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ULN2003

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Tudo sobre IC ULN2003

O IC UNL2003 contém 7 matrizes de transistores NPN Darlington de alta tensão e alta corrente, cada uma classificada em 50 V, 500 mA em um pacote DIP de 16 pinos. Você pode conectar o IC diretamente a uma lógica digital (como Arduino ou Raspberry Pi, TTL ou dispositivo CMOS de 5V) sem um resistor de queda externo. Este IC possui "diodos flyback de cátodo comum" para comutação de cargas indutivas. O ULN2003 é conhecido por sua capacidade de alta corrente e alta tensão.

Os pares Darlington podem ser "paralelizados" para saída de corrente mais alta. As entradas são compatíveis com lógica TTL e CMOS de 5v.

Agora, vamos nos aprofundar e conferir os detalhes internos do IC e como ele pode ser utilizado em nossos projetos.

Configuração e funções de pinos

O entalhe na parte superior indica os pontos inicial e final das numerações do chip. Começando da esquerda para a direita e no sentido anti-horário, este é o pino número 1 do IC.

No lado esquerdo, os pinos 1 a 7 estão as entradas básicas.
No lado direito, os pinos 10 a 16 estão as saídas do coletor.
O pino 9 é o nó cátodo comum para diodos flyback (necessário para cargas indutivas).
E o pino 8 é o emissor comum compartilhado por todos os canais do IC. Este pino normalmente é amarrado ao solo.

Descrição detalhada

Dentro do IC estão os arrays dos 7 NPN "Darlington Transistors". Os transistores Darlington foram inventados pela primeira vez em 1953 por Sidney Darlington. Um par Darlington é um circuito que consiste em dois transistores bipolares com o emissor de um transistor conectado à base do outro transistor. Nesta configuração, a corrente amplificada pelo primeiro transistor é ainda amplificada pelo segundo transistor. Os coletores de ambos os transistores estão conectados entre si. Esta configuração tem um ganho de corrente muito maior do que cada transistor considerado separadamente. Uma pequena corrente de base pode fazer o par mudar para uma corrente muito mais alta.

Parece que é apenas um único transistor, com apenas uma base, um coletor e um emissor. Criando um alto ganho de corrente aproximadamente ao produto dos ganhos dos dois transistores: β Darlington = (β 1 * β 2) + β 1 + β 2

Como β1 e β2 são altos o suficiente, podemos escrever a afirmação acima como: β Darlington ≈ β 1 * β 2 Esta conexão cria o efeito de um único transistor com um ganho de corrente muito alto.

As 7 saídas são todas "Open Collector". Por Open Collector, queremos dizer um coletor que não está apegado a nada. Está apenas aberto. Para que um dispositivo de saída de coletor aberto funcione, o coletor aberto deve receber energia suficiente. Para que um transistor NPN funcione, o coletor e a base precisam receber energia suficiente. A base liga o transistor e então uma corrente muito maior flui do coletor para o emissor, mas somente se o coletor tiver tensão positiva suficiente.

Portanto, se você deseja conectar uma carga à saída do chip com uma saída de coletor aberto, você deve conectar a carga a uma fonte de tensão positiva que seja suficiente para acionar a carga. Conseqüentemente, o lado +ve da carga se conecta ao barramento de tensão +ve e o lado -ve se conecta ao pino OUTPUT do IC. Assim, quando a corrente de base vai para ALTO, a corrente flui do coletor para o emissor e a lógica de saída vai para BAIXO ligando o LED (carga) conectado ao pino OUT do IC e vice-versa.

A corrente de saída máxima de um único pino de SAÍDA é 500mA e a corrente total do terminal emissor é 2,5A conforme a folha de dados.

Agora, vamos dar uma olhada mais de perto em um único par Darlington (diagrama de circuito interno) do IC ULN2003. A tensão de entrada GPIO é convertida em corrente de base por meio de um resistor de base em série de 2,7kΩ conectado entre a entrada e a base da junção Darlington NPN. Isso permite que o IC se conecte diretamente a uma lógica digital (como Arduino, Raspberry Pi, TTL ou dispositivo CMOS de 5V) sem a necessidade de resistores de queda externos operando em tensões de alimentação de 5V ou 3,3V.

Os resistores de 7,2kΩ e 3kΩ conectados entre a Base e o Emissor de cada respectivo transistor NPN atuam como resistores suspensos, evitando estados flutuantes e suprimindo a quantidade de vazamento que pode ocorrer na entrada.

Para maximizar a eficácia, estas unidades contêm “Diodos de Supressão” para cargas indutivas. O diodo conectado entre o pino OUT e o pino COM (PIN 9) é usado para suprimir a "tensão de retrocesso" de uma carga indutiva que é gerada quando os drivers NPN são desligados e a energia armazenada nas bobinas causa uma reversão. fluxo de corrente.

