Der UNL2003 IC enthält 7 Hochspannungs- und Hochstrom-NPN-Darlington-Transistor-Arrays mit einer Nennspannung von jeweils 50 V und 500 mA in einem 16-Pin-DIP-Gehäuse. Sie können den IC ohne externen Vorwiderstand direkt an eine digitale Logik (wie Arduino oder Raspberry Pi, TTL oder 5V CMOS-Gerät) anschließen. Dieser IC verfügt über „Common-Cathode Flyback Diodes“ zum Schalten induktiver Lasten. Der ULN2003 ist für seine hohe Strom- und Hochspannungskapazität bekannt.
Die Darlington-Paare können für einen höheren Stromausgang „parallelgeschaltet“ werden. Die Eingänge sind mit TTL- und 5-V-CMOS-Logik kompatibel.
Lassen Sie uns nun tief in die Materie eintauchen und uns die Interna des IC ansehen und wie er in unseren Projekten verwendet werden kann.
Die Kerbe oben zeigt die Start- und Endpunkte der Nummerierung des Chips an. Von links nach rechts und gegen den Uhrzeigersinn ist dies der Pin Nummer 1 des IC.
Im Inneren des ICs befinden sich die Arrays der 7 NPN-„Darlington-Transistoren“. Darlington-Transistoren wurden erstmals 1953 von Sidney Darlington erfunden. Ein Darlington-Paar ist eine Schaltung bestehend aus zwei Bipolartransistoren, wobei der Emitter des einen Transistors mit der Basis des anderen Transistors verbunden ist. In diesem Aufbau wird der vom ersten Transistor verstärkte Strom vom zweiten Transistor weiter verstärkt. Die Kollektoren beider Transistoren sind miteinander verbunden. Diese Konfiguration hat eine viel höhere Stromverstärkung als jeder einzelne Transistor. Ein kleiner Basisstrom kann dazu führen, dass das Paar auf einen viel höheren Strom umschaltet.
Es sieht so aus, als wäre es nur ein einzelner Transistor mit nur einer Basis, einem Kollektor und einem Emitter. Erzeugen einer hohen Stromverstärkung ungefähr dem Produkt der Verstärkungen der beiden Transistoren: β Darlington = (β 1 * β 2) + β 1 + β 2
Da β1 und β2 hoch genug sind, können wir die obige Aussage wie folgt schreiben: β Darlington ≈ β 1 * β 2 Diese Verbindung erzeugt den Effekt eines einzelnen Transistors mit einer sehr hohen Stromverstärkung.
Die 7 Ausgänge sind alle „Open Collector“. Mit Open Collector meinen wir einen Collector, der an nichts gebunden ist. Es ist einfach offen. Damit ein Open-Collector-Ausgabegerät funktioniert, muss der Open-Collector ausreichend Strom erhalten. Damit ein NPN-Transistor funktioniert, müssen sowohl der Kollektor als auch die Basis ausreichend Strom erhalten. Die Basis schaltet den Transistor ein und dann fließt ein viel größerer Strom vom Kollektor zum Emitter, allerdings nur, wenn am Kollektor ausreichend positive Spannung anliegt.
Wenn Sie also eine Last mit einem Open-Collector-Ausgang an den Ausgang des Chips anschließen möchten, müssen Sie die Last an eine positive Spannungsquelle anschließen, die ausreicht, um die Last anzutreiben. Daher wird die +ve-Seite der Last mit der +ve-Spannungsschiene und die -ve-Seite mit dem OUTPUT-Pin des IC verbunden. Wenn also der Basisstrom auf HIGH geht, fließt der Strom vom Kollektor zum Emitter und die Ausgangslogik geht auf LOW, wodurch die mit dem OUT-Pin des IC verbundene LED (Last) eingeschaltet wird und umgekehrt.
Der maximale Ausgangsstrom eines einzelnen OUTPUT-Pins beträgt 500 mA und der gesamte Emitter-Anschlussstrom beträgt 2,5 A gemäß Datenblatt.
Schauen wir uns nun ein einzelnes Darlington-Paar (interner Schaltplan) des ULN2003-IC genauer an. Die GPIO-Eingangsspannung wird über einen in Reihe geschalteten 2,7-kΩ-Basiswiderstand zwischen Eingang und Basis des Darlington-NPN-Übergangs in Basisstrom umgewandelt. Dadurch kann der IC direkt an eine digitale Logik (wie Arduino, Raspberry Pi, TTL oder 5-V-CMOS-Gerät) angeschlossen werden, ohne dass externe Vorwiderstände erforderlich sind, die mit Versorgungsspannungen von 5 V oder 3,3 V betrieben werden.
