تفاوت سنسور NPN و PNP در سیم‌بندی و عملکرد چیست؟

اگر با سنسورهای صنعتی، ورودی PLC یا تجهیزات اتوماسیون سروکار داشته باشید، احتمالاً با دو عبارت NPN و PNP روبه‌رو شده‌اید. این دو عبارت نوع خروجی سنسور را مشخص می‌کنند و انتخاب اشتباه آن‌ها ممکن است باعث شود ورودی PLC فعال نشود یا مدار به‌درستی کار نکند.

مهم‌ترین تفاوت سنسور NPN و PNP در جهت عبور جریان و نحوه قرارگرفتن بار در مدار است. سنسور NPN هنگام فعال‌شدن، خروجی را به صفر ولت متصل می‌کند؛ اما سنسور PNP در حالت فعال، ولتاژ مثبت را روی خروجی قرار می‌دهد.

در ادامه، تفاوت این دو نوع سنسور را از نظر عملکرد، سیم‌بندی، اتصال به PLC، روش تشخیص و انتخاب بررسی می‌کنیم.

سنسور NPN و PNP چیست؟

در بسیاری از سنسورهای سه‌سیمه DC، خروجی به کمک یک ترانزیستور داخلی کنترل می‌شود. این ترانزیستور می‌تواند از نوع NPN یا PNP باشد.

نوع خروجی تعیین می‌کند که سنسور هنگام تشخیص جسم، جریان را به سمت صفر ولت هدایت کند یا ولتاژ مثبت را به خروجی انتقال دهد.

خروجی NPN و PNP در سنسورهای مختلفی استفاده می‌شود، از جمله:

• سنسور القایی
• سنسور خازنی
• سنسور نوری
• سنسور مغناطیسی
• سنسور تشخیص موقعیت
• انکودر و تجهیزات اندازه‌گیری

بنابراین NPN یا PNP بودن، ارتباطی با روش تشخیص سنسور ندارد و فقط نوع عملکرد خروجی را مشخص می‌کند.

تفاوت سنسور NPN و PNP به زبان ساده

برای درک بهتر موضوع، می‌توان تفاوت آن‌ها را این‌گونه خلاصه کرد:

• سنسور NPN هنگام فعال‌شدن، خروجی را به منفی یا صفر ولت متصل می‌کند.
• سنسور PNP هنگام فعال‌شدن، ولتاژ مثبت را روی خروجی قرار می‌دهد.

در سنسور NPN، جریان از بار عبور می‌کند و سپس از طریق سنسور به صفر ولت می‌رسد. به همین دلیل به آن خروجی جریان‌کش یا Sinking گفته می‌شود.

در سنسور PNP، سنسور جریان را از سمت مثبت منبع به بار می‌رساند. به همین دلیل این نوع خروجی را جریان‌ده یا Sourcing می‌نامند.

جدول مقایسه سنسور NPN و PNP

ویژگی	سنسور NPN	سنسور PNP
نوع خروجی	جریان‌کش	جریان‌ده
اصطلاح انگلیسی	Sinking Output	Sourcing Output
وضعیت خروجی هنگام فعال‌شدن	اتصال به صفر ولت	اتصال به ولتاژ مثبت
محل قرارگیری بار	بین مثبت منبع و خروجی	بین خروجی و صفر ولت
ولتاژ خروجی در حالت فعال	نزدیک صفر ولت	نزدیک ولتاژ تغذیه
نوع ورودی PLC مناسب	ورودی Sourcing	ورودی Sinking
اتصال معمول COM ورودی PLC	مثبت 24 ولت	صفر ولت

این جدول یک راهنمای کلی است. در زمان نصب، همیشه نقشه سیم‌بندی سازنده سنسور و PLC را بررسی کنید.

سنسور NPN چگونه کار می‌کند؟

در سنسور NPN، ترانزیستور خروجی در سمت منفی مدار قرار دارد. هنگامی که سنسور جسم را تشخیص می‌دهد، مسیر بین خروجی و صفر ولت برقرار می‌شود.

مسیر جریان به این شکل است:

+24V → بار → خروجی سنسور NPN → 0V

در این مدار، سنسور ولتاژ مثبت تولید نمی‌کند. سنسور فقط مسیری ایجاد می‌کند تا جریان از بار عبور کرده و به صفر ولت برسد.

برای مثال، اگر یک لامپ کوچک DC به سنسور NPN متصل شود، یک سمت لامپ باید به مثبت منبع و سمت دیگر آن به خروجی سنسور وصل شود. هنگام فعال‌شدن سنسور، خروجی به صفر ولت متصل شده و لامپ روشن می‌شود.

سیم‌بندی سنسور NPN سه‌سیمه

در بیشتر سنسورهای سه‌سیمه صنعتی، رنگ‌بندی سیم‌ها به شکل زیر است:

• سیم قهوه‌ای: مثبت تغذیه
• سیم آبی: صفر ولت یا منفی تغذیه
• سیم مشکی: خروجی سنسور

سیم‌بندی معمول سنسور NPN به این صورت است:

سیم قهوه‌ای → +24V
سیم آبی → 0V
سیم مشکی → ورودی PLC یا یک سمت بار
سمت دیگر بار → +24V

با فعال‌شدن سنسور، سیم مشکی به صفر ولت متصل می‌شود و جریان از بار عبور می‌کند.

رنگ‌بندی بالا در بسیاری از سنسورها رایج است، اما نباید بدون بررسی دیتاشیت به آن اعتماد کرد. بعضی مدل‌ها ممکن است رنگ یا تعداد سیم متفاوتی داشته باشند.

سنسور PNP چگونه کار می‌کند؟

در سنسور PNP، ترانزیستور خروجی در سمت مثبت مدار قرار گرفته است. هنگامی که سنسور فعال می‌شود، ولتاژ مثبت منبع تغذیه روی خروجی قرار می‌گیرد.

مسیر جریان در این حالت به شکل زیر است:

+24V → خروجی سنسور PNP → بار → 0V

در این مدار، سنسور جریان را از سمت مثبت منبع به بار می‌رساند.

برای مثال، اگر یک لامپ DC به سنسور PNP متصل شود، یک سمت لامپ به خروجی سنسور و سمت دیگر آن به صفر ولت وصل می‌شود. با فعال‌شدن سنسور، ولتاژ مثبت روی خروجی قرار گرفته و لامپ روشن می‌شود.

سیم‌بندی سنسور PNP سه‌سیمه

سیم‌بندی رایج سنسور PNP به شکل زیر است:

سیم قهوه‌ای → +24V
سیم آبی → 0V
سیم مشکی → ورودی PLC یا یک سمت بار
سمت دیگر بار → 0V

در زمان فعال‌شدن سنسور، سیم خروجی دارای ولتاژ مثبت می‌شود و جریان از خروجی سنسور به سمت بار و سپس صفر ولت حرکت می‌کند.

تفاوت NPN و PNP در مسیر جریان

ساده‌ترین روش برای به‌خاطر سپردن تفاوت سنسور NPN و PNP، توجه به مسیر جریان است.

در سنسور NPN:

مثبت منبع → بار → سنسور → صفر ولت

در سنسور PNP:

مثبت منبع → سنسور → بار → صفر ولت

در نتیجه، در خروجی NPN بار در سمت مثبت مدار قرار دارد، اما در خروجی PNP بار در سمت منفی مدار قرار می‌گیرد.

تفاوت سنسور NPN و PNP در اتصال به PLC

یکی از مهم‌ترین کاربردهای سنسورهای NPN و PNP، اتصال آن‌ها به ورودی دیجیتال PLC است.

نوع خروجی سنسور باید با نوع ورودی PLC سازگار باشد. در غیر این صورت، حتی اگر چراغ سنسور روشن شود، ممکن است ورودی PLC فعال نشود.

اتصال سنسور NPN به PLC

در اتصال سنسور NPN، معمولاً ترمینال مشترک ورودی PLC به مثبت 24 ولت متصل می‌شود.

