Sensor PNP x NPN : Entenda Denifinitivamente as Diferenças

/, Sensores Industriais/Sensor PNP x NPN : Entenda Denifinitivamente as Diferenças

Quem da área técnica não tenha sofrido pelo menos uma vez na vida com a diferença entre PNP e NPN? Alguma vez você já se deparou com um sensor PNP instalado incorretamente em um CLP NPN? Se você já esteve confuso entre estes termos, este artigo vai lhe ajudar mostrando como é a construção de um sensor com transistor PNP e um sensor com transistor NPN. Você também poderá aprender o quanto é fácil converter um sensor PNP em NPN e vice versa de forma a economizar peças sobressalentes ou até mesmo salvar a produção em caso da necessidade de reposição do sensor por equipamento parado.

1 – Definição de Sensor PNP e NPN

As saídas dos sensores digitais se comportam como transistores pois quando um sensor detecta um objeto, ele irá disparar o transistor interno que controla a saída (o que essencialmente age como um interruptor) e, dependendo do seu projeto, ele atuará como um transistor tipo NPN ou PNP.

Uma saída NPN é comumente chamada de saída “sinking”. Assim, quando o sensor detecta um objeto, o retorno fornecerá o polo negativo (0 V) para a carga que por sua vez precisará do ponto positivo para que a corrente possa fluir por ela. Por outro lado, um sensor com saída PNP é comumente chamado de fonte ou “sourcing” pois quando o mesmo detecta um objeto, ele fornecerá para a carga o polo positivo (+12V, +24V, etc). Veja na Figura abaixo:

pnp npn na nf pnp npn na nf

Figura 1 – Sensores 3 Fios. (a) PNP NA, (b) NPN NA, (c) PNP NF, (d) NPN NF.

Pela Figura 1 acima, podemos compreender alguns conceitos:

  1. Os fios dos sensores possuem cores padronizadas internacionalmente que na Figura 1 são representadas por Ma (Marrom), Pr(Preto) e Az(Azul);
  2. Por norma, o fio Marrom (Ma) é sempre o positivo (Ex: 12V, 24V). Por sua vez o Azul (Az) é sempre o fio negativo (0 V) e o fio Preto (Pr) é o retorno. Veja que o retorno é o resultado do estado do sensor (atuado ou não atuado);
  3. Em um sensor tipo PNP, (a) e (c) na Figura 1, a carga é conectada ao sensor e ao polo negativo da alimentaçñao. Isto porque como vimos, neste caso, o sensor sempre fornecerá energia para a carga (Source).
  4. Em um sensor tipo NPN, (b) e (d) na Figura 1, a carga é conectada ao sensor e ao polo positivo da alimentaçñao. Isto porque como vimos, neste caso, o sensor sempre receberá energia da carga (Sinking).
  5. Por padrão, uma corrente elétrica sempre flui do polo positivo para o polo negativo. Enquanto que na Figura 1 (c) existe uma corrente fluindo do sensor para a carga (PNP), no NPN (d) a corrente flui da carga para o sensor.
Por favor, instale o Adobe Flash para Suportar este Vídeo

No caso de você não ter a certeza do tipo de saída que você irá precisar, é possível encontrar no mercado alguns fabricantes que produzem sensores com as 2 saídas (sensores a 4 fios) ou com saídas configuráveis. Neste caso, o sensor pode ser configurado para funcionar como um tipo NPN ou PNP.

Atenção: Não devemo confundir PNP/NPN com NA/NF. Sensores do tipo PNP podem ser normalmente abertos (NA) ou normalmente fechados (NF) assim com os do tipo NPN podem ser NA ou NF. No caso de um sensor do tipo PNP NA, quando o mesmo estiver em uma situação normal, sem detecção de objeto, não teremos nehuma corrente fluindo para a carga. Então, quando um objeto se aproximar do sensor, o transisitor vai atuar com um interruptor fornecendo o polo positivo para a carga fazendo com que a corrente flua na carga.

2 – No Meu Projeto Devo Utilizar Sensor PNP ou NPN?

No Brasil e na América como um todo, influenciada principalmente pelo mercado de automação dos Estados Unidos, o pradrão PNP impera e consequentemente eles são mais populares e mais facilmente encontrados se comparados ao padrão NPN. Soma-se também o fato de que sensores Sourcing são mais fáceis de serem compreendidos pelos técnicos pois quando o sensor estiver atuado, ele possuirá no seu terminal de retorno  uma tensão positiva. Mas não se apegue a este argumento pois na maioria das vezes, a preferência pelo tipo a ser adotada no projeto acaba sendo pessoal ou no que vai ser mais fácil usar. Não devemos esquecer também de que o CLP vai intererir bastante no padrão que deverá ser adotado pois se você projetar um CLP NPN, para ligar sensores PNP, precisará de utilizar relês, o que poderá encarecer o projeto.

Historicamente, do outro lado do continente, a Asia adotou o padrão NPN enquanto que a Europa adotou o PNP.

Historically, Asia standardized early on NPN sensors (aqui encontramos fabricantes como Onrom e Delta), while in Europe the popular choice is PNP.

3 – Convertendo PNP para NPN ou Vice Versa com um Relê

Independentemente do pradrão utilizado, caso você precise, é simples fazer a conversão utilizando um relê. Basta seguir conforme Figura abaixo:

conversao pnp para npn rele conversao pnp para npn rele

Figura 2 – Conversão PNP para NPN e vice versa utilizando um relê.

Na Figura 2, podemos verificar o equema utilizado para fazer a conversão. Neste caso eu utilizei um relê 24V com 1 contato NA código 2903361.

É importante ressaltar que a conversão com relê é eficiente em aplicações onde não se tem a necessidade de uma frequência de chaveamento alta pois caso haja este necessidade, o relê não funcionará devido ao seu tempo de resposta. Nestas situações deverá ser utilizado um transistor.

Referências:

  • https://www.controldesign.com/articles/2016/how-to-decide-between-pnp-and-npn/
  • http://www.more-control.com/blog/post/75/npn-and-pnp-sensor-outputs-finally-explained
  • https://program-plc.blogspot.com.br/2016/03/difference-between-pnp-and-npn-sensor.html
  • https://www.element14.com/community/blogs/jimfaq/2009/11/02/what-are-npn-and-pnp-outputs-on-sensors
  • https://automation-insights.blog/2011/01/18/industrial-sensing-fundamentals-back-to-the-basics-npn-vs-pnp/
Formado em Engenharia Elétrica pela UNESP (Universidade Estadual Paulista) com Pós Graduação MBA em Gestão de Projetos pela FVG (Fundação Getúlio Vargas) e certificação internacional em Gestão de Projetos pelo PMI (Project Management Institute). Também possui certificação Green Belt em Lean Six Sigma. Atuou na implantação dos pilares de Engenharia de Confiabilidade Operacional e Gestão de Ativos Industriais em grandes empresas como Votorantim Metais (CBA) e Votorantim Cimentos. Como Gerente de Projetos pela Siemens e Citisystems, coordenou vários projetos de automação e redução de custos em empresas como Usiminas, JBS Friboi, Metso, Taesa, Cemig, Aisin, Johnson Controls, Tecsis, Parmalat, entre outras. Possui experiência na implementação de ferramentas Lean Manufacturing em empresas como: Faurecia, ASBG, Aisin Automotive, Honda, Unicharm e Flextronics. Atualmente é Diretor de Projetos na empresa Citisystems e membro do Conselho de Administração da Inova, organização gestora do Parque Tecnológico de Sorocaba.