开关传感器输出PNP与NPN的转换

开关传感器输出PNP与NPN的转换

中国工控网《传感器与仪表论坛》作者周公

开关类传感器输出形式有包括PNP如何转换为NPN等多种。实际使用时有时会遇到从PNP到NPN或NPN到PNP的转换问题，解决方法如下。

左图为PNP 输出转换为NPN 输出，右图为NPN 输出转换为PNP 输出，均为集电极开路形式。其工作原理不在此详述。

三极管N1 和P2 应工作在开关状态，其特征是在饱和和截止区转换。图中电阻R1和R4的选值应该保证I b I c /β（β为三极管放大倍数）；集电极电流I m > 负载电流；集电极-发射极电压BV ceo > 电源电压并有 1.5～2 倍裕量。由于这类开关通常速度不快，特征频率f0不需要很高，普通低频管就可胜任。图中R2和R3是为保证三极管可靠截止用的，同时可提高其耐压，可根据电流大小选1K～10K。

三极管输出适合作为信号输出的场合，寿命长，工作频率高。如果用于报警或者行程限制，则可选继电器输出，便于与后级电路器件连接。

目前常用的是NPN。

还有一个最简单、最方便的方法就是：

PNP传感器+中间继电器=NPN传感器；NPN传感器+中间继电器=PNP传感器。

常用的这类传感器可分为4个分类，即NPN-NO、NPN-NC、PNP-NO与PNP-NC（三条引线，电源线L+与L-，信号输出线）。NPN是指当有触发信号时，信号输出线动作于L+这条高电平的电源线。对于NO型，在没有触发信号时，输出线是悬空的；有触发时则发出与L+电源线相同的电平（实际是这两条线连通了）。对于NC型，在没有触发信号时，信号输

出线与L+电源线是连通的（同电平）；当有触发信号后，输出线就悬空了（相当于与L+电源线断开了）。对于PNP型传感器来说，信号输出线是作用于L-这条低电平的电源线的，其中NO和NC型的原理是与上面说的一样。

传感器的分类

可以用不同的观点对传感器进行分类：它们的转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应)；它们的用途；它们的输出信号类型以及制作它们的材料和工艺等。

根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类：

传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。

化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。

有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。

常见传感器的应用领域和工作原理列于表1.1。

按照其用途，传感器可分类为：

压力敏和力敏传感器 位置传感器

液面传感器 能耗传感器

速度传感器 热敏传感器

加速度传感器 射线辐射传感器

振动传感器 湿敏传感器

磁敏传感器 气敏传感器

真空度传感器 生物传感器等。

以其输出信号为标准可将传感器分为：

模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟电信号。

数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。

膺数字传感器——将被测量的信号量转换成频率信号或短周期信号的输出(包括直接或间接转换)。

开关传感器——当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号。

在外界因素的作用下，所有材料都会作出相应的、具有特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用来制作传感器的敏感元件。从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类：

(1)按照其所用材料的类别分

金属 聚合物 陶瓷 混合物

(2)按材料的物理性质分 导体 绝缘体 半导体 磁性材料

(3)按材料的晶体结构分

单晶 多晶 非晶材料

与采用新材料紧密相关的传感器开发工作，可以归纳为下述三个方向：

(1)在已知的材料中探索新的现象、效应和反应，然后使它们能在传感器技术中得到实际使用。

(2)探索新的材料，应用那些已知的现象、效应和反应来改进传感器技术。

(3)在研究新型材料的基础上探索新现象、新效应和反应，并在传感器技术中加以具体实施。

现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开发强度。传感器开发的基本趋势是和半导体以及介质材料的应用密切关联的。表1.2中给出了一些可用于传感器技术的、能够转换能量形式的材料。

按照其制造工艺，可以将传感器区分为：

集成传感器 薄膜传感器 厚膜传感器 陶瓷传感器

集成传感器是用标准的生产硅基半导体集成电路的工艺技术制造的。通常还将用于初步处理被测信号的部分电路也集成在同一芯片上。

薄膜传感器则是通过沉积在介质衬底(基板)上的，相应敏感材料的薄膜形成的。使用混合工

艺时，同样可将部分电路制造在此基板上。

厚膜传感器是利用相应材料的浆料，涂覆在陶瓷基片上制成的，基片通常是Al2O3制成的，然后进行热处理，使厚膜成形。

陶瓷传感器采用标准的陶瓷工艺或其某种变种工艺(溶胶-凝胶等)生产。

完成适当的预备性操作之后，已成形的元件在高温中进行烧结。厚膜和陶瓷传感器这二种工艺之间有许多共同特性，在某些方面，可以认为厚膜工艺是陶瓷工艺的一种变型。

每种工艺技术都有自己的优点和不足。由于研究、开发和生产所需的资本投入较低，以及传感器参数的高稳定性等原因，采用陶瓷和厚膜传感器比较合理。