NPN и PNP транзисторы: ключевые различия, принципы работы и применение

Чем отличаются NPN и PNP транзисторы. Как работают биполярные транзисторы разных типов. Где применяются NPN и PNP транзисторы в электронике. Каковы преимущества и недостатки каждого типа.

Содержание

Что такое биполярные транзисторы NPN и PNP?

Биполярные транзисторы (BJT) — это полупроводниковые устройства, которые широко используются в электронике для усиления и коммутации электрических сигналов. Существует два основных типа биполярных транзисторов:

NPN-транзисторы
PNP-транзисторы

Аббревиатуры NPN и PNP отражают структуру полупроводниковых слоев в транзисторе:

NPN — отрицательный-положительный-отрицательный
PNP — положительный-отрицательный-положительный

Оба типа транзисторов имеют три вывода:

Эмиттер (E)
База (B)
Коллектор (C)

Принцип работы NPN и PNP транзисторов

Хотя NPN и PNP транзисторы имеют разную структуру, принцип их работы схож. Ток, протекающий через базу, управляет током между коллектором и эмиттером.

NPN-транзистор:

Включается, когда на базу подается положительное напряжение относительно эмиттера
Ток протекает от коллектора к эмиттеру

PNP-транзистор:

Включается, когда на базу подается отрицательное напряжение относительно эмиттера
Ток протекает от эмиттера к коллектору

Ключевые различия между NPN и PNP транзисторами

Основные отличия NPN и PNP транзисторов заключаются в следующем:

Направление тока:
- NPN: от коллектора к эмиттеру
- PNP: от эмиттера к коллектору
Полярность управляющего напряжения:
- NPN: положительное напряжение на базе
- PNP: отрицательное напряжение на базе
Подключение в схеме:
- NPN: эмиттер подключается к отрицательному полюсу
- PNP: эмиттер подключается к положительному полюсу

Области применения NPN и PNP транзисторов

Биполярные транзисторы обоих типов находят широкое применение в электронике:

Общие области применения:

Усилители сигналов
Ключевые схемы
Генераторы
Стабилизаторы напряжения
Логические схемы

Специфические применения NPN-транзисторов:

Схемы с общим эмиттером для усиления тока
Драйверы светодиодов
Ключи низкого уровня

Специфические применения PNP-транзисторов:

Схемы с общим коллектором (эмиттерные повторители)
Источники тока
Ключи высокого уровня

Преимущества и недостатки NPN и PNP транзисторов

Каждый тип транзисторов имеет свои сильные и слабые стороны:

Преимущества NPN-транзисторов:

Более высокая скорость переключения
Меньшее сопротивление в открытом состоянии
Более широкий выбор моделей на рынке

Недостатки NPN-транзисторов:

Требуют положительного управляющего напряжения

Менее удобны в схемах с общим коллектором

Преимущества PNP-транзисторов:

Удобны в схемах с общим коллектором
Хорошо подходят для работы с высоким напряжением
Эффективны в качестве источников тока

Недостатки PNP-транзисторов:

Меньшая скорость переключения по сравнению с NPN
Более высокое сопротивление в открытом состоянии
Меньший выбор моделей на рынке

Выбор между NPN и PNP транзисторами

При выборе типа транзистора для конкретной схемы следует учитывать несколько факторов:

Требуемое направление тока
Доступное управляющее напряжение
Необходимая скорость переключения
Требования к мощности
Совместимость с другими компонентами схемы

В некоторых случаях выбор между NPN и PNP транзистором может быть обусловлен особенностями конкретной схемы или предпочтениями разработчика.

Будущее биполярных транзисторов

Несмотря на появление новых типов полупроводниковых приборов, биполярные транзисторы продолжают играть важную роль в электронике. Рассмотрим некоторые тенденции в их развитии:

Миниатюризация: создание все более компактных транзисторов для применения в микроэлектронике

Улучшение характеристик: повышение скорости переключения и снижение энергопотребления
Интеграция: создание сложных интегральных схем на основе биполярных транзисторов
Специализация: разработка транзисторов с оптимизированными параметрами для конкретных применений

Хотя такие технологии, как MOSFET и JFET, становятся все более популярными, биполярные транзисторы NPN и PNP типов, вероятно, еще долго будут использоваться в электронных устройствах благодаря своей простоте, надежности и хорошо изученным характеристикам.

Датчики приближения NPN и PNP

Датчики приближения используются для обнаружения объектов без физического контакта. Существуют 2-проводные и 3-проводные датчики приближения, и более популярны 3-проводные датчики приближения. В зависимости от типа выхода существует два основных типа датчиков приближения: NPN и PNP.

Выбор правильного типа датчика приближения для конкретного применения может гарантировать правильную работу системы. В этой статье представлены краткое описание двух основных типов выходов и руководство по подключению датчика приближения к ПЛК.

Что такое датчик приближения NPN?

Бесконтактные датчики NPN обеспечивают активный НИЗКИЙ выход. Это означает, что когда объект попадает в зону обнаружения датчика, выход датчика соединяется с землей. Этот тип датчика также известен как «погружениедатчик.

Что такое датчик приближения PNP?

Бесконтактные датчики PNP обеспечивают активный ВЫСОКИЙ выход. Когда объект попадает в зону обнаружения датчика, выход датчика подключается к + 24В. При подключении к входу ПЛК он определяет это как логический ВЫСОКИЙ сигнал. Датчики приближения PNP также известны как ‘источниковдатчики.

Способ запомнить проводку датчиков NPN и PNP

Чтобы легко запомнить схему подключения 3-проводного датчика приближения постоянного тока, мы можем использовать следующую аналогию:

PNP = переключено Pязвительный

NPN = переключаемый Nотважный

Датчики приближения — это цифровые датчики. Поэтому для работы они всегда должны быть подключены к источнику питания 24 В.

В проводке датчика PNP нагрузка всегда подключен к негативу. Наблюдения и советы этой статьи мы подготовили на основании опыта команды POsitive переключается, когда датчик приближения обнаруживает объект. Но в проводке датчика NPN нагрузка всегда подключен к положительному, А Negative переключается при обнаружении объекта.

PNP vs NPN для 3-проводного подключения датчика

Почти все промышленные датчики приближения являются твердотельными устройствами, а это означает, что они не имеют движущихся частей внутри. Самый популярный тип датчика приближения — трехпроводной. Они используют транзисторы типа PNP или NPN для переключения выхода при обнаружении объекта.

Два провода используются для подачи питания на датчик, а другой провод является выходным сигналом датчика.

Здесь стоит упомянуть, что, будучи датчиком типа PNP или NPN, не означает, что выход датчика нормально разомкнут (N / O) или нормально замкнут (N / C). Это зависит только от приложения. (Т.е. датчик PNP может быть либо N / O, либо N / C, а NPN может быть N / O или N / C)

Давайте посмотрим на схему релейного типа, в которой реле управляется непосредственно датчиком приближения.

Разница между двумя проводками заключается в том, что в проводке типа PNP реле всегда подключено к 0 В, а + 24 В переключается датчиком. Но в проводке типа NPN реле всегда подключено к + 24V, а датчик переключает подключение 0V. Тем не менее, датчик подключается к +24 и 0В для подачи питания на него.

Как подключить датчик приближения NPN / PNP к ПЛК

Предупреждение! Прежде чем пытаться выполнить какие-либо подключения, убедитесь, что система выключена, чтобы предотвратить поражение электрическим током.

Определение цветового кода 3-проводного датчика приближения

На 3-проводном датчике цветовой код проводки следующий: (коричневый: +24 В, синий: 0 В, черный: выход)

Если провода вашего датчика имеют другой цвет или вы не уверены в цветовом коде, обратитесь к техническому описанию его производителя.

Подключение 3-проводного датчика приближения типа NPN к ПЛК

Перед подключением датчика к ПЛК убедитесь, что ПЛК настроен на ‘sourcing’ тип. В ПЛК Siemens S7-200 это можно сделать, подключив вход 1M к + 24V. Это означает, что ПЛК будет «подавать ток» на входе, а датчик NPN будет «потреблять ток» при обнаружении объекта.

