ULN2003 — это универсальная интегральная микросхема, состоящая из 7 идентичных и независимых драйверов, которые позволяют управлять с помощью микроконтроллера реле, небольшим двигателем постоянного тока, шаговым двигателем, низковольтными лампами или светодиодной лентой.
Каждый драйвер состоит из двух транзисторов подключенных в конфигурации Дарлингтона. Пара Дарлингтона, разработанная Сидни Дарлингтоном в 1953 году, состоит в каскадом соединении двух биполярных транзисторов, в результате чего получается очень высокий коэффициент усиления, равный произведению коэффициента усиления каждого из двух транзисторов. Благодаря этому мы можем управлять нагрузками определенной мощности с очень малыми входными токами.
Пара Дарлингтона не свободна от некоторых недостатков, которые мы рассмотрим далее. Транзистор NPN универсального назначения открывается, когда мы подаем на его базу напряжение около 0,6 В. Если мы используем небольшой ток, мы можем довести его до насыщения с очень низким напряжением коллектор-эмиттер (VCE), например, в случае BC337, это между 0,2 В и 0,5 В.
В паре Дарлингтона входное напряжение будет в два раза больше, чем 0,6 В, потому что базовые напряжения обоих транзисторов складываются, как мы это можем видеть на рисунке. Также падение напряжения на выходном транзисторе будет больше, потому что это будет сумма напряжения насыщения первого транзистора + напряжение база-эмиттер выходного транзистора.
В любом случае, эти недостатки не являются существенными, поскольку в целом выходы микроконтроллера составляют 3,3 В или 5 В, что значительно превышает порог срабатывания ULN2003.
На предыдущем рисунке мы видим внутреннюю схему одного из каналов драйвера ULN2003. Здесь мы видим входной резистор на 2,7кОм, и еще два дополнительных резистора которые улучшают характеристики драйвера. Входное сопротивление каждого канала освобождает нас от установки внешних резисторов при подключении ULN2003 к микроконтроллеру.
Во внутренней схеме мы также можем видеть защитный диод, подключенный к коллектору выходного транзистора. Данный диод предназначен для защиты транзистора от ЭДС самоиндукции, возникающей в момент отключения индуктивной нагрузки (реле или двигателей). Чтобы этот диод работал, необходимо подключить вывод 9 (COM) к положительному выводу нагрузки (см. Рисунок с примером подключения).
Коэффициент усиления каждого драйвера больше 500, поэтому для получения максимального выходного тока достаточно на вход подать ток менее 1 мА.
На рисунке мы видим ULN2003, подключенный к микроконтроллеру (это могут быть PIC, Atmel, Arduino, Raspberry PI) и с различными нагрузками (двигатели постоянного тока, светодиодная лента, реле и т. д.).
В верхней части примера (подключение двигателя) мы видим, что для получения большего выходного тока можно параллельно соединять более одного канала. Вывод (+ V) – это напряжение, необходимое для питания силовой части и не связано с питанием микроконтроллера. Необходимо только, чтобы масса их была общей.
Микросхема ULN2003 является частью семейства подобных драйверов: ULN2001, ULN2002, ULN2003, ULN2004, которые очень похожи. Различие в первую очередь в значении входного сопротивления для согласования с различной логикой.
В настоящее время микросхема ULN2003 является наиболее популярной, поскольку она хорошо работает с управляющими напряжениями 5 В (TTL) и 3,3 В (LTTL). Существует вариант с 8 каналами вместо 7 – это ULN2803. Из-за восьмого канала корпус имеет 18 выводов. В остальном он подобен ULN2003.
В 16-выводном корпусе ULN2003 размещены 7 транзисторов Дарлингтона, которые способны управлять нагрузками с током до 500 мА и напряжением до 50 В на канал.
Спектр применений ULN2003 весьма широк:
- логические буферы,
- управление реле и электромагнитными клапанами,
- управление шаговыми двигателями и щеточными двигателями постоянного тока,
- управление светодиодными и газоразрядными индикаторами.
Основные параметры ULN2003А, ULN2004А
- напряжение коллектор-эмиттер выходного ключа — 50 В,
- пиковый ток коллектора — 500 мА,
- суммарный ток всех каналов протекающий через общий вывод — 2,5 А,
- диапазон рабочих температур -60°C..150°C.
На самом деле существует несколько типов похожих транзисторных сборок начнем с самой распространенной 2003 серии.