مسیر جریان به صورت زیر است:

+24V → مدار ورودی PLC → خروجی NPN → 0V

وقتی سنسور فعال می‌شود، خروجی را به صفر ولت متصل می‌کند و جریان از مدار ورودی PLC عبور می‌کند.

اتصال سنسور PNP به PLC

در اتصال سنسور PNP، معمولاً ترمینال مشترک ورودی PLC به صفر ولت متصل می‌شود.

مسیر جریان به این شکل است:

+24V → خروجی PNP → مدار ورودی PLC → 0V

با فعال‌شدن سنسور، ولتاژ مثبت به ورودی PLC می‌رسد و ورودی فعال می‌شود.

ورودی Sinking و Sourcing چیست؟

اصطلاحات Sinking و Sourcing گاهی باعث سردرگمی می‌شوند.

خروجی NPN یک خروجی Sinking است؛ زیرا جریان را به سمت صفر ولت هدایت می‌کند.

خروجی PNP یک خروجی Sourcing است؛ زیرا جریان را از سمت مثبت منبع به مدار می‌دهد.

در مورد ورودی PLC، موضوع برعکس دیده می‌شود:

• سنسور NPN معمولاً به ورودی Sourcing متصل می‌شود.
• سنسور PNP معمولاً به ورودی Sinking متصل می‌شود.

البته بعضی سازندگان نام‌گذاری متفاوتی دارند. به همین دلیل، بهتر است به جای تکیه بر نام‌ها، نقشه داخلی ورودی PLC را بررسی کنید.

آیا می‌توان سنسور NPN را به ورودی PNP متصل کرد؟

در حالت عادی، سنسور NPN و ورودیی که برای PNP طراحی شده است با یکدیگر سازگار نیستند. همین موضوع درباره سنسور PNP و ورودی مخصوص NPN نیز صدق می‌کند.

در صورت ناسازگاری ممکن است اتفاقات زیر رخ دهد:

• ورودی PLC فعال نشود.
• چراغ سنسور روشن شود، اما PLC سیگنال دریافت نکند.
• ولتاژ ورودی در وضعیت نامشخص قرار گیرد.
• اتصال کوتاه یا آسیب به تجهیزات ایجاد شود.

برای تبدیل خروجی NPN به PNP یا برعکس می‌توان از رله واسط، اپتوکوپلر یا مبدل سیگنال استفاده کرد. با این حال، در پروژه‌های جدید بهتر است سنسوری انتخاب شود که مستقیماً با ورودی PLC سازگار باشد.

تفاوت NPN و PNP با NO و NC

یکی از اشتباهات رایج، یکسان دانستن NPN و PNP با NO و NC است.

NPN و PNP نوع مدار خروجی را مشخص می‌کنند، اما NO و NC وضعیت منطقی خروجی سنسور را نشان می‌دهند.

سنسور NO

در سنسور Normally Open، خروجی در حالت عادی غیرفعال است و هنگام تشخیص جسم فعال می‌شود.

سنسور NC

در سنسور Normally Closed، خروجی در حالت عادی فعال است و هنگام تشخیص جسم غیرفعال می‌شود.

بنابراین یک سنسور می‌تواند یکی از حالت‌های زیر را داشته باشد:

• NPN-NO
• NPN-NC
• PNP-NO
• PNP-NC

پس در زمان خرید سنسور، باید هم نوع خروجی NPN یا PNP و هم وضعیت NO یا NC بررسی شود.

چگونه سنسور NPN و PNP را تشخیص دهیم؟

برای تشخیص نوع خروجی سنسور چند روش وجود دارد.

بررسی برچسب سنسور

در بسیاری از سنسورها عبارت NPN یا PNP روی بدنه یا لیبل محصول نوشته شده است.

بررسی دیتاشیت

مطمئن‌ترین روش، مطالعه دیتاشیت سازنده است. در دیتاشیت معمولاً اطلاعات زیر نوشته می‌شود:

• نوع خروجی
• ولتاژ تغذیه
• حداکثر جریان خروجی
• نوع NO یا NC
• رنگ‌بندی سیم‌ها
• نقشه اتصال

بررسی کد فنی محصول

در بعضی برندها، بخشی از کد محصول نشان‌دهنده نوع خروجی است. از آنجا که این کد در برندهای مختلف متفاوت است، باید راهنمای همان سازنده بررسی شود.