Если ввод подается на ПЛК через плату ввода, он должен быть тип источника карта ввода, либо настраиваемая. В SIMATIC S7-1200, цифровой вход SB 1221 вот такая карта ввода исходного типа.

Подключение 3-проводного датчика приближения типа PNP к ПЛК

Для датчика типа PNP ПЛК должен быть настроен как ‘тонущий’ тип. Подключение входа 1M к 0V сконфигурирует ПЛК как приемник входа. В этой конфигурации датчик может «подавать ток», а ПЛК «потребляет ток» для обнаружения выходного сигнала датчика.

Для датчика приближения типа PNP, если используется карта ввода, она должна бытьпогружение« тип карты. В S7-1200, цифровой вход SM 1221 Плата ввода для ПЛК S7-1200 является конфигурируемой платой ввода / вывода, которая может взаимодействовать с любым типом датчика.

Как выбрать датчик PNP или NPN?

Выбор PNP или NPN в основном зависит от приложения и доступности. В качестве Arrow Electronics Следует отметить, что датчики NPN более распространены в индустрии автоматизации в азиатском регионе. Датчики PNP более популярны в Европе и Америке.

Датчики NPN используются в высокоскоростных приложениях, потому что они быстрее датчиков PNP. Они также находят больше применений в цепях реле, чем в цепях ПЛК. Датчики PNP более популярны в схемах ПЛК, поскольку они могут предотвратить ложные срабатывания сигналов в случае повреждения и замыкания на землю.

Как узнать, какой у меня датчик приближения — NPN или PNP?

Самый простой способ определить тип датчика — это посмотреть на наклейку на корпусе датчика. На этой наклейке иногда также может быть напечатана электрическая схема.

Если датчик не отмечен и установлен, мультиметр может помочь определить тип датчика. Включите систему и тщательно измерьте напряжение между 0 В и черным проводом. Если при активном датчике есть напряжение +24 В, это датчик типа PNP. Если на мультиметре при активном датчике показания 0 В, скорее всего, это датчик NPN.

Заключение

В этой статье мы обсудили два типа датчиков приближения, их конструкцию и их применение в системах автоматизации. Всегда рекомендуется проектировать систему так, чтобы можно было использовать датчики как типа NPN, так и PNP, если это возможно. Это может значительно повысить гибкость управления.

Устройство согласования PNP/NPN сигналов на Дин рейку, Россия

Снят с производства замена УСМ

УС-М01-1-15 DC10-30B УХЛ4

НАЗНАЧЕНИЕ РЕЛЕ

Устройство согласования предназначено для согласования логических выходов датчиков с любым типом транзисторных выходов для подключения к нагрузке и возможностью инвертирования выходного сигнала.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ **РЕЛЕ**
Напряжение питания, В	DC 10…30
Максимальный ток нагрузки, мА	100
Ток потребления под нагрузкой, мА	< 50
Ток потребления без нагрузки, мА	< 20
Тип выходов	NPN, PNP
Входное сопротивление, Ом	3000. ..5000
Время переключения, мкс	< 5
Индикация: Питание Срабатывание	Зеленый Желтый
Защита от переполюсовки	Есть
Защита от перегрузки	Нет
Защита от короткого замыкания	Нет
Степень защиты реле: по корпусу/по клеммам	IP40/IP20
Категория климатического исполнения	УХЛ4
Диапазон рабочих температур	-25… +55° С
Температура хранения	-40… +60° С
Относительная влажность воздуха	до 80% при 25°С
Высота над уровнем моря	до 2000 м
Рабочее положение в пространстве	произвольное
Режим работы	круглосуточный
Габаритные размеры	17,5х90х66
Масса не более	0. 1 кг

КОНСТРУКЦИЯ РЕЛЕ

Устройство выпускаются в унифицированном пластмассовом корпусе с передним присоединением проводов питания и коммутируемых электрических цепей. Крепление осуществляется на монтажную шину DIN шириной 35мм или на ровную поверхность. Для установки реле на ровную поверхность, фиксаторы замков необходимо переставить в крайние отверстия, расположенные на тыльной стороне корпуса. Конструкция клемм обеспечивает надежный зажим проводов сечением до 2,5 мм2. На лицевой панели расположены: зеленый индикатор включения напряжения питания «U», желтый индикатор срабатывания встроенного транзистора.

УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕЛЕ

Окружающая среда – взрывобезопасная, не содержащая пыли в количестве, нарушающем работу устройства, а так же агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию. Вибрация мест крепления устройства с частотой от 1 до 100 Гц при ускорении до 9,8 м/с2. Воздействие электромагнитных полей, создаваемых проводом с импульсным током амплитудой до 100 А, расположенным на расстоянии не менее 10 мм от корпуса. Устройство устойчиво к воздействию помех степени жесткости 3 в соответствии с требованиям ГОСТ Р 51317.4.1-2000, ГОСТ Р 51317.4.4-99, ГОСТ Р 51317.4.5-99.

СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ РЕЛЕ

КОНТРОЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ РЕЛЕ

ТУ 3428-004-31928807-2014

Наименование

Заказной код

(артикул)

Файл для скачивания

(паспорт)

Дата файла

УС-М01-1-15 DC10-30B УХЛ4

Скачать

28.

07.2014

В чем разница между PNP и NPN?

Что такое транзисторы PNP и NPN?

PNP и NPN — это биполярные переходные транзисторы (BJT). BJT изготовлены из легированных материалов и допускают усиление тока. Его можно настроить как PNP и NPN. Транзисторы PNP и NPN обеспечивают усиление или коммутацию.

В чем разница между PNP и НПН?

Легко запомнить, что NPN означает отрицательный-положительный-отрицательный, а PNP означает положительные-отрицательные-положительные транзисторы. Давайте подробнее рассмотрим, как работают транзисторы NPN и PNP.

Транзистор NPN включается, когда от базы транзистора к эмиттеру подается достаточный ток. Таким образом, база NPN-транзистора должна быть подключена к положительному напряжению, а эмиттер — к отрицательному, чтобы ток протекал в базу. Когда от базы к эмиттеру протекает достаточный ток, транзистор включается, направляя ток от коллектора к эмиттеру, а не от базы транзистора к эмиттеру. Транзистор PNP работает наоборот. В транзисторе PNP ток обычно течет от эмиттера транзистора к базе, и когда от эмиттера к базе течет достаточный ток, транзистор включается, направляя ток от эмиттера к коллектору.

Вкратце, для NPN-транзистора требуется положительный ток от базы к эмиттеру, а для PNP требуется отрицательный ток на базу, но ток должен течь от базы к земле.

– базовый терминал; E – вывод эмиттера; C – коллекторный терминал

Вот ссылка на видео ниже, которая может объяснить как работают транзисторы NPN и PNP более подробно:

Выходной сигнал транзистора PNP и NPN и нагрузка резистор

Различные оптические, индуктивные, емкостные и т. д. датчики имеют выходной сигнал, называемый PNP NO, PNP NC, NPN NO, NPN NC. Все эти сигналы представляют собой просто переключатель ВКЛ/ВЫКЛ, но вместо сухого контакта у нас установлен выходной транзистор. Транзистор имеет выходную полярность (в отличие от сухого контакта). Как понимать эти выходы:

PNP — (транзистор PNP) NO – нормально открытый, что означает отсутствие напряжения на выходе, пока датчик не срабатывает (см. рисунок, разъем выхода датчика PNP № 4). При срабатывании датчика на разъеме №2 будет +24 В. 4. Этот сигнал +24 В может быть подключен непосредственно к ПЛК или для любых других функций, таких как срабатывание реле, срабатывание сигнализации. Обычно ограничение по току в датчиках приближения составляет до 200 мА, поэтому на всех схемах показано, что выход подключен через резистор, в действительности этот резистор встроен в ваш ПЛК, это может быть катушка вашего реле или лампа индикации . Если мы подключим выход напрямую к GND (минусовому кабелю), у нас будет короткое замыкание, а значит, ток возрастет и достигнет максимального тока источника питания. Так что, если у нас есть, например, источник питания 5 А, короткое замыкание превысит предельный ток датчика, и он будет поврежден.