Um diodo de supressão com polarização reversa também é colocado entre o par Base-Emissor e o par Coletor-Emissor para evitar a natureza parasita dos transistores NPN.

O pino 8 está conectado ao GND.

Modos funcionais do dispositivo

Carga Indutiva No caso de uma carga indutiva, quando o pino COM está ligado a uma bobina, o IC é capaz de acionar cargas indutivas e suprimir a tensão de retrocesso através dos diodos internos de roda livre.

Carga resistiva Ao acionar uma carga resistiva, um resistor pullup é necessário para que o IC absorva a corrente e mantenha um nível lógico ALTO. Neste caso o pino COM pode ficar flutuando (não conectado).

Este dispositivo pode operar em uma ampla faixa de temperatura entre –40°C e 105°C.

Aplicativos

Agora, vamos conectar este IC a um circuito. Como sabemos, o IC ULN2003 pode facilmente acionar um dispositivo de alta corrente ou alta tensão (ou ambos), que um microcontrolador ou dispositivo lógico não pode tolerar. Conseqüentemente, eles são amplamente utilizados no acionamento de cargas indutivas como motores, solenóides e relés.

No meu primeiro exemplo, vou acender alguns LEDs usando este IC. Conectei 7 LEDs aos 7 pinos OUT do IC por meio de resistores de 220Ohm. À minha esquerda estão as 7 entradas digitais conectadas diretamente a um microcontrolador ou a uma lógica digital TTL. Quando uma lógica HIGH é enviada para o pino de entrada, o pino OUT correspondente vai para LOW, acendendo o LED.

No meu segundo exemplo, estou acionando um motor de passo unipolar usando este IC. Nesta configuração, estou usando o pino 1 ~~4 para ENTRADA e Pino 13~~ 16 para SAÍDA. Cada pino OUT é avaliado em 500mA. O pino 9 possui o diodo supressor de pico e está conectado ao terminal +ve. Ao enviar combinações de 0 e 1 para os 4 pinos de entrada, podemos girar nosso motor de passo. Eu usei essa configuração em meu premiado tutorial em vídeo: "NodeMCU Based - Termômetro de medidor interno impresso em 3D", o link está na descrição abaixo.

No meu terceiro exemplo, vou acender algumas lâmpadas CA usando este IC. Para aplicações de alta tensão, podemos usar RELÉS para controlar motores, aquecedores, lâmpadas ou circuitos CA que podem consumir muito mais tensão/corrente elétrica e portanto, poder. Podemos conectar no máximo 7 relés a este IC. Na minha configuração, conectei 4 relés aos 4 pinos OUT do IC. Uma lâmpada AC está conectada ao pino NO do relé. Quando enviamos um Digital HIGH para o pino INPUT, o pino OUT correspondente vai para LOW e a corrente flui através da bobina puxando a armadura, completando o circuito e, portanto, acendendo a lâmpada de 220V. Assim como na configuração anterior, o pino 9 com o diodo supressor está conectado ao terminal +ve.

No meu quarto exemplo, vou mostrar a vocês como obter mais de 500mA na SAÍDA. Como sabemos que cada um dos pinos de SAÍDA tem 500mA, então como posso acionar um dispositivo de 1Amp? Tudo o que precisamos fazer é amarrar 3 dos pinos OUTPUT no lado OUT e amarrar 3 dos pinos INPUT correspondentes no lado INPUT. Agora os 3 pinos INPUT atuam como um único pino INPUT. Então, basicamente, podemos colocar as entradas em paralelo para obter um valor amplificado mais alto da saída em paralelo.

Você pode perguntar, por que combinei 3 ENTRADAS e SAÍDAS e não apenas 2? De acordo com a folha de dados, cada pino é classificado em 500mA, mas a saída total é de 2,5A (*** Página 4 da folha de dados ****). Portanto, 2,5A / 7 pinos = 0,36 Aprox. Portanto, 0,36 * 3 = 1,07 Amp Aprox. que é o que queremos.

Áreas de aplicação

O ULN2003A produzido pela Texas Instruments pode ser usado para:

Acionamento de motores e solenóides
Pode ser usado como driver de relé para aplicações de alta tensão (7 relés no máximo)
Para acionar cargas de alta corrente usando circuitos digitais
Para acionar LEDs de alta corrente
Para criar um circuito indicador de nível de água
Como drivers de exibição de LED e descarga de gás
Também pode ser usado como buffer lógico em circuitos digitais e muito mais...

Para mais informações sobre a embalagem e o material utilizado, consulte a ficha técnica. O link está na descrição abaixo. Consulte sempre a ficha técnica do fabricante antes de assumir convenções industriais, por mais intuitivas ou óbvias que sejam. “Diante da ambiguidade, recuse a tentação de adivinhar.” -Zen de Python

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Vídeo: https://youtu.be/dtfGf7kf__g

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