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LSN2003

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Tout sur IC ULN2003

Le circuit intégré UNL2003 contient 7 réseaux de transistors Darlington NPN haute tension et courant élevé, chacun évalué à 50 V, 500 mA dans un boîtier DIP à 16 broches. Vous pouvez connecter le circuit intégré directement à une logique numérique (comme un appareil Arduino ou Raspberry Pi, TTL ou CMOS 5 V) sans résistance de chute externe. Ce circuit intégré comporte des « diodes flyback à cathode commune » pour commuter des charges inductives. L'ULN2003 est connu pour sa capacité à courant élevé et haute tension.

Les paires Darlington peuvent être « mises en parallèle » pour une sortie de courant plus élevée. Les entrées sont compatibles avec la logique TTL et CMOS 5 V.

Maintenant, approfondissons et vérifions les composants internes du CI et comment il peut être utilisé dans nos projets.

Configuration et fonctions des broches

L'encoche en haut indique les points de départ et d'arrêt des numérotations de la puce. En partant de gauche à droite dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, il s'agit de la broche numéro 1 du circuit intégré.

Sur le côté gauche, les broches 1 à 7 se trouvent les entrées de base.
Sur le côté droit, les broches 10 à 16 se trouvent les sorties du collecteur.
La broche 9 est le nœud de cathode commune pour les diodes flyback (requis pour les charges inductives).
Et la broche 8 est l'émetteur commun partagé par tous les canaux du circuit intégré. Cette broche est généralement reliée à la terre.

Description détaillée

À l'intérieur du circuit intégré se trouvent les réseaux de 7 "transistors Darlington" NPN. Les transistors Darlington ont été inventés pour la première fois en 1953 par Sidney Darlington. Une paire Darlington est un circuit composé de deux transistors bipolaires avec l'émetteur d'un transistor connecté à la base de l'autre transistor. Dans cette configuration, le courant amplifié par le premier transistor est encore amplifié par le deuxième transistor. Les collecteurs des deux transistors sont connectés ensemble. Cette configuration présente un gain en courant bien supérieur à celui de chaque transistor pris séparément. Un faible courant de base peut faire passer la paire à un courant beaucoup plus élevé.

Il semble qu’il ne s’agisse que d’un seul transistor, avec une seule base, un seul collecteur et un seul émetteur. Créant un gain de courant élevé approximativement égal au produit des gains des deux transistors : β Darlington = (β 1 * β 2) + β 1 + β 2

Puisque β1 et β2 sont suffisamment élevés, nous pouvons écrire l'énoncé ci-dessus comme suit : β Darlington ≈ β 1 * β 2 Cette connexion crée l'effet d'un seul transistor avec un gain de courant très élevé.

Les 7 sorties sont toutes "Open Collector". Par Open Collector, nous entendons un collectionneur qui n’est attaché à rien. C'est juste ouvert. Pour qu'un périphérique de sortie à collecteur ouvert fonctionne, le collecteur ouvert doit recevoir une puissance suffisante. Pour qu’un transistor NPN fonctionne, le collecteur et la base doivent tous deux recevoir une puissance suffisante. La base rend le transistor passant, puis un courant beaucoup plus important circule du collecteur à l'émetteur, mais seulement si le collecteur a une tension positive suffisante.

Donc, si vous souhaitez connecter une charge à la sortie de la puce avec une sortie à collecteur ouvert, vous devez connecter la charge à une source de tension positive suffisante pour piloter la charge. Par conséquent, le côté +ve de la charge se connecte au rail de tension +ve et le côté -ve se connecte à la broche de SORTIE du CI. Par conséquent, lorsque le courant de base passe à HAUT, le courant circule du collecteur vers l'émetteur et la logique de sortie passe à BAS, allumant la LED (charge) connectée à la broche OUT du circuit intégré et vice-versa.

Le courant de sortie maximum d'une seule broche de SORTIE est de 500 mA et le courant total émetteur-borne est de 2,5 A, selon la fiche technique.

Examinons maintenant de plus près une seule paire Darlington (schéma de circuit interne) du circuit intégré ULN2003. La tension d'entrée GPIO est convertie en courant de base via une résistance de base série de 2,7 kΩ connectée entre l'entrée et la base de la jonction Darlington NPN. Cela permet au circuit intégré de se connecter directement à une logique numérique (comme un appareil Arduino, Raspberry Pi, TTL ou CMOS 5 V) sans avoir besoin de résistances de chute externes fonctionnant à des tensions d'alimentation de 5 V ou 3,3 V.

Les résistances de 7,2 kΩ et de 3 kΩ connectées entre la base et l'émetteur de chaque transistor NPN respectif agissent comme des résistances pulldown empêchant les états flottants et supprimant la quantité de fuite pouvant survenir à l'entrée.

Pour maximiser l'efficacité, ces unités contiennent des « diodes de suppression » pour les charges inductives. La diode connectée entre la broche OUT et la broche COM (PIN 9) est utilisée pour supprimer la « tension de rebond » d'une charge inductive qui est générée lorsque les pilotes NPN sont éteints et que l'énergie stockée dans les bobines provoque un inversement. flux de courant.

Une diode de suppression polarisée en inverse est également placée entre la paire base-émetteur et la paire collecteur-émetteur pour éviter la nature parasitaire des transistors NPN.

