Dans le monde industriel, il existe de nombreux types de sorties de capteurs. Certaines sont simples, comme les sorties discrètes, tandis que d’autres sont complexes, telles que les sorties Ethernet ou analogiques. Quel que soit leur niveau de complexité, elles partent toutes du principe qu'un capteur capte un signal physique, tel que la lumière ou le son, et y répond par un signal électrique, ou sortie. Ces deux types de sorties ont leurs utilités respectives. Mais lorsqu'on aborde les sorties discrètes, il y a quelques points à connaître.
Comprendre les sorties discrètes
Il existe deux grands types de sorties discrètes : les sorties à relais électromécaniques (EM) et les sorties à semi-conducteurs. Toutes deux sont discrètes, c'est-à-dire qu'elles indiquent si un état est présent ou absent, par exemple « activé » ou « désactivé », « vrai » ou « faux ».
Les sorties à relais électromécaniques utilisent un commutateur mécanique pour modifier l'état du flux de signal. Lorsqu'un électroaimant s'active dans une sortie à relais électromécanique, celui-ci tire une armature vers le bas afin de fermer un contact. Cela ferme le circuit et permet au courant de circuler. Lorsque l'électroaimant s'éteint, un ressort ramène l'armature en position initiale, ce qui ouvre le contact et interrompt le passage du courant. Ces commutateurs sont plus adaptés à la commutation de charges électriques élevées que les sorties à semi-conducteurs, mais leurs pièces mobiles limitent leur durée de vie et leur vitesse de réponse est légèrement plus lente que celle des sorties à semi-conducteurs.
Les sorties discrètes les plus courantes sont de type à semi-conducteurs. Elles sont commandées par des transistors, qui constituent des commutateurs électroniques permettant d’activer ou de désactiver le courant. On peut considérer les sorties à semi-conducteurs comme des relais électromagnétiques, mais sans aucune pièce mobile. Elles offrent des vitesses de commutation élevées et résistent aux chocs et aux vibrations. Banner propose des capteurs dotés de sorties à semi-conducteurs en courant alternatif (CA) et en courant continu (CC). Toutefois, les sorties à semi-conducteurs de type PNP ou NPN ne sont disponibles que sur les appareils à courant continu (CC).
Alors, quelle est la différence entre PNP et NPN ?
Bien qu'il soit courant de désigner les capteurs par les abréviations PNP ou NPN, celles-ci font en réalité référence au type de transistor utilisé dans le dispositif. La différence entre PNP et NPN réside dans la structure du matériau semi-conducteur présent à l'intérieur du transistor. Dans un transistor PNP, le matériau semi-conducteur est constitué de trois couches : une couche négative (N) entre deux couches positives (P) : Positif-Négatif-Positif, ou PNP. De même, un transistor NPN comporte une couche positive prise en sandwich entre deux couches négatives : négatif-positif-négatif, soit NPN. Malgré leur structure différente, ces deux types de transistors possèdent des bornes d’alimentation positives et négatives et sont raccordés à un dispositif appelé « charge », tel qu’un voyant lumineux, un concentrateur ou un maître IO-Link, un automate programmable (PLC), etc.
Sorties PNP
Également appelée « sortie de source », une sortie PNP alimente en courant la charge qui y est connectée. La charge électrique est raccordée entre la sortie du capteur et le pôle négatif (commun) de l'alimentation. La tension de sortie est identique à la tension d'alimentation.
Sorties NPN
Comme elles fournissent la masse au circuit, les sorties NPN sont également appelées « sorties à courant absorbé ». Dans ce cas, la charge électrique est connectée entre la sortie du capteur et le pôle positif de l'alimentation. La tension de sortie correspond à un signal de masse. Dans les sorties NPN, le sens du courant est inverse à celui des sorties PNP.
Les différents types de sorties des capteurs
Les différents capteurs présentent des types de sorties variés. Les capteurs bipolaires intègrent à la fois des transistors PNP et NPN dans une configuration à double sortie. Si vous ne savez pas quel type de sortie vous convient, vous pouvez connecter l’une ou l’autre. En règle générale, toutefois, une seule sortie est connectée à l’automate programmable.
Les capteurs à sorties complémentaires sont soit de type PNP, soit de type NPN. Ces dispositifs possèdent deux fils de sortie : l'un est ouvert et l'autre est fermé.
Une sortie push-pull comprend à la fois des transistors de sortie PNP et NPN sur le même circuit. Si le circuit est activé et émet un signal PNP, il émettra un signal NPN lorsqu'il sera désactivé (et inversement). Les capteurs dotés d'une sortie push-pull disposent d'un réglage de polarité qui permet à l'utilisateur de choisir quelle sortie est active lorsque le capteur se déclenche.
Quand utiliser les configurations PNP et NPN ?
Le choix du type de sortie discrète que vous utiliserez dépend souvent de la région du monde où vous vous trouvez. En Asie, environ 90 % des sorties sont de type NPN. En Europe, environ 90 % des sorties sont de type PNP. Aux États-Unis, la répartition entre NPN et PNP est d'environ 60/40.
Un automate programmable (PLC) attendra un signal de type PNP ou NPN ; veillez donc à utiliser la sortie de capteur adaptée au signal requis par le PLC pour votre application spécifique. Vous trouverez ces informations dans la documentation de l'automate et sur les schémas de câblage.
Lorsque vous travaillerez sur votre prochaine application, contactez les experts de Langir Engineering pour vous aider à déterminer vos besoins spécifiques en matière de sorties PNP ou NPN.
Télécharger le guide sur les interrupteurs capacitifs de Langir (PDF)
Cet article s'appuie sur des informations techniques initialement publiées par Banner (bannerengineering.com).