تست با مولتی‌متر

پس از اتصال صحیح تغذیه، می‌توان ولتاژ خروجی سنسور را نسبت به صفر ولت اندازه گرفت.

اگر خروجی در حالت فعال به ولتاژ مثبت نزدیک شود، سنسور معمولاً PNP است.

اگر خروجی در حالت فعال به صفر ولت نزدیک شود، سنسور معمولاً NPN است.

این آزمایش باید مطابق دیتاشیت و با رعایت محدودیت‌های جریان و ولتاژ انجام شود.

کدام سنسور بهتر است؛ NPN یا PNP؟

از نظر دقت، کیفیت تشخیص یا سرعت عملکرد، نمی‌توان گفت سنسور NPN همیشه بهتر از PNP است یا برعکس.

تفاوت این دو سنسور بیشتر به نوع خروجی و سازگاری با تجهیزات کنترلی مربوط می‌شود.

سنسور PNP انتخاب مناسبی است اگر:

• ورودی PLC با سیگنال مثبت فعال می‌شود.
• ترمینال مشترک ورودی PLC به صفر ولت متصل است.
• تجهیزات موجود در تابلو بر پایه PNP طراحی شده‌اند.
• استاندارد پروژه استفاده از خروجی PNP است.

سنسور NPN انتخاب مناسبی است اگر:

• ورودی PLC با خروجی جریان‌کش سازگار است.
• ترمینال مشترک ورودی PLC به مثبت منبع وصل می‌شود.
• ماشین‌آلات موجود از سنسورهای NPN استفاده می‌کنند.
• قصد جایگزینی سنسور قبلی با همان نوع خروجی را دارید.

در واقع، بهترین سنسور مدلی است که بدون مدار واسط با PLC و سایر تجهیزات سازگار باشد.

اشتباهات رایج در سیم‌بندی سنسور NPN و PNP

انتخاب سنسور ناسازگار با ورودی PLC

این خطا باعث می‌شود سنسور جسم را تشخیص دهد، اما PLC سیگنال دریافت نکند.

اتصال اشتباه ترمینال COM

در ورودی‌های گروهی PLC، اتصال COM اهمیت زیادی دارد. در بسیاری از مدارها، COM برای سنسور PNP به صفر ولت و برای سنسور NPN به مثبت منبع متصل می‌شود.

اتصال بار پرمصرف به خروجی سنسور

خروجی سنسور جریان محدودی دارد. اتصال مستقیم کنتاکتور، شیر برقی یا لامپ پرمصرف ممکن است باعث سوختن خروجی شود.

در این شرایط باید از رله واسط یا درایور مناسب استفاده شود.

اعتماد کامل به رنگ سیم‌ها

اگرچه رنگ‌بندی قهوه‌ای، آبی و مشکی رایج است، اما همیشه باید نقشه همان مدل بررسی شود.

مشترک نبودن صفر ولت منابع

اگر سنسور و PLC از دو منبع تغذیه جداگانه استفاده می‌کنند، ممکن است لازم باشد صفر ولت آن‌ها مشترک شود. این کار باید بر اساس نقشه سازنده و شرایط ایزولاسیون انجام شود.

عیب‌یابی سنسور NPN و PNP

اگر سنسور جسم را تشخیص می‌دهد، اما ورودی PLC فعال نمی‌شود، مراحل زیر را بررسی کنید.

ولتاژ تغذیه سنسور

بین سیم مثبت و منفی سنسور باید ولتاژی مطابق محدوده مجاز محصول وجود داشته باشد.

چراغ وضعیت سنسور

جسم را مقابل سنسور قرار دهید و تغییر وضعیت LED را بررسی کنید. روشن‌نشدن چراغ ممکن است به فاصله نامناسب، جنس هدف یا خرابی سنسور مربوط باشد.

