In der Industrie gibt es viele verschiedene Arten von Sensorausgängen. Einige sind einfach, wie beispielsweise diskrete Ausgänge, andere hingegen komplex, wie Ethernet- oder analoge Ausgänge. Unabhängig vom Komplexitätsgrad beginnen sie alle damit, dass ein Sensor ein physikalisches Signal, wie beispielsweise Licht oder Schall, aufnimmt und darauf mit einem elektrischen Signal – dem Ausgangssignal – reagiert. Beide Arten von Ausgängen haben ihre jeweiligen Anwendungsbereiche. Wenn es jedoch um diskrete Ausgänge geht, gibt es einige Dinge, die Sie wissen sollten.
Diskrete Ausgänge verstehen
Es gibt zwei Haupttypen von diskreten Ausgängen: elektromechanische (EM) Relaisausgänge und Halbleiterausgänge. Beide sind diskret, d. h., sie geben an, ob etwas sich in dem einen oder dem anderen Zustand befindet, beispielsweise „ein“ oder „aus“, „wahr“ oder „falsch“.
Elektromechanische Relaisausgänge nutzen einen mechanischen Schalter, um den Zustand des Signalflusses zu ändern. Wenn ein Elektromagnet in einem elektromechanischen Relaisausgang aktiviert wird, zieht er einen Anker nach unten, um einen Kontakt zu schließen. Dadurch wird ein Stromkreis geschlossen und der Stromfluss ermöglicht. Wenn der Elektromagnet abgeschaltet wird, zieht eine Feder den Anker zurück, wodurch der Kontakt geöffnet und der Stromfluss unterbrochen wird. Diese Schalter eignen sich besser zum Schalten hoher elektrischer Lasten als Halbleiterausgänge, jedoch schränken die beweglichen Teile ihre Lebensdauer ein und sie weisen im Vergleich zu Halbleiterausgängen eine etwas langsamere Ansprechgeschwindigkeit auf.
Die gängigsten diskreten Ausgänge sind Halbleiterausgänge. Sie werden durch Transistoren angesteuert – elektronische Schalter, die den Strom ein- oder ausschalten. Man kann sich Halbleiterausgänge wie ein elektromagnetisches Relais vorstellen, allerdings ohne bewegliche Teile. Sie bieten schnelle Schaltzeiten und sind stoß- und vibrationsfest. Banner bietet Sensoren sowohl mit Wechselstrom- als auch mit Gleichstrom-Halbleiterausgängen an. PNP- oder NPN-Halbleiterausgänge sind jedoch nur bei Gleichstromgeräten verfügbar.
Was ist also der Unterschied zwischen PNP und NPN?
Obwohl Sensoren häufig als PNP oder NPN bezeichnet werden, beziehen sich diese Abkürzungen eigentlich auf den im Bauteil verwendeten Transistortyp. Der Unterschied zwischen PNP und NPN liegt im Aufbau des im Transistor enthaltenen Halbleitermaterials. Bei einem PNP-Transistor besteht das Halbleitermaterial aus drei Schichten: einer negativen (N) Schicht zwischen zwei positiven (P) Schichten: Positiv-Negativ-Positiv, kurz PNP. Entsprechend weist ein NPN-Transistor eine positive Schicht auf, die zwischen zwei negativen Schichten liegt: Negativ-Positiv-Negativ, kurz NPN. Trotz ihres unterschiedlichen Aufbaus verfügen beide Varianten über positive und negative Anschlussleitungen und werden an ein Gerät angeschlossen, das als Last bezeichnet wird, beispielsweise eine angeschlossene Kontrollleuchte, einen Hub oder einen IO-Link-Master, eine SPS usw.
PNP-Ausgänge
Ein PNP-Ausgang, der auch als „Sourcing-Ausgang“ bezeichnet wird, liefert den Strom an die angeschlossene Last. Die elektrische Last wird zwischen dem Sensorausgang und dem Minuspol (Gemeinsamer Anschluss) der Stromversorgung angeschlossen. Die Ausgangsspannung entspricht der Versorgungsspannung.
NPN-Ausgänge
Da sie die Masse für den Schaltkreis bereitstellen, werden NPN-Ausgänge auch als „Sinking-Ausgänge“ bezeichnet. In diesem Fall wird die elektrische Last zwischen dem Sensorausgang und dem Pluspol der Stromversorgung angeschlossen. Die Ausgangsspannung ist ein Massesignal. Bei NPN-Ausgängen fließt der Strom in entgegengesetzter Richtung wie bei PNP-Ausgängen.
Die verschiedenen Arten von Sensorausgängen
Verschiedene Sensoren verfügen über unterschiedliche Ausgangstypen. Bipolare Sensoren enthalten sowohl PNP- als auch NPN-Transistoren in einer Konfiguration mit zwei Ausgängen. Wenn Sie sich nicht sicher sind, welchen Ausgangstyp Sie benötigen, können Sie den einen oder den anderen anschließen. An die SPS wird jedoch in der Regel nur ein Ausgang angeschlossen.
Sensoren mit komplementären Ausgängen sind entweder PNP- oder NPN-Sensoren. Diese Bauelemente verfügen über zwei Ausgangsleitungen, von denen eine offen und die andere geschlossen ist.
Ein Push-Pull-Ausgang enthält sowohl PNP- als auch NPN-Ausgangstransistoren in derselben Schaltung. Ist die Schaltung eingeschaltet und sendet ein PNP-Signal, sendet sie im ausgeschalteten Zustand ein NPN-Signal (und umgekehrt). Sensoren mit einem Push-Pull-Ausgang verfügen über eine Polaritätseinstellung, mit der der Anwender festlegen kann, welcher Ausgang aktiv ist, wenn der Sensor anspricht.
Wann PNP und NPN verwendet werden sollten
Je nachdem, in welchem Teil der Welt Sie sich befinden, hängt oft ab, welche Art von diskreter Ausgangsschaltung Sie verwenden werden. In Asien sind etwa 90 Prozent der Ausgänge vom Typ NPN. In Europa sind etwa 90 Prozent der Ausgänge vom Typ PNP. In den Vereinigten Staaten beträgt das Verhältnis von NPN zu PNP etwa 60 zu 40.
Eine SPS erwartet entweder ein PNP- oder ein NPN-Signal. Achten Sie daher darauf, dass Sie den richtigen Sensorausgang verwenden, der dem jeweiligen Signal entspricht, das die SPS für Ihre konkrete Anwendung benötigt. Diese Informationen finden Sie in der Dokumentation zur SPS und in den Schaltplänen.
Wenn Sie an Ihrer nächsten Anwendung arbeiten, Wenden Sie sich an die Experten von Langir Engineering um Ihnen bei der Ermittlung Ihrer spezifischen Anforderungen an PNP- oder NPN-Ausgänge zu helfen.
Langirs Leitfaden zu kapazitiven Schaltern herunterladen (PDF)
Dieser Artikel basiert auf technischen Informationen, die ursprünglich von Banner (bannerengineering.com) veröffentlicht wurden.
