ระบบควบคุมทุกระบบจำเป็นต้องมีการเชื่อมต่อกับสภาพแวดล้อมและเงื่อนไขในกระบวนการทางกายภาพที่อยู่รอบๆ อุปกรณ์เหล่านี้มักเรียกว่าอุปกรณ์ ‘I/O’ สำหรับอินพุตและเอาต์พุต การระบุการเดินสายที่ถูกต้องของอุปกรณ์ถือเป็นสิ่งสำคัญต่อความสำเร็จของระบบทั้งในการเดินสายเริ่มต้นตลอดจนการบำรุงรักษาและการเปลี่ยนใหม่

อินพุตเซ็นเซอร์ NPN กับ PNP

อุปกรณ์เดียวที่จำกัดความเข้ากันได้คืออุปกรณ์ที่มีโครงสร้างไดโอดหรือทรานซิสเตอร์ตามที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้ นั่นหมายความว่าเครื่องจักร N.O. และปุ่มและสวิตช์ N.C. สามารถใช้กับอินพุตรูปแบบใดก็ได้ ไฟแสดงสถานะและอุปกรณ์โหลดคอยล์ส่วนใหญ่สามารถใช้กับเอาท์พุตรูปแบบใดก็ได้ นี่เป็นข่าวดีเพราะคุณไม่จำเป็นต้องตรวจสอบปุ่มกดเพื่อเรียนรู้ขั้ว NPN หรือ PNP เลย เพราะไม่มีเลย 

ปุ่มเหล่านี้สามารถติดตั้งต้นน้ำระหว่างแหล่งจ่ายไฟและ PLC (การสลับด้านพลังงาน – ธรรมดากว่า) หรือสามารถติดตั้งปลายน้ำระหว่าง PLC และกราวด์ (การสลับด้านกราวด์ – ธรรมดาน้อยกว่า)

สำหรับเซนเซอร์ DC 3 สาย มีอยู่สองประเภท สิ่งนี้สมเหตุสมผลเมื่อพิจารณาสายไฟสองประเภทสำหรับโมดูลอินพุตที่เซ็นเซอร์เหล่านี้จะเชื่อมต่อกัน

PNP และ NPN หมายถึงประเภททรานซิสเตอร์ที่ให้แรงดันเอาต์พุต ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทรานซิสเตอร์สองตัวนี้คือทิศทางของกระแส ในการกำหนดค่าเซ็นเซอร์ PNP สายไฟที่ให้สัญญาณเอาท์พุตจะจ่ายกระแสไฟขาออกที่เป็นบวกเมื่อมีพลังงาน นี่คือสิ่งที่โมดูลอินพุตที่กำลังจมต้องการเพื่อให้ทำงานได้อย่างถูกต้อง

ขั้วของเซ็นเซอร์ไม่ได้ติดป้ายกำกับไว้บนอุปกรณ์โดยตรงเสมอไป แต่มักจะพบแผนภาพการเดินสายไฟบนตัวเครื่องที่ไหนสักแห่ง เซ็นเซอร์ PNP ได้รับการยอมรับจากฉลากที่ติดอยู่กับสายสัญญาณ (โดยปกติจะเป็นสายสีดำ) โดยจะระบุแรงดันไฟฟ้า + โดยให้เครื่องหมาย + โดยตรง หรือโดยการแสดง ‘โหลด’ เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่เชื่อมต่อกับเส้น – ด้วย หากเซ็นเซอร์ให้สัญญาณ + โมดูลอินพุตจะต้องให้การเชื่อมต่อเชิงลบที่ตรงกันข้าม

ภาพด้านล่างแสดงตัวอย่างจริงบางส่วนของแผนภาพการเดินสายไฟเซ็นเซอร์ PNP โปรดสังเกตว่าในทั้งสองกรณี สายสีดำเชื่อมต่อกับ ‘โหลด’ ทรงสี่เหลี่ยม ซึ่งอีกด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับสายสัญญาณ

ทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP ซึ่งเป็นทรานซิสเตอร์แบบสองขั้วทางแยก (BJT) ทั้งสองประเภท มีโครงสร้างและหลักการทำงานคล้ายกัน แต่จะแตกต่างกันในประเภทของตัวพาประจุที่ใช้และทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า

ความแตกต่างหลักระหว่างทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP อยู่ที่ประเภทของตัวพาประจุส่วนใหญ่ที่พวกเขาใช้ ทรานซิสเตอร์ NPN ใช้อิเล็กตรอนเป็นตัวพาประจุส่วนใหญ่ ในขณะที่ทรานซิสเตอร์ PNP ใช้รู ความแตกต่างในตัวพาประจุทำให้เกิดความแตกต่างในทิศทางของการไหลของกระแส ในทรานซิสเตอร์ NPN กระแสธรรมดาจะไหลจากตัวสะสมไปยังตัวปล่อย ในทางตรงกันข้าม ในทรานซิสเตอร์ PNP กระแสทั่วไปจะไหลจากตัวปล่อยไปยังตัวสะสม

การไบแอสของทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP ก็แตกต่างกันเช่นกัน เพื่อให้ทรานซิสเตอร์ NPN อยู่ในบริเวณแอคทีฟ จุดเชื่อมต่อตัวปล่อยฐานจะต้องมีความลำเอียงไปข้างหน้า และจุดเชื่อมต่อตัวรวบรวมฐานจะต้องมีความลำเอียงย้อนกลับ สำหรับทรานซิสเตอร์ PNP สิ่งที่ตรงกันข้ามจะเป็นจริง: จุดเชื่อมต่อตัวปล่อยฐานจะต้องมีความเอนเอียงย้อนกลับ และจุดเชื่อมต่อตัวรวบรวมฐานจะต้องมีความเอนเอียงไปข้างหน้า

ในแง่ของการใช้งาน ทั้งทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP ถูกใช้ในอุปกรณ์และวงจรอิเล็กทรอนิกส์หลากหลายประเภท มักใช้ร่วมกันเป็นคู่เสริม เช่น ในเครื่องขยายสัญญาณแบบพุชพูลและลอจิกเกต CMOS ทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP ยังใช้ในการใช้งานระบบอัตโนมัติที่หลากหลายอีกด้วย ตัวอย่างเช่น สามารถใช้ควบคุมมอเตอร์ วาล์ว และแอคชูเอเตอร์อื่นๆ ได้

ทางเลือกระหว่างการใช้ทรานซิสเตอร์ NPN หรือ PNP ขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของวงจร โดยทั่วไปแล้ว ทรานซิสเตอร์ NPN มักนิยมกันเนื่องจากมีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนที่สูงกว่า ซึ่งทำให้เวลาในการสลับเร็วขึ้นและการทำงานของความถี่สูงขึ้น อย่างไรก็ตาม ทรานซิสเตอร์ PNP มักใช้ในสวิตช์ด้านสูงและตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า เนื่องจากความสามารถในการจัดการกับแรงดันไฟฟ้าสูง

โดยสรุป แม้ว่าทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP จะมีความคล้ายคลึงกันหลายประการ แต่ความแตกต่างในเรื่องตัวพาประจุ ทิศทางกระแส การไบอัส และการใช้งาน ทำให้พวกมันเหมาะสมกับบทบาทที่แตกต่างกันในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ การทำความเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญในการเลือกทรานซิสเตอร์ที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานที่กำหนด

หลักการทำงานของทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP แม้จะคล้ายกันหลายประการ แต่ก็มีความแตกต่างที่สำคัญซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากประเภทของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้และทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า

ในทรานซิสเตอร์ NPN ตัวพาประจุส่วนใหญ่เป็นอิเล็กตรอน เมื่อแรงดันไฟฟ้าบวกถูกจ่ายไปที่จุดเชื่อมต่อระหว่างตัวปล่อยฐาน-ตัวปล่อย มันจะกลายเป็นแบบเอนเอียงไปข้างหน้า ทำให้อิเล็กตรอนไหลจากตัวปล่อย (วัสดุชนิด N) ไปยังฐาน (วัสดุชนิด P) ฐานของทรานซิสเตอร์มีความบางและเจือเล็กน้อย ดังนั้นอิเล็กตรอนส่วนใหญ่จะผ่านฐานและไปถึงตัวสะสม ตัวสะสมจะมีอคติแบบย้อนกลับ ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าที่ดึงอิเล็กตรอนจากฐานไปยังตัวสะสม ซึ่งส่งผลให้กระแสขนาดใหญ่ไหลจากตัวสะสมไปยังตัวปล่อยซึ่งควบคุมโดยกระแสฐานที่เล็กกว่า 

ข้อแตกต่างที่สำคัญอีกประการหนึ่งอยู่ที่ทิศทางของการไหลของกระแสแบบธรรมดา ในทรานซิสเตอร์ NPN กระแสธรรมดาจะไหลจากตัวสะสมไปยังตัวปล่อย ตามทิศทางการไหลของอิเล็กตรอน ในทรานซิสเตอร์ PNP กระแสทั่วไปจะไหลจากตัวปล่อยไปยังตัวสะสม ตรงข้ามกับทิศทางการไหลของอิเล็กตรอน แต่ไปในทิศทางเดียวกับการไหลของรู

ความแตกต่างในหลักการทำงานระหว่างทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP เหล่านี้มีผลกระทบต่อการใช้งาน การทำความเข้าใจความแตกต่างเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบและวิเคราะห์วงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้อุปกรณ์เหล่านี้ 

ทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP แม้จะคล้ายกันหลายประการ แต่มีการใช้งานที่แตกต่างกันเนื่องจากคุณลักษณะเฉพาะ ทางเลือกระหว่างการใช้ทรานซิสเตอร์ NPN หรือ PNP ในวงจรขึ้นอยู่กับข้อกำหนดเฉพาะของวงจร รวมถึงทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า ประเภทของโหลด และคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพที่ต้องการ

โดยทั่วไปแล้วทรานซิสเตอร์ NPN มักนิยมในการใช้งานที่ต้องการการสวิตชิ่งความเร็วสูงและการทำงานความถี่สูง เนื่องจากอิเล็กตรอนซึ่งเป็นพาหะประจุส่วนใหญ่ในทรานซิสเตอร์ NPN มีความคล่องตัวสูงกว่ารู ซึ่งเป็นพาหะประจุส่วนใหญ่ในทรานซิสเตอร์ PNP การเคลื่อนตัวของอิเล็กตรอนที่สูงขึ้นทำให้ทรานซิสเตอร์ NPN เปิดและปิดได้รวดเร็วยิ่งขึ้น ทำให้เหมาะสำหรับวงจรดิจิตอลความเร็วสูงและวงจรแอนะล็อกความถี่สูง 

นอกจากนี้ ทรานซิสเตอร์ NPN มักใช้ในสวิตช์ด้านต่ำ โดยที่โหลดเชื่อมต่อระหว่างทรานซิสเตอร์กับแรงดันไฟฟ้าที่เป็นบวก ในการกำหนดค่านี้ ขั้วต่อตัวส่งสัญญาณของทรานซิสเตอร์ NPN เชื่อมต่อกับกราวด์ และทรานซิสเตอร์จะสลับการไหลของกระแสไปที่โหลด นี่เป็นการกำหนดค่าทั่วไปในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลัง วงจรควบคุมมอเตอร์ และวงจรลอจิกดิจิทัล