نوع خروجی

مطمئن شوید سنسور NPN یا PNP با ورودی PLC سازگار است.

ولتاژ سیم خروجی

ولتاژ خروجی را در حالت فعال و غیرفعال اندازه بگیرید.

در سنسور PNP، خروجی فعال باید به مثبت منبع نزدیک شود.

در سنسور NPN، خروجی فعال باید به صفر ولت نزدیک شود.

اتصال COM ورودی PLC

اتصال اشتباه COM یکی از رایج‌ترین دلایل فعال‌نشدن ورودی است.

سلامت کابل و ترمینال‌ها

قطعی سیم، شل‌بودن ترمینال، اتصال بدنه یا جابه‌جایی سیم‌ها نیز می‌تواند باعث اختلال شود.

مثال عملی اتصال سنسور NPN و PNP

فرض کنید قرار است یک سنسور مجاورتی، حضور قطعه فلزی را به PLC اعلام کند.

اتصال سنسور PNP

• سیم قهوه‌ای به مثبت 24 ولت متصل می‌شود.
• سیم آبی به صفر ولت وصل می‌شود.
• سیم مشکی به ورودی PLC متصل می‌شود.
• COM ورودی PLC به صفر ولت وصل می‌شود.

با تشخیص قطعه، سنسور ولتاژ مثبت را روی سیم مشکی قرار می‌دهد و ورودی PLC فعال می‌شود.

اتصال سنسور NPN

• سیم قهوه‌ای به مثبت 24 ولت متصل می‌شود.
• سیم آبی به صفر ولت وصل می‌شود.
• سیم مشکی به ورودی PLC متصل می‌شود.
• COM ورودی PLC به مثبت 24 ولت وصل می‌شود.

با تشخیص قطعه، خروجی سنسور به صفر ولت متصل می‌شود و جریان از مدار ورودی PLC عبور می‌کند.

سؤالات متداول درباره تفاوت سنسور NPN و PNP

آیا رنگ سیم سنسور NPN و PNP متفاوت است؟

معمولاً خیر. تفاوت اصلی در مدار داخلی سنسور است، نه رنگ سیم‌ها.

آیا خروجی NPN همیشه صفر ولت است؟

خیر. خروجی NPN فقط در حالت فعال به صفر ولت نزدیک می‌شود. وضعیت فعال نیز به NO یا NC بودن سنسور بستگی دارد.

آیا خروجی PNP همیشه 24 ولت است؟

خیر. مقدار ولتاژ خروجی به ولتاژ تغذیه سنسور بستگی دارد و ممکن است به دلیل افت داخلی کمی کمتر باشد.

آیا NPN و PNP روی فاصله تشخیص اثر دارند؟

خیر. فاصله تشخیص بیشتر به نوع سنسور، اندازه و جنس هدف و طراحی محصول بستگی دارد.

آیا می‌توان نوع سنسور را از روی LED تشخیص داد؟

خیر. LED معمولاً فقط وضعیت تشخیص یا فعال‌شدن خروجی را نشان می‌دهد و نوع NPN یا PNP را مشخص نمی‌کند.

 

جمع‌بندی

اصلی‌ترین تفاوت سنسور NPN و PNP در جهت عبور جریان خروجی است.

سنسور NPN هنگام فعال‌شدن، خروجی را به صفر ولت متصل می‌کند. در مقابل، سنسور PNP هنگام فعال‌شدن، ولتاژ مثبت را روی خروجی قرار می‌دهد.

در سیم‌بندی NPN، بار بین مثبت منبع و خروجی سنسور قرار می‌گیرد. در سیم‌بندی PNP، بار بین خروجی سنسور و صفر ولت قرار دارد.

هیچ‌کدام از این دو نوع به‌صورت مطلق بهتر نیستند. مهم‌ترین نکته، سازگاری سنسور با ورودی PLC، نقشه تابلو و تجهیزات موجود است. بررسی دیتاشیت پیش از خرید و سیم‌بندی، از بسیاری از خطاها و آسیب‌های احتمالی جلوگیری می‌کند.