Перейти к содержