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LSN2003

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Todo sobre IC ULN2003

El CI UNL2003 contiene 7 conjuntos de transistores Darlington NPN de alto voltaje y alta corriente, cada uno con una clasificación de 50 V, 500 mA en un encapsulado DIP de 16 pines. Puede conectar el IC directamente a una lógica digital (como Arduino o Raspberry Pi, TTL o dispositivo CMOS de 5 V) sin una resistencia de caída externa. Este IC presenta "diodos de retorno de cátodo común" para conmutar cargas inductivas. El ULN2003 es conocido por su alta capacidad de corriente y alto voltaje.

Los pares Darlington se pueden "poner en paralelo" para obtener una salida de corriente más alta. Las entradas son compatibles con lógica TTL y CMOS de 5v.

Ahora, profundicemos y revisemos los aspectos internos del IC y cómo se puede utilizar en nuestros proyectos.

Configuración y funciones de pines

La muesca en la parte superior indica los puntos de inicio y finalización de las numeraciones del chip. Comenzando de izquierda a derecha en sentido antihorario, este es el pin número 1 del IC.

En el lado izquierdo, los pines 1 a 7 están las entradas de la base.
En el lado derecho, los pines 10 a 16 están las salidas del colector.
El pin 9 es el nodo del cátodo común para diodos de retorno (requerido para cargas inductivas).
Y el pin 8 es el emisor común compartido por todos los canales del IC. Este pin normalmente está conectado a tierra.

Descripción detallada

Dentro del IC se encuentran las matrices de los 7 "transistores Darlington" NPN. Los transistores Darlington fueron inventados por primera vez en 1953 por Sidney Darlington. Un par Darlington es un circuito que consta de dos transistores bipolares con el emisor de un transistor conectado a la base del otro transistor. En esta configuración, la corriente amplificada por el primer transistor es amplificada aún más por el segundo transistor. Los colectores de ambos transistores están conectados entre sí. Esta configuración tiene una ganancia de corriente mucho mayor que la de cada transistor tomado por separado. Una pequeña corriente de base puede hacer que el par cambie a una corriente mucho más alta.

Parece como si fuera un solo transistor, con una sola base, un colector y un emisor. Creando una ganancia de corriente alta aproximadamente al producto de las ganancias de los dos transistores: β Darlington = (β 1 * β 2) + β 1 + β 2

Dado que β1 y β2 son lo suficientemente altos, podemos escribir la afirmación anterior como: β Darlington ≈ β 1 * β 2 Esta conexión crea el efecto de un solo transistor con una ganancia de corriente muy alta.

Las 7 salidas son todas "Open Collector". Por Open Collector nos referimos a un recopilador que no está adjunto a nada. Está recién abierto. Para que funcione un dispositivo de salida de colector abierto, el colector abierto debe recibir suficiente energía. Para que un transistor NPN funcione, tanto el colector como la base necesitan recibir suficiente energía. La base enciende el transistor y luego fluye una corriente mucho mayor del colector al emisor, pero sólo si el colector tiene suficiente voltaje positivo.

Entonces, si desea conectar una carga a la salida del chip con una salida de colector abierto, debe conectar la carga a una fuente de voltaje positivo que sea suficiente para impulsar la carga. Por lo tanto, el lado +ve de la carga se conecta al riel de voltaje +ve y el lado -ve se conecta al pin de SALIDA del IC. Por lo tanto, cuando la corriente de la base pasa a nivel ALTO, la corriente fluye desde el colector al emisor y la lógica de salida pasa a BAJA encendiendo el LED (carga) conectado al pin de SALIDA del IC y viceversa.

La corriente de salida máxima de un solo pin de SALIDA es de 500 mA y la corriente total del terminal del emisor es de 2,5 A según la hoja de datos.

Ahora, echemos un vistazo más de cerca a un único par Darlington (diagrama de circuito interno) del IC ULN2003. El voltaje de entrada GPIO se convierte en corriente base a través de una resistencia base en serie de 2,7 kΩ conectada entre la entrada y la base de la unión Darlington NPN. Esto permite que el IC se conecte directamente a una lógica digital (como Arduino, Raspberry Pi, TTL o dispositivo CMOS de 5 V) sin la necesidad de resistencias de caída externas que funcionen con voltajes de suministro de 5 V o 3,3 V.

Las resistencias de 7,2 kΩ y 3 kΩ conectadas entre la base y el emisor de cada transistor NPN respectivo actúan como resistencias desplegables que previenen los estados flotantes y suprimen la cantidad de fugas que pueden ocurrir en la entrada.

Para maximizar la efectividad, estas unidades contienen "diodos de supresión" para cargas inductivas. El diodo conectado entre el pin OUT y el pin COM (PIN 9) se utiliza para suprimir el "voltaje de retroceso" de una carga inductiva que se genera cuando los controladores NPN se apagan y la energía almacenada en las bobinas provoca una inversión. flujo de corriente.

