PNP/NPN传感器的基本原理解析及转换

在工程中，我们经常用到24V的NPN传感器和PNP传感器。但是好多从业人员对这两种传感器的区别并不甚了解，本文将对两种传感器进行最简化的模型介绍，并引申出两种传感器信号的转化。

传感器最简化模型

PNP传感器最简化模型

PNP传感器可以看作是一个基极受开关控制的PNP三极管，它的发射极接24V，集电极作为输出端，基极通过一个开关接0V。而所谓的“开关”实际上是感应电路的抽象化，对于常开型传感器“开关”平时为断开状态，传感器动作时“开关”为闭合状态。

NPN传感器最简化模型

NPN传感器可以看作是一个基极受开关控制的NPN三极管，它的发射极接0V，集电极作为输出端，基极通过一个开关接24V。对于常开型传感器“开关”平时为断开状态，传感器动作时“开关”为闭合状态。

简化模型不同状态的分析

*下文中所说的不输出指传感器不动作

NPN传感器不输出时

当NPN型传感器不输出时，其“开关”断开，所以三极管的基极为悬空状态，此时电流Ibe为0，因为三极管的Ice电流等于βxIbe，从而Ice亦为0。此时，out输出端相当于开路（无论多大电压电流都为零），out对外呈现高阻态。

NPN传感器输出时

当NPN传感器输出时，“开关”处于闭合状态，三极管的基极连接到24V，此时Ibe为一较大电流（足以保证CE间饱和导通），此时out输出端相当于短接与0V，此时out的输出电位为0V。

PNP传感器不输出时

当PNP传感器不输出时，“开关”处于断开状态，三极管的基极悬空，此时Ibe为0，此时out输出端相当于断开，此时out的输出呈现高阻态。

PNP传感器输出时

当PNP传感器输出时，“开关”处于闭合状态，三极管的基极连接0V，此时Ibe为一不为零的值（大到足以使CE饱和导通），此时out输出端相当于与24V短接，此时out的输出为24V。

PNP与NPN之间的相互转换

在理解了上述的简化模型状态后，我们很容易理解，所谓的PNP输出就是——有输出时24V，无输出时开路；所谓的NPN输出就是——有输出时0V，无输出时开路。
在了解了这些基本原理后，PNP与NPN之间的转换就变得很简单了。

PNP->NPN

要进行PNP到NPN的转换，可以使用NPN三极管，三极管的基极连接于PNP传感器的输出端，发射极连接于0V，集电极作为转换后的输出。
当PNP传感器有输出时，PNP in为24V，此时NPN三极管Ube正偏，三极管导通，从而三极管集电极电位被下拉至接近0V（由于饱和压降的存在，电位不会完全为0V），此时NPN out的输出为0V；当PNP传感器没有输出时，PNP in为悬空状态，此时NPN三极管截止，NPN out处于断开状态。

NPN->PNP

要进行NPN到PNP的转换，可以使用PNP三极管，三极管的基极连接于NPN传感器的输出端，发射极连接于24V，集电极作为转换后的输出。
当NPN传感器有输出时，NPN in为0V，此时PNP三极管Ube正偏，三极管导通，从而三极管集电极电位被上拉至接近24V（由于饱和压降的存在，电位不会完全为24V），此时PNP out的输出为24V；当NPN传感器没有输出时，NPN in为悬空状态，此时PNP三极管截止，PNP out处于断开状态。

结语

从上面的原理解析可以看出，PNP/NPN型传感器的信号可以由NPN/PNP三极管简单的进行切换，对于工程中传感器类型与PLC等控制器输入的要求类型不符时，可以使用上面的方法进行转化，从而提高实际操作时的灵活度。