La broche 8 est connectée au GND.

Modes fonctionnels de l'appareil

Charge inductive Dans le cas d'une charge inductive, lorsque la broche COM est liée à une bobine, le circuit intégré est capable de piloter des charges inductives et de supprimer la tension de rebond via les diodes de roue libre internes.

Charge résistive Lors du pilotage d'une charge résistive, une résistance pullup est nécessaire pour que le circuit intégré puisse absorber le courant et maintenir un niveau logique ÉLEVÉ. Dans ce cas, la broche COM peut rester flottante (non connectée).

Cet appareil peut fonctionner sur une large plage de températures comprise entre –40°C et 105°C.

Applications

Maintenant, connectons ce circuit intégré à un circuit. Comme nous le savons, le circuit intégré ULN2003 peut facilement piloter un dispositif à courant élevé ou à haute tension (ou les deux), ce qu'un microcontrôleur ou un dispositif logique ne peut pas tolérer. Par conséquent, ils sont largement utilisés pour piloter des charges inductives telles que des moteurs, des solénoïdes et des relais.

Dans mon premier exemple, je vais allumer quelques LED en utilisant ce circuit intégré. J'ai connecté 7 LED aux 7 broches de sortie du circuit intégré via des résistances de 220 Ohm. Sur ma gauche, se trouvent les 7 entrées numériques directement interfacées soit à un microcontrôleur, soit à une logique numérique TTL. Lorsqu'une logique HIGH est envoyée à la broche d'entrée, la broche OUT correspondante passe à LOW, allumant la LED.

Dans mon deuxième exemple, je pilote un moteur pas à pas unipolaire en utilisant ce circuit intégré. Dans cette configuration, j'utilise la broche 1. ~~4 pour INPUT et broche 13~~ 16 pour la SORTIE. Chaque broche OUT est évaluée à 500 mA. La broche 9 comporte la diode de suppression de pointe et est connectée à la borne + ve. En envoyant des combinaisons de 0 et de 1 aux 4 broches d'entrée, nous pouvons faire tourner notre moteur pas à pas. J'ai utilisé cette configuration dans mon didacticiel vidéo primé : "Basé sur NodeMCU - Thermomètre à jauge intérieure imprimé en 3D", le lien se trouve dans la description ci-dessous.

Dans mon troisième exemple, je vais allumer quelques ampoules CA à l'aide de ce circuit intégré. Pour les applications haute tension, nous pouvons utiliser des RELAIS pour contrôler des moteurs, des radiateurs, des lampes ou des circuits CA qui eux-mêmes peuvent consommer beaucoup plus de tension/courant électrique et donc le pouvoir. Nous pouvons connecter un maximum de 7 relais à ce circuit intégré. Dans ma configuration, j'ai connecté 4 relais aux 4 broches OUT du CI. Une ampoule AC est connectée à la broche NO du relais. Lorsque nous envoyons un signal numérique HIGH à la broche INPUT, la broche OUT correspondante passe au niveau BAS et le courant circule à travers la bobine en tirant l'armature, complétant le circuit et allumant ainsi l'ampoule 220 V. Comme dans la configuration précédente, la broche 9 avec la diode de suppression est reliée à la borne +ve.

Dans mon 4ème exemple, je vais vous montrer comment obtenir plus de 500 mA à la SORTIE. Comme nous savons que chacune des broches OUT est évaluée à 500 mA, alors comment puis-je piloter un appareil de 1 A ? Tout ce que nous avons à faire est d'attacher 3 des broches de SORTIE du côté OUT et d'attacher 3 des broches d'ENTRÉE correspondantes du côté INPUT. Désormais, les 3 broches INPUT agissent comme une seule broche INPUT. Donc, fondamentalement, nous pouvons mettre en parallèle les entrées pour obtenir une valeur amplifiée plus élevée de sortie parallèle.

Vous vous demandez peut-être pourquoi ai-je combiné 3 ENTRÉES et SORTIES et pas seulement 2 ? Selon la fiche technique, chaque broche est évaluée à 500 mA mais la sortie totale est de 2,5 A (*** Page 4 de la fiche technique ****). Par conséquent, 2,5 A / 7 broches = 0,36 environ. Donc, 0,36 * 3 = 1,07 A environ. c'est ce que nous voulons.

Domaines d'application

L'ULN2003A produit par Texas Instruments peut être utilisé pour :

Moteurs d'entraînement et solénoïdes
Peut être utilisé comme pilote de relais pour les applications haute tension (7 relais au maximum)
Pour piloter des charges à courant élevé à l'aide de circuits numériques
Pour piloter des LED à courant élevé
Pour créer un circuit indicateur de niveau d'eau
En tant que pilotes d'affichage à LED et à décharge gazeuse
Peut également être utilisé comme tampon logique dans les circuits numériques et plus encore...

Pour plus d'informations sur l'emballage et le matériau utilisé, veuillez consulter la fiche technique. Le lien est dans la description ci-dessous. Consultez toujours la fiche technique d'un fabricant avant d'assumer des conventions industrielles, aussi intuitives ou évidentes soient-elles. "Face à l'ambiguïté, refusez la tentation de deviner." -Zen de Python

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Vidéo : https://youtu.be/dtfGf7kf__g

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