También se coloca un diodo supresor de polarización inversa entre el par base-emisor y colector-emisor para evitar la naturaleza parásita de los transistores NPN.

El pin 8 está conectado a GND.

Modos funcionales del dispositivo

Carga inductiva En el caso de una carga inductiva, cuando el pin COM está conectado a una bobina, el IC puede impulsar cargas inductivas y suprimir el voltaje de retroceso a través de los diodos internos de rueda libre.

Carga resistiva Al accionar una carga resistiva, se necesita una resistencia pull-up para que el IC absorba corriente y mantenga un nivel lógico ALTO. En este caso el pin COM puede dejarse flotante (no conectado).

Este dispositivo puede funcionar en un amplio rango de temperaturas entre –40 °C y 105 °C.

Aplicaciones

Ahora, conectemos este IC a un circuito. Como sabemos, el IC ULN2003 puede controlar fácilmente un dispositivo de alta corriente o alto voltaje (o ambos), lo que un microcontrolador o un dispositivo lógico no puede tolerar. Por lo tanto, se utilizan ampliamente para accionar cargas inductivas como motores, solenoides y relés.

En mi primer ejemplo, voy a encender algunos LED usando este IC. He conectado 7 LED a los 7 pines de SALIDA del IC mediante resistencias de 220 ohmios. A mi izquierda, están las 7 entradas digitales conectadas directamente a un microcontrolador o una lógica digital TTL. Cuando se envía una lógica ALTA al pin de entrada, el pin de SALIDA correspondiente pasa a BAJO iluminando el LED.

En mi segundo ejemplo, estoy manejando un motor paso a paso unipolar usando este IC. En esta configuración, estoy usando el pin 1 ~~4 para ENTRADA y Pin 13~~ 16 para SALIDA. Cada pin de SALIDA tiene una potencia nominal de 500 mA. El pin 9 tiene el diodo supresor de picos y está conectado al terminal +ve. Al enviar combinaciones de 0 y 1 a los 4 pines de entrada, podemos rotar nuestro motor paso a paso. He utilizado esta configuración en mi galardonado vídeo tutorial: "Basado en NodeMCU - Termómetro de calibre interior impreso en 3D". El enlace se encuentra en la descripción a continuación.

En mi tercer ejemplo, voy a encender algunas bombillas de CA usando este IC. Para aplicaciones de alto voltaje, podemos usar RELÉS para controlar motores, calentadores, lámparas o circuitos de CA que por sí mismos pueden consumir mucho más voltaje/corriente eléctrica y por lo tanto poder. Podemos conectar un máximo de 7 relés a este IC. En mi configuración, conecté 4 relés a los 4 pines de SALIDA del IC. Una bombilla de CA está conectada al pin NO del relé. Cuando enviamos un ALTO digital al pin de ENTRADA, el pin de SALIDA correspondiente pasa a BAJO y la corriente fluye a través de la bobina tirando de la armadura, completando el circuito y por lo tanto iluminando la bombilla de 220 V. Igual que en la configuración anterior, el pin 9 con el diodo supresor está conectado al terminal +ve.

En mi cuarto ejemplo, les mostraré cómo obtener más de 500 mA en la SALIDA. Como sabemos que cada uno de los pines de SALIDA tiene una potencia nominal de 500 mA, entonces, ¿cómo puedo controlar un dispositivo de 1 amperio? Todo lo que tenemos que hacer es atar 3 de los pines de SALIDA en el lado de SALIDA y atar 3 de los pines de ENTRADA correspondientes en el lado de ENTRADA. Ahora los 3 pines de ENTRADA actúan como un solo pin de ENTRADA. Básicamente, podemos poner en paralelo las entradas para obtener un valor amplificado más alto de salida en paralelo.

Te preguntarás, ¿por qué combiné 3 ENTRADAS y SALIDAS y no solo 2? Según la hoja de datos, cada pin tiene una potencia nominal de 500 mA, pero la salida total es de 2,5 A (*** Página 4 de la hoja de datos ****). Por lo tanto, 2,5 A/7 pines = 0,36 aprox. Entonces, 0,36 * 3 = 1,07 amperios aprox. que es lo que queremos.

Áreas de aplicación

El ULN2003A producido por Texas Instruments se puede utilizar para:

Motores de accionamiento y solenoides.
Se puede utilizar como controlador de relé para aplicaciones de alto voltaje (7 relés como máximo)
Para controlar cargas de alta corriente utilizando circuitos digitales
Para controlar LED de alta corriente
Para crear un circuito indicador de nivel de agua.
Como controladores de pantalla LED y de descarga de gas
También se puede utilizar como búfer lógico en circuitos digitales y más...

Para obtener más información sobre el embalaje y el material utilizado, consulte la hoja de datos. El enlace está en la descripción a continuación. Consulte siempre la hoja de datos del fabricante antes de asumir convenciones industriales, sin importar cuán intuitivas u obvias puedan ser. "Ante la ambigüedad, rechaza la tentación de adivinar." - Zen de Pitón

Gracias

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