Die 7,2-kΩ- und die 3-kΩ-Widerstände, die zwischen Basis und Emitter des jeweiligen NPN-Transistors geschaltet sind, fungieren als Pulldown-Widerstände, die schwebende Zustände verhindern und die Menge an Leckströmen unterdrücken, die am Eingang auftreten können.
Um die Wirksamkeit zu maximieren, enthalten diese Geräte „Unterdrückungsdioden“ für induktive Lasten. Die zwischen dem OUT-Pin und dem COM-Pin (PIN 9) angeschlossene Diode dient zur Unterdrückung der „Rückschlagspannung“ einer induktiven Last, die entsteht, wenn die NPN-Treiber ausgeschaltet sind und die gespeicherte Energie der Spulen eine Umkehrung verursacht Stromfluss.
Zwischen dem Basis-Emitter- und dem Kollektor-Emitter-Paar ist außerdem eine in Sperrrichtung vorgespannte Unterdrückungsdiode platziert, um die parasitäre Natur der NPN-Transistoren zu vermeiden.
Pin 8 ist mit dem GND verbunden.
Induktive Last Im Falle einer induktiven Last kann der IC, wenn der COM-Pin mit einer Spule verbunden ist, induktive Lasten ansteuern und die Rückschlagspannung über die internen Freilaufdioden unterdrücken.
Widerstandslast Beim Ansteuern einer Widerstandslast ist ein Pullup-Widerstand erforderlich, damit der IC Strom aufnehmen und einen logischen HIGH-Pegel aufrechterhalten kann. In diesem Fall kann der COM-Pin schwebend (nicht verbunden) bleiben.
Dieses Gerät kann in einem weiten Temperaturbereich zwischen –40 °C und 105 °C betrieben werden.
Schließen wir diesen IC nun an einen Schaltkreis an. Wie wir wissen, kann der ULN2003-IC problemlos ein Hochstrom- oder Hochspannungsgerät (oder beides) ansteuern, was ein Mikrocontroller oder ein Logikgerät nicht tolerieren kann. Daher werden sie häufig zum Antrieb induktiver Lasten wie Motoren, Magnetspulen und Relais eingesetzt.
Sie fragen sich vielleicht, warum ich 3 EINGÄNGE und AUSGÄNGE kombiniert habe und nicht nur 2? Laut Datenblatt ist jeder Pin für 500 mA ausgelegt, der Gesamtausgang beträgt jedoch 2,5 A (*** Seite 4 des Datenblatts ****). Daher sind 2,5 A / 7 Pins = ca. 0,36. Also, 0,36 * 3 = 1,07 Ampere ca. Das ist es, was wir wollen.
Der von Texas Instruments hergestellte ULN2003A kann verwendet werden für:
Weitere Informationen zur Verpackung und zum verwendeten Material finden Sie im Datenblatt. Der Link befindet sich in der Beschreibung unten. Konsultieren Sie immer das Datenblatt eines Herstellers, bevor Sie Industriekonventionen übernehmen, egal wie intuitiv oder offensichtlich sie auch sein mögen. „Widern Sie sich angesichts von Unklarheiten der Versuchung, zu raten.“ - Zen von Python
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Datenblatt: https://github.com/tarantula3/ULN2003
Darlington-Transistor: https://en.wikipedia.org/wiki/Darlington_transistor
Open-Collector-Ausgabe: https://www.learningaboutelectronics.com/Articles/Open-collector-output.php
Transistor-Transistor-Logik: https://en.wikipedia.org/wiki/Transistor%E2%80%93transistor_logic
CMOS: https://en.wikipedia.org/wiki/CMOS
Parasitäre Struktur: https://en.wikipedia.org/wiki/Parasitic_structure
NodeMCU-basiert – 3D-gedrucktes Innenthermometer: https://www.youtube.com/watch?v=vO6adrETQIA
TTL: Transistor-Transistor-Logik
CMOS: Komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter
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Danke, ca nochmal in meinem nächsten Tutorial.
Odysee: https://odysee.com/@Arduino:7/All-About-IC-ULN2003:d
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Blog1: https://diy-projects4u.blogspot.com/2024/05/All-About-IC-UNL2003.html
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