Схема одного из каналов в микросхемах ULN2003A, ULQ2003A и ULN2003AI.
Каждый из семи каналов содержит по два биполярных транзистора, резистор 2,7 кОм ограничивающий базовый ток, и два резистора на 7,2 кОм и 3 кОм защищающие транзисторы от открывания обратным током коллектора. Кроме того к схеме добавлены три защитных диода: первый защищает вход от отрицательного напряжения, два других защищают выход от отрицательного напряжения и от превышения напряжения на транзисторах выше питающего.
Наличие защитных выходных диодов актуально при работе на индуктивную нагрузку: диод для шунтирования обмотки реле или обмотки шагового двигателя уже встроен в микросхему и не нужно устанавливать внешний диод. А при использовании 7 каналов – 7 внешних диодов.
Управление ULN2003
Входная часть сборок ULN2003A, ULN2003AI, ULQ2003A спроектирована так чтобы работать совместно с ТТЛ и 3,3 В и 5 В К-МОП логикой.
ULN2002A создана для p-МОП логики.
Во входных цепях ULN2002A добавлен стабилитрон на 7 В и увеличено сопротивление базового резистора до 10,5 кОм, благодаря этому сборка может работать с входными напряжениями от 14 до 25 В.
Сборка ULN2004A, ULQ2004A предназначена для К-МОП логики с уровнем напряжений от 6 до 15В.
По сравнению с ULN2003, у ULN2004 просто увеличено сопротивление базового резистора до 10,5 кОм.
Как можно видеть на структурной схеме, входы и выходы расположены напротив друг друга, что весьма удобно при разводке печатной платы.
ULN2003 выпускается как для объемного монтажа: PDIP, так и для поверхностного: SOIC, SOP и TSSOP.
Схема включения ULN2003.
Одной ULN2003 можно управлять сразу 7 нагрузками, но когда нету такого количества нагрузок, то для увеличения надежности можно объединять каналы. Например 1,2 каналы использовать для первой обмотки; 3,4 для второй обмотки, а 5,6,7 для третьей.
Аналоги ULN2003
Разные зарубежные производители выпускают свои аналоги ULN2003: L203, MC1413, SG2003, TD62003. Так же есть и отечественный аналог: К1109КТ22.
8-ми канальный драйвер нагрузки ULN2803A, ULN2804A
Для работы с микроконтроллерами может быть более удобнымы 8-ми канальные драйверы. И у семиканальных ULN2003, ULN2004 есть их восьмиканальные братья ULN2803, ULN2804.
Точно также как и ULN2003 — ULN2803 рассчитан на управление от ТТЛ-логики и низковольной К-МОП, а ULN2804 от К-МОП питающейся в диапазоне 6 .. 15 В. Отличия ULN280X от ULN200X только в дополнительном канале и 18-выводном корпусе.
У ULN2803А есть отечественный аналог: К1109КТ63.
Драйверы нагрузки ULN2023A, ULN2024A
Третья двойка в названии сборки вместо нуля означает, что выходное напряжение может достигать 95 В, в остальном параметры и схемотехника этих сборок повторяют своих собратьев.
14 thoughts on “ ULN2003 драйвер нагрузок на 7 каналов, ULN2803 — на 8 каналов ”
ULN2003A не только как драйвер микроконтроллера хороша (предполагаю, что в 1976 году её точно с микроконтроллерами никто не использовал ), но и например как драйвер для 74HC595. С помощью 3-х выводов микроконтроллера управляем 74HC595, и получаем масштабируемое решение по управлению реле, шаговыми двигателями, светодиодами т.е. там где не нужны большие частоты.
Ну, не знаю… я ее в первый раз увидел в конце 90_х ковыряя термоконтроллер изготовленный в Великобритании в конце 70_х годов прошлого века. Устройство было на микроконтроллере, а ULN2003A работали в нем драйверами семисегментного светодиодного индикатора. Децимальная точка там не отображалась, и для индикации нужной информации достаточно было семи ключей. Думаю, семь ключей в этой микросхеме только из-за ограничений выбранного для нее корпуса.
Назрел вопрос — что-то подобное в более многоногих корпусах существует? Так то я всегда пользовался логикой с открытым коллектором или транзисторными ключами, но чисто на перспективу хотелось бы знать. И еще немного не в тему — не выпускались ли импортные аналоги К155ИД1? Довольно актуально сейчас в любительской практике, когда вернулась мода на газоразрядные индикаторы.
