ULN2003

IC ULN2003 のすべて

UNL2003 IC には、16 ピン DIP パッケージに定格 50V、500mA の 7 個の高電圧、大電流 NPN ダーリントン トランジスタ アレイが含まれています。外部降下抵抗を使用せずに、IC をデジタル ロジック (Arduino や Raspberry Pi、TTL または 5V CMOS デバイスなど) に直接接続できます。このICは、誘導性負荷をスイッチングするための「カソードコモンフライバックダイオード」を備えています。 ULN2003 は、高電流および高電圧容量で知られています。

ダーリントン ペアは、より高い電流出力を得るために「並列」にすることができます。入力は TTL および 5v CMOS ロジックに対応しています。

それでは、IC の内部とそれがプロジェクトでどのように使用できるかを詳しく調べてみましょう。

端子配置と機能

上部のノッチは、チップの番号付けの開始点と終了点を示します。左から右に向かって反時計回りに進むと、これが IC のピン番号 1 になります。

• 左側のピン 1 ～ 7 はベース入力です。
• 右側のピン 10 ～ 16 はコレクタ出力です。
• ピン 9 はフライバック ダイオードの共通カソード ノードです (誘導負荷に必要)。
• また、ピン 8 は、IC のすべてのチャネルで共有される共通エミッタです。このピンは通常、グランドに接続されます。

詳細な説明

IC の内部には、7 つの NPN「ダーリントン トランジスタ」のアレイがあります。ダーリントン トランジスタは、1953 年にシドニー ダーリントンによって初めて発明されました。ダーリントン ペアは、一方のトランジスタのエミッタがもう一方のトランジスタのベースに接続された 2 つのバイポーラ トランジスタで構成される回路です。この設定では、第 1 トランジスタによって増幅された電流が第 2 トランジスタによってさらに増幅されます。両方のトランジスタのコレクタは一緒に接続されています。この構成では、各トランジスタを個別に取り出した場合よりもはるかに高い電流利得が得られます。ベース電流が小さいと、ペアがより高い電流に切り替わる可能性があります。

ベース、コレクタ、エミッタが 1 つだけある、単一のトランジスタであるかのように見えます。 2 つのトランジスタのゲインの積にほぼ等しい高電流ゲインを生成します: β Darlington = (β 1 * β 2) + β 1 + β 2

β1 と β2 は十分に高いので、上記のステートメントは次のように書くことができます。 β Darlington ≈ β 1 * β 2この接続により、非常に高い電流ゲインを持つ単一のトランジスタの効果が生じます。

7出力はすべて「オープンコレクタ」です。オープンコレクターとは、何にも執着しないコレクターを意味します。ちょうど開いたところです。オープンコレクタ出力デバイスが動作するには、オープンコレクタが十分な電力を受け取る必要があります。 NPN トランジスタが動作するには、コレクタとベースの両方に十分な電力が供給される必要があります。ベースがトランジスタをオンにすると、コレクタに十分な正の電圧がある場合に限り、コレクタからエミッタへはるかに大きな電流が流れます。

したがって、オープンコレクタ出力でチップの出力に負荷を接続する場合は、負荷を駆動するのに十分な正の電圧源に負荷を接続する必要があります。したがって、負荷の +ve 側は +ve 電圧レールに接続され、-ve 側は IC の OUTPUT ピンに接続されます。したがって、ベース電流が HIGH になると、電流はコレクタからエミッタに流れ、出力ロジックが LOW になり、IC の OUT ピンに接続されている LED (負荷) がオンになり、逆も同様です。

データシートによると、単一の OUTPUT ピンの最大出力電流は 500mA、エミッタ端子間の合計電流は 2.5A です。

ここで、ULN2003 IC の 1 つのダーリントン ペア (内部回路図) を詳しく見てみましょう。 GPIO 入力電圧は、ダーリントン NPN 接合の入力とベースの間に接続された直列ベース 2.7kΩ 抵抗を介してベース電流に変換されます。これにより、5V または 3.3V の電源電圧で動作する外部降下抵抗を必要とせずに、IC をデジタル ロジック (Arduino、Raspberry Pi、TTL、または 5V CMOS デバイスなど) に直接接続できます。

各 NPN トランジスタのベースとエミッタの間に接続された 7.2kΩ および 3kΩ の抵抗は、フローティング状態を防止し、入力から発生する可能性のある漏れの量を抑制するプルダウン抵抗として機能します。

効果を最大化するために、これらのユニットには誘導負荷用の「抑制ダイオード」が含まれています。 OUTピンとCOMピン(PIN9)間に接続されたダイオードは、NPNドライバがオフし、コイルの蓄積エネルギーにより逆方向に発生する誘導負荷からの「キックバック電圧」を抑制するために使用されます。電流の流れ。

NPN トランジスタの寄生特性を回避するために、逆バイアス抑制ダイオードもベース-エミッタとコレクタ-エミッタのペアの間に配置されます。

ピン8はGNDに接続されています。

デバイスの機能モード

誘導負荷 誘導負荷の場合、COM ピンがコイルに接続されていると、IC は誘導負荷を駆動し、内部フリーホイール ダイオードを通じてキックバック電圧を抑制できます。

抵抗負荷 抵抗負荷を駆動する場合、IC が電流をシンクしてロジック HIGH レベルを維持するためにプルアップ抵抗が必要です。この場合、COM ピンはフローティング (接続されていない) のままにすることができます。

このデバイスは、-40°C ～ 105°C の広い温度範囲で動作できます。

アプリケーション

では、この IC を回路に接続してみましょう。ご存知のとおり、ULN2003 IC は、マイクロコントローラーやロジック デバイスでは耐えられない大電流または高電圧 (またはその両方) デバイスを簡単に駆動できます。したがって、モーター、ソレノイド、リレーなどの誘導負荷の駆動に広く使用されています。

1. 最初の例では、この IC を使用していくつかの LED を点灯します。220 オームの抵抗を介して 7 つの LED を IC の 7 つの OUT ピンに接続しました。私の左側には、マイクロコントローラーまたは TTL デジタル ロジックに直接接続された 7 つのデジタル入力があります。論理 HIGH が入力ピンに送信されると、対応する OUT ピンが LOW になり、LED が点灯します。

2. 2 番目の例では、この IC を使用してユニポーラ ステッピング モーターを駆動しています。このセットアップでは、ピン 1 を使用しています。 4 入力およびピン 13出力の場合は 16。各 OUT ピンの定格は 500mA です。 9 ピンにはスパイク抑制ダイオードがあり、+ve 端子に接続されています。 0 と 1 の組み合わせを 4 つの入力ピンに送信することで、ステッピング モーターを回転させることができます。私はこのセットアップを受賞歴のあるビデオチュートリアル「NodeMCU Based - 3D Printed Indoor Gauge Thermometer」で使用しました。リンクは以下の説明にあります。

3. 3 番目の例では、この IC を使用していくつかの AC 電球を点灯します。高電圧アプリケーションの場合、リレーを使用してモーター、ヒーター、ランプ、または AC 回路を制御できます。これらの回路自体がより多くの電圧/電流を消費し、したがって力。この IC には最大 7 つのリレーを接続できます。私のセットアップでは、4 つのリレーを IC の 4 つの OUT ピンに接続しました。 AC 電球はリレーの NO ピンに接続されています。デジタル HIGH を INPUT ピンに送信すると、対応する OUT ピンが LOW になり、アーマチュアを引っ張るコイルに電流が流れ、回路が完成し、220V の電球が点灯します。前の設定と同様に、サプレッサー ダイオードを備えたピン 9 は +ve 端子に接続されています。

4. 4 番目の例では、出力で 500mA 以上の電流を得る方法を説明します。各 OUT ピンの定格が 500mA であることはわかっていますが、では、どうすれば 1Amp デバイスを駆動できるでしょうか?私たちがしなければならないのは、OUT 側で 3 つの OUTPUT ピンを接続し、INPUT 側で対応する 3 つの INPUT ピンを接続することだけです。これで、3 つの INPUT ピンが 1 つの INPUT ピンのように機能します。したがって、基本的には、入力を並列化して、並列化された出力のより高い増幅値を得ることができます。

なぜ 2 つだけではなく 3 つの入力と出力を組み合わせたのか疑問に思われるかもしれません。データシートによると、各ピンの定格は 500mA ですが、合計出力は 2.5A です (*** データシートの 4 ページ ****)。したがって、2.5A / 7 ピン = 0.36 約 0.36したがって、0.36 * 3 = 1.07Amp となります。それが私たちが望んでいることです。

応用分野

Texas Instruments が製造する ULN2003A は、次の用途に使用できます。

1. 駆動モーターとソレノイド
2. 高電圧アプリケーションのリレードライバとして使用可能（最大7個のリレー）
3. デジタル回路を使用して大電流負荷を駆動するには
4. 高電流LEDを駆動するには
5. 水位インジケーター回路を作成するには
6. LEDおよびガス放電ディスプレイドライバーとして
7. デジタル回路などのロジックバッファとしても使用できます。

パッケージングと使用される材料の詳細については、データシートをご覧ください。リンクは以下の説明にあります。業界の慣例がどれほど直観的または明白であっても、それを仮定する前に必ずメーカーのデータシートを参照してください。 「あいまいさに直面しても、推測する誘惑を断ってください。」 - Pythonの禅

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参考文献

データシート: https://github.com/tarantula3/ULN2003

ダーリントントランジスタ: https://en.wikipedia.org/wiki/Darlington_transistor

オープンコレクター出力: https://www.learningaboutelectronics.com/Articles/Open-collector-output.php

トランジスタ – トランジスタ ロジック: https://en.wikipedia.org/wiki/Transistor%E2%80%93transistor_logic

CMOS: https://en.wikipedia.org/wiki/CMOS

寄生構造: https://en.wikipedia.org/wiki/Parasitic_struction

関連ビデオ

NodeMCU ベース - 3D プリント屋内ゲージ温度計: https://www.youtube.com/watch?v=vO6adrETQIA

頭字語

TTL: トランジスタ – トランジスタ ロジック

CMOS: 相補型金属酸化物半導体

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ありがとう、次のチュートリアルでまた教えてください。

オデシー : https://odysee.com/@Arduino:7/All-About-IC-ULN2003:d

ランブル: https://rumble.com/v4umzvl-all-about-ic-uln2003.html

コス: https://cos.tv/videos/play/52680878888358912

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