NPN与PNP的全面剖析，自动化从业者必看！

此一不二

摘要：  

作为自动化从业者，在学校里面学习的时候，我们就听到了三极管中NPN与PNP的概念，刚开始学懂了，又好像没懂。进入到社会或实训后，接触到日系的PLC，又有源型和漏型的表述，之后就开始傻傻分不清楚了。  

那么什么是NPN与PNP型、源型和漏型呢?本文通过相关的资料与自己的理解，希望能介绍清楚它们的区别与关系。  

一、起源  

在介绍NPN与PNP之前，我们需要了解一下它的本质是什么?NPN与PNP它们中间的字母代表着什么?它指代的是什么东西?  

NPN与PNP中的字母，N代表着negative，也就是负极代表Positive，也就是正极。NPN与PNP的表述方式，是为了描述三极管而定义的。三极管根据结构的不同，可以分为NPN型与PNP型，最开始是通过NPN与PNP对三极管类型的称呼。随着不同类型的三极管在电路、传感器及PLC等产品的使用，将不同类型的产品也成为NPN型与PNP型。比如使用NPN三极管设计的传感器，称为NPN型传感器。  

在各类的教科书中，NPN与PNP三极管的结构通常这样表示，如图所示：  


     

图1 NPN和PNP型三极管  

再看一下三极管的实物图：  


     

图2 各类三极管图  

如果按照书中的结构图，我们会理解成PN节的各个区域为均分关系，但是不是，实际的三级管内部结构如下所示：  


     


     

图3 三极管内部结构图  

在三极管的内部，它的结构组成是不同的。在这里需要补充的是，三极管按照结构划分为三个区域，集电区、基区和发射区。它们的面积集电区最大，基区最小，发射区次之。代号用小写字母c、b、e表示，它们来自英文collector、base、emission的首字母。作为应用人员，我们需要了解其结构，并知道NPN与PNP最开始指的是三极管的型号，N代表负极，P代表正极。  

二、三极管在PLC中的应用  

三极管由于其特性，在电路中非常常见，用途也非常广泛，可作为开关控制、放大信号等等。我们比较常见的是在PLC及传感器当中，在相关的电路图纸当中，就可以看到三极管应用的电路。这些不同类型的三极管在PLC当中，具备了不同的特性。在低压场合下，PNP三极管的使用抗干扰性更强，NPN三极管的使用安全性更好。但是两者也不能完全这么肯定的说，还是需要视具体电路而定。 欧系倾向使用PNP型，而日系更倾向使用NPN型。  

最常见的比如传感器分为NPN型号与PNP型号，如图所示：  


     

图4 传感器类型  

对于这两种类型的传感器而言，内部结构基本一致，只是输出的信号不同。对于NPN型号传感器，其输出为低电平（0V），对于PNP型号传感器，其输出为高电平（24V）。  

传感器为什么有不同型号的区别，根源在于PLC，因为PLC接收不同型号的输入信号。同样也是两种类型，NPN型和PNP型。在这里以西门子S7-1200的PLC举例说明。西门子1200系列的PLC，它的输入信号既可以支持NPN信号，也支持PNP信号，在进行使用的时候，只需要修改输入信号的公共端。  


     

图5 S7-1200 PLC接线  

如图所示，连接输入信号的时候，只需要修改1M的接入信号，则可以接入不同的传感器。比如1M接入“-”，那么输人信号则要使用PNP型号的传感器，1M接入“ ”，那么输入信号则要使用NPN型号的传感器。并且需要注意的是，所有使用到1M作为公共端的信号，其输入信号的类型必须要一致。  

三、源型和漏型  

源型和漏型的表达方式，初源自日本。它是对NPN与PNP电路的形象表述方式。以接线端子作为参考，电流的流向决定它的称呼。对于输入信号端子，电流向外为漏型，电流先内为源性。对于输出信号端子，电流向外为源型，电流向内为漏型。输入和输出是相反的，但是都有一个特性是,端子接的0V为漏型，接的24V为源型。  


     

图6 三菱输入信号源型和漏型图  


     

图7 三菱输出信号源型和漏型图  

虽然在三菱的源型和漏型的规则是如此，但在西门子PLC当中，叫法则不同，两者刚好相反。如图所示：  


     

图8 西门子PLC接线中的源型和漏型  

由于这两者的不同，源型和漏型才会被混淆。在工作当中，为避免不必要的麻烦，不建议大家使用源型和漏型的叫法，可以使用NPN或者是PNP的称呼。当我们使用NPN和PNP的时候，那么很自然的就将信号理解为高低电平（24V与0V），也不太容易混淆。  

四、总结  

在本文当中，根据三极管型号的不同，将NPN与PNP的概念拓展到各种的场合，包括NPN与PNP类型的电路、NPN与PNP型号的传感器、NPN与PNP型号的PLC。由于日系的PLC产品性价比好，国内广大从业者又认识了源型和漏型的概念。源型和漏型它是日本人对NPN与PNP的概念具象化的表示，它按照电流的方向作为划分依据。以自身作为研究对象，电流方向向外称为源型，电流方向向内称为漏型。源型和漏型在西门子的产品当中又有不同的表达，两者刚好相反。  

我们在工作当中，需要了解不同背景的人对于不同产品的表达方式，便于相互之间的交流。在实际应用的时候，建议以产品的说明书、手册为主，这样更严谨，也不容易出错。