传感器输出结构及连接电路介绍

2023-06-25 理论教育版权反馈

【摘要】：图3-20所示的传感器输出接口描述了8种不同的连接外部器件的电路结构。主电路中，传感器中的光电二极管发出光束使场效应管打开。晶体管发射极与电源正端相连，所以在PNP器件中，电流从发射极流到集电极，然后从传感器输出到负载。用每个器件的集电极之间的开关来控制输出，当开关处于上面的位置，传感器是PNP输出，电路工作于电流源方式。传感器的电流最大时，饱和压降为NPN直流1.2V，PNP直流2V。

图3-20所示的传感器输出接口描述了8种不同的连接外部器件的电路结构。这些器件可以是一个开关强电流的继电器、一个指示灯或者一个真空电子管。在此情况下，外部负载的电压-电流特性与传感器的最大输出特性相容。例如，图3-20（e）、（f）所示E3A2传感器的额定输出为直流电压30V，最大电流为200mA。外部连接的器件不能超过这些限制。

（1）继电器输出。图3-20（a）所示的继电器输出电路中有一个NPN 晶体管开关，使用晶体管开关设置单刀双掷接触器，打开一个继电器。负载的外部电源可以是交流或直流，极性没有特殊要求。当电感（继电器线圈）开和关时，瞬时电压下降，集电极两端的二极管用于续流。负载的供电电压与传感器的电源完全隔离。E3A2传感器中，交流250V时，继电器的触点可以开关3A电流，直流30V时，也可以开关3A电流。

（2）可控硅整流器。图3-20（b）描述了可控硅整流器（SCR）的输出。图中，带垂直箭头的菱形符号代表全波整流桥，二极管方向如图所示。外部负载的电源是交流电压。可控硅整流器（SCR）的工作类似于单向整流器，如果负载与可控硅整流器（SCR）直接相连，那么电流只能通过交流电压的正半周流动。桥型整流器保证了电流可以经过交流电压的负半周和正半周流向负载。在一些传感器中，可控硅整流器（SCR）和整流桥被三端双向可控硅开关元件替代，可以工作于交流电压的负半周和正半周。

主电路中的传感器输入电路和输出驱动电路之间有一个光电隔离器。光电隔离器保证了输入电路和输出电路的电源和地完全隔离。交流电压250V时，可控硅整流器（SCR）和整流桥的额定电流为200mA，最小电流为5mA，最大浪涌电流为2A，最大漏电流为1mA。最小电流为保证可控硅整流器（SCR）处于打开状态的最小值，漏电流是可控硅整流器（SCR）关闭时的电流。

（3）场效应管输出。图3-20（c）描述了场效应管（FET）输出。主电路中，传感器中的光电二极管发出光束使场效应管打开。光电场效应管具有和上面电路中一样的电气隔离。以互补方式（源极连接在一起）连接场效应管，二极管短路漏极和源极，从而输出可以控制任何极性的交流电压和直流电压。图中还列出了E3JU型传感器的限制电流和负载电压的范围。

（4）单引脚电流沉和电流源输出。图3-20（d）所示电路为一个NPN输出晶体管。采用这种连接方式，传感器的输出吸收负载电流还是作为负载电流源，取决于负载与电源的连接。无论是与红色还是与黑色端子相连，桥式电路均可以使传感器电源与正电压相连。不管外部直流电源的极性如何，桥式电路都可以维持光电型传感器开关的正向/负向电压。通过外部供电的极性来设置传感器，采用有光-打开或无光-打开的工作方式。注意，此图中的极性用于设置传感器为有光-打开工作方式。

对于电流沉方式，负载位于白色端子和电源正极之间。对于电流源方式，负载位于相同的输出和地线端之间。给传感器供电的电源同样可以用于给负载供电。在电流源方式，负载电压为逻辑电压，传感器可以为逻辑控制提供1.5～3mA的电流。也就是说，电流源的输出可以为单元控制器提供输入，如可编程逻辑控制器。而电流沉方式下，E3S-VS传感器可以吸收的最大电流为80mA，集电极-发射极上的压降最大为1V。齐纳二极管用于保护NPN输出晶体管，防止输出端与电源电压突然短路。

（5）常开（NO）和常闭（NC）输出的NPN和PNP传感器。图3-20（e）所示的PNP传感器和图3-20（f）所示的NPN传感器提供两种输出。一种为常开（NO）结构，另一种为常闭（NC）结构。图3-20（e）是一个电流源电路，当传感器接收不到光线时，上面的晶体管常闭，下面的晶体管打开。晶体管发射极与电源正端相连，所以在PNP器件中，电流从发射极流到集电极，然后从传感器输出到负载。设置器件驱动器，使一个输出工作于常开方式，其他的都工作于常闭方式。两个驱动电路都有光电隔离部分，晶体管使用齐纳二极管来防止输出与地短路。

图3-20（f）所示的电流沉电路工作方式与电流源电路相似，NPN晶体管控制输出端子到地线的开关，并且吸收足够的电流来接通负载。此外，提供了常开和常闭两种输出模式，其他所有的特征都与电流源方式相同。两种类型的传感器在直流电压30V时，具有的最大电流为200mA。当电流为200mA时，晶体管的饱和压降为直流电压2V。

（6）可选择输出的NPN和PNP传感器。最后的两个电路[图3-20（g）、（h）]，通过改变开关位置，可以作为电流沉或电流源电路工作。学习这两个电路时注意，每个原理图中上面有一个PNP晶体管，下面有一个NPN晶体管。用每个器件的集电极之间的开关来控制输出，当开关处于上面的位置，传感器是PNP输出，电路工作于电流源方式。开关处于下面的位置，NPN起作用，传感器吸收电流，电路工作于电流沉方式。

图3-21中传感器面板包括NPN/PNP开关、范围灵敏度调节、有光-打开和无光-打开选择器、稳定度和接收指示发光二极管（LED）。

传感器的电压范围和最大电流值示于图3-20（g）、（h）中。传感器的电流最大时，饱和压降为NPN直流1.2V，PNP直流2V。

传感器输出结构及连接电路介绍

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