Если у нас есть датчик NPN NC, это означает, что наш датчик оснащен транзистором NPN на выходе, и датчик нормально закрыт — это означает, что у нас есть выходной сигнал в высоком состоянии, пока датчик не срабатывает. Вместо заземления мы используем положительный кабель.

В чем разница между транзисторами PNP и NPN?

Обновлено 26.10.2022

Транзистор, пожалуй, самое важное изобретение в электронной технике и основа практически всех интегральных схем (ИС). Транзистор представляет собой электронное устройство с тремя выводами, которое можно использовать для управления потоком электрического тока, и он был первым электронным устройством, которое могло усиливать или переключать электрический ток. Это простое устройство можно использовать для создания сложных электронных схем, и, хотя существуют и другие типы транзисторов, транзисторы с биполярным переходом по-прежнему широко используются в цифровых схемах.

Оба используются в различных схемах усиления и модуляции; наиболее частым среди его применений является полное включение и выключение, что называется режимом переключения. Легко запомнить, что NPN означает «отрицательный-положительный-отрицательный», а PNP означает «положительный-отрицательный-положительный». Давайте подробнее рассмотрим, как работают транзисторы NPN и PNP.

Существует два основных типа транзисторов: транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET). BJT изготовлены из легированных материалов и могут быть сконфигурированы как NPN и PNP. Транзистор представляет собой активное устройство с тремя выводами, и эти три вывода известны как эмиттер (E), база (B) и коллектор (C) 9.0054 (рис. 1) . База отвечает за управление транзистором, в то время как коллектор является положительным выводом, а эмиттер — отрицательным выводом.

Физика полупроводников БЯТ здесь обсуждаться не будет, но стоит упомянуть, что БЯТ изготавливается с тремя отдельно легированными областями с двумя переходами. PNP-транзистор имеет одну N-область между двумя P-областями (фиг. 2) , тогда как NPN-транзистор имеет одну P-область между двумя N-областями (фиг. 3) .

Соединения между областями N и P аналогичны соединениям в диодах, и они также могут быть смещены в прямом или обратном направлении. BJT могут работать в разных режимах в зависимости от смещения перехода:

Зона отсечки: BJT работает в этой зоне в операциях переключения. В отсечке транзистор неактивен.
Активная область: BJT работает в этой зоне для цепей усилителя, поскольку транзистор может действовать как достаточно линейный усилитель.
Область насыщения: BJT работает в этой зоне при операциях переключения. Транзистор выглядит как короткое замыкание между выводами коллектора и эмиттера.
Реверс Активная область: Как и в активном режиме, ток пропорционален базовому току, но течет в обратном направлении. Этот режим используется редко.

В транзисторе NPN положительное напряжение подается на клемму коллектора для создания тока, протекающего от коллектора к эмиттеру. В транзисторе PNP положительное напряжение подается на эмиттерную клемму для создания тока, протекающего от эмиттера к коллектору. В транзисторе NPN ток течет от коллектора (C) к эмиттеру (E) (рис. 4) .

Однако в транзисторе PNP ток течет от эмиттера к коллектору (рис. 5) .

Here is a list of some classic general-purpose BJTs (Fig. 6) :

NPN — 2N2222
NPN — 2N3904
NPN — TIP120
PNP — 2N2907
PNP — 2N3906

Основной принцип любого биполярного транзистора заключается в управлении током третьей клеммы напряжением между двумя другими клеммами. Принцип работы НПН и ПНП абсолютно одинаков. Разница только в их смещении и полярности питания для каждого типа.

Будущее транзисторов PNP и NPN неясно. Это обе хорошо зарекомендовавшие себя технологии с долгой историей использования. Однако более новые технологии, такие как MOSFET (полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник) и JFET (полевые транзисторы с переходом), становятся все более популярными, и вполне возможно, что они могут в конечном итоге заменить транзисторы PNP и NPN.

Что такое биполярные транзисторы NPN и PNP?