系PLC的接口一般为NPN型(漏型输出),即集电极开路输出方式,由于日本人比较谨慎,免责申明做的比较好,所以它一般喜欢控制地GND,电源是你给的,烧了东西算你的。

德系PLC的接口一般为PNP型(源型输出),即控制Power方式,由于德国人比较喜欢主动权把握在自己手里,我给你Power了你才能动作,不给你Power是比较安全的,你想烧东西没有Power怎么烧?


从上图我们可以看出,西门子对安全的把控在电源上做足了文章,所以西门子PLC内部电路上对电源的抗干扰及滤波相对来说做的比较实在一些,而三菱PLC则由于把Power留给了客户去提供,这部分电源对于绝大部分客户来讲,根本不会做抗干扰及滤波部分的考虑。我更喜欢西门子系列PLC,不是因为他在电路上的稳定性,在软件上也更胜一筹。但很多时候我们会由于成本的压力而选择日系,所以就出现了德系和日系混合使用的局面,两者的接口不同,我们怎么来进行相互之间的转换呢?留给PNP与NPN的相互转换话题。

工业控制很多时候我们就是要理解清楚接口的概念,然后才能进行更好的控制。对接口理解的深浅,决定了在控制上的水平。

NPNPNP是指晶体管三极管,P是英文正电极性缩写,N是负电极性,这是两种不同极性组合的三极管,三极管的主要作用是信号放大与开关输出。



二,NPNPNP的集电极开路放大电路(OC门)的特别性:饱和放大的开关输出

集电极开路是三极管放大电路其中的一种特别应用,C集电极置高电平,E发射极置低电平,当B基极送入小信号,在集电极获得饱和放大的开关信号输出,在数字电路中就是“1”。集电极开路放大电路有时简称OC门。


在自动化行业,已经直接把“PNP”与“NPN”表示为PNP集电极开路放大电路的信号输出,和NPN集电极开路放大电路的输出。

PNP型集电极开路的电源与信号公共端在低电平,也称为共阴。

NPN型集电极开路的电源与信号公共端在高电平,也称为共阳。


由于有信号流向的不同和公共端接线方式的不同,PNP信号与NPN信号也要与对应的接收电路极性匹配,也即PNP接收电路接收PNP信号,和NPN接收电路接收NPN信号。


三,源型与漏型是“源性放大电路”与“漏性放大电路”的简称,是相对于信号放大器的电流流向形象化。


三极管集电极开路电路是送入一个小信号,放大到一个开关信号在集电极输出,这与传感器感应到一个物理量传感信号再输出一个开关电信号,在电路上是吻合的。因此很多传感器选择了这类NPNPNP集电极开路输出类型。而增量编码器的脉冲输出也是一个高低电平脉冲的变化,因此早期的增量编码器很多也都选择了这种NPNPNP的集电极开路输出类型。



源型与漏型是PNPNPN放大电路的电流流向的一种形象化表述,*初是由日系PLC引入这样的简称,在日系语系用中文字表达的一种方式,在原来的中国学校教育中并不怎么使用“源型”与“漏型”这样简称概念表述,而是用PNP与NPN。在欧系自动化产品中更不该有这两个日系中文字简称的概念的出现。但随着日系品牌自动化产品的大量引入,并将这个中文字简称概念词带入了。而日系表述与我们的理解往往很多时又恰恰是相反的。某些欧系品牌PLC因为也想要接管经济型日系PLC的市场,竟然也轧一脚的挤进了这个使用“源”和“漏”而混乱的队伍。



在集电极开路输出的电路中,由于三极管极性的方向性,NPN型放大电路,其中的集电极信号电流是由负载端向发射级0V流向的,相当于这个电路是个漏斗,当输出开关打开时信号是吸入流过这个漏斗到0V的,当有信号放大时,放大的信号电流流向与信号流方向是相反的,好比是一个漏斗形吸入放大,以这样的理解, NPN放大电路应该称为“漏型”放大并输出。



但是如果单从PLC角度而言,PLC是有输入与输出的不同,从PLC端看,信号的输出是PLC?还是PLC是信号的接收并再放大?事实上现在的传感器与编码器信号输出都已经集成了放大整形后再输出,PLC接收端无需再放大,所以“源”和“漏”应该是面向传感器编码器去判断。而日系PLC培训仅仅是为了自己理解的方便,一概站在PLC端去理解信号,那样对于PLC接收编码器信号,电流流向正好又是反过来的了,以至于“源”与“漏”概念混乱了。


现在的PLC接收(输入)无需放大器的就可接收编码器和传感器信号,去凑什么“源”和“漏”的热闹?只有PLC的输出还会有“源”和“漏”的概念。

实际上除了在日系PLC使用,其他的PLC并无必要去使用“源”和“漏”这样的简称,而可以直接用PNP与NPN。



PNP是低电压作为公共线,NPN是高电压作为公共线,只要这个接线没搞错,似乎“源”与“漏”即使概念搞反了也没关系。但是,另外一个概念“正逻辑与负逻辑”也跟着错的话,会造成信号的反相。



四,正逻辑与负逻辑

PNP型电路中,其电源与信号的公共端是在低电平0V,当输入在低电平时与公共端没有电压差,也就没有放大的开关信号输出(数字量为0),只有当输入是高电平时与公共端形成电压差而有放大的开关信号高电平输出,这种信号在高电平时有效的(数字量为1)数字模式,称为PNP正逻辑。


NPN型电路中,其电源与信号的公共端是在高电平(这个放大电路特性),当输入在高电平时,输入输出没有电压差,也就没有开关信号输出(数字量为0),只有当输入是低电平时(形成漏斗)与输出端形成电压差而有开关信号输出,这种信号在低电平时有效的(数字量为1)数字模式,称为NPN负逻辑。


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