Уголок радиолюбителя
ULN2003 — это универсальная интегральная микросхема, состоящая из 7 идентичных и независимых драйверов, которые позволяют управлять с помощью микроконтроллера реле, небольшим двигателем постоянного тока, шаговым двигателем, низковольтными лампами или светодиодной лентой.
Каждый драйвер состоит из двух транзисторов подключенных в конфигурации Дарлингтона. Пара Дарлингтона, разработанная Сидни Дарлингтоном в 1953 году, состоит в каскадом соединении двух биполярных транзисторов, в результате чего получается очень высокий коэффициент усиления, равный произведению коэффициента усиления каждого из двух транзисторов. Благодаря этому мы можем управлять нагрузками определенной мощности с очень малыми входными токами.
Пара Дарлингтона не свободна от некоторых недостатков, которые мы рассмотрим далее. Транзистор NPN универсального назначения открывается, когда мы подаем на его базу напряжение около 0,6 В. Если мы используем небольшой ток, мы можем довести его до насыщения с очень низким напряжением коллектор-эмиттер (VCE), например, в случае BC337, это между 0,2 В и 0,5 В.
В паре Дарлингтона входное напряжение будет в два раза больше, чем 0,6 В, потому что базовые напряжения обоих транзисторов складываются, как мы это можем видеть на рисунке. Также падение напряжения на выходном транзисторе будет больше, потому что это будет сумма напряжения насыщения первого транзистора + напряжение база-эмиттер выходного транзистора.
В любом случае, эти недостатки не являются существенными, поскольку в целом выходы микроконтроллера составляют 3,3 В или 5 В, что значительно превышает порог срабатывания ULN2003.
На предыдущем рисунке мы видим внутреннюю схему одного из каналов драйвера ULN2003. Здесь мы видим входной резистор на 2,7кОм, и еще два дополнительных резистора которые улучшают характеристики драйвера. Входное сопротивление каждого канала освобождает нас от установки внешних резисторов при подключении ULN2003 к микроконтроллеру.
Во внутренней схеме мы также можем видеть защитный диод, подключенный к коллектору выходного транзистора. Данный диод предназначен для защиты транзистора от ЭДС самоиндукции, возникающей в момент отключения индуктивной нагрузки (реле или двигателей). Чтобы этот диод работал, необходимо подключить вывод 9 (COM) к положительному выводу нагрузки (см. Рисунок с примером подключения).
Коэффициент усиления каждого драйвера больше 500, поэтому для получения максимального выходного тока достаточно на вход подать ток менее 1 мА.
На рисунке мы видим ULN2003, подключенный к микроконтроллеру (это могут быть PIC, Atmel, Arduino, Raspberry PI) и с различными нагрузками (двигатели постоянного тока, светодиодная лента, реле и т. д.).
В верхней части примера (подключение двигателя) мы видим, что для получения большего выходного тока можно параллельно соединять более одного канала. Вывод (+ V) – это напряжение, необходимое для питания силовой части и не связано с питанием микроконтроллера. Необходимо только, чтобы масса их была общей.
Микросхема ULN2003 является частью семейства подобных драйверов: ULN2001, ULN2002, ULN2003, ULN2004, которые очень похожи. Различие в первую очередь в значении входного сопротивления для согласования с различной логикой.
В настоящее время микросхема ULN2003 является наиболее популярной, поскольку она хорошо работает с управляющими напряжениями 5 В (TTL) и 3,3 В (LTTL). Существует вариант с 8 каналами вместо 7 – это ULN2803. Из-за восьмого канала корпус имеет 18 выводов. В остальном он подобен ULN2003.
Скачать datasheet ULN2003 на русском (167,0 KiB, скачано: 200)