Импортный аналог К155ИД1 — SN74141N от TI, можно взять на алиэкспрессе от полутора долларов за штучку. Я считаю что это дорого.
Если нужно управлять ровно байтом (например семисегментный индикатор и точка) то подойдет аналог ULN2003A в 18 выводном корпусе — ULN2803A. С большим числом каналов драйверы не попадались.
Спасибо за подсказку. Но да, цены совершенно негуманные. Дешевле 1,1 доллара за штуку не нашел, плюс пересылка. На ебее еще страшнее, от 150 руб за штуку. И главное, все в dip корпусах, а я рассчитывал найти импортный аналог в soic… В таком случае возьму наши ИД1, их от 25 руб продают с рук.
Упс! А я только что нашел способ нестандартного использования ULN2003 как драйвера клавиатуры на 7 кнопок. Уровни с кнопок на входы, защитные диоды в качестве шифратора с 7 на 1, а сигнал высокого уровня с вывода 9 будет сигналом разрешения или прерывания, по которому МК будет выполнять процедуру прерывания с опросом состояния клавиатуры. Конечно, 8 линий занятые клавиатурой не есть хорошо. Но при необходимости отправлять контроллер в спячку и быстрого опроса кнопок по прерыванию, да при наличии большого количества свободных выводов, думаю, идея может найти хотя бы ограниченное применение.
Получается, что ULN2003 используется как диодная сборка из 7 диодов с общим катодом, мне кажется что дешевле будет взять две диодных сборки BAV70S — в каждой по две пары диодов с общим катодом, итого получаем 8 входов в более компактных корпусах, да и дешевле выйдет.
Вот вот, насчет низких частот. Этот недостаток ULN2003 обусловлен включением транзисторов по схеме Дарлингтона. Он ее еще до 76-го запатентовал, в 53-м, если память не изменяет. Так, с тех пор, и тянутся за токовыми ключами такого включения все их недостатки: и малая частота, и низкое КПД, и искажения сигнала… А вот используют до сих пор. Мощность при простоте — решают все, по крайней мере для пром автоматики. Клапана, шаговики, реле, подача. Все мощное, грубое и медленное.
Медленное… Как сказать. Типовое время включения 0,1мкс,выключения 0,2мкс.В пору импульсным стабилизатором управлять.
Два защитных диода и на общий провод и на плюс, можно подключать к индуктивной нагрузки без проблем. Удобно контроллер всегда чем то управляет тут легко подключил эту микросхему, которая выдерживает достаточно большой ток. Плохо,что только семь каналов в контролере часто требуется задействовать порт целиком,а это 8 каналов. И добавил бы производитель еще один канал.
В те времена о байтной привязке особо не думали, делали, как в корпус ляжет. В 16-ножечный, минус питание — как раз семь элементов И-НЕ помещалось. Для других целей, можно и другие ключевики найти, их много разных, для разных целей.
В те времена были популярны 14 выводные корпуса DIP14. Два вывода на питание, остается 12: в повторителях и инверторах типа 155ЛН1 — 155ЛН3 по 6 элементов.
Эххх! Не попалась мне эта микросхема раньше. Сделал внуку игрушку — панели с выключателями , шпингалетами, разетками, рекуляторами, моторчиками и «лампочками».Управления сделал на дискретных элементах. Ничего — переделаю. А цена , нас радиолюбителей, не пугает.Работоспособность и удобство — вот главное.
Ничего, что цена не пугает. Особенно, если учесть цену кабеля от пульта управления к игрушке… если я правильно представил себе устройство управления. ЭТО — микросхема управления! А как вы будете ей, или чему другому передавать данное управление: последовательно или параллельно, аналоговым или цифровым методом — вот от чего зависит себестоимость и удобство изделия. А на чем собрана оконечная дискретика, на транзисторных ключах, их сборках или, даже, на банальных релюхах — дело десятое.
Для реле удобно использовать tpic6c595 (tpic6b595) — это 75HC595+ULN2803 выполненное в одном корпусе
Даташит поиск по электронным компонентам в формате pdf на русском языке. Бесплатная база содержит более 1 000 000 файлов доступных для скачивания. Воспользуйтесь приведенной ниже формой или ссылками для быстрого поиска (datasheet) по алфавиту.Если вы не нашли нужного Вам элемента, обратитесь к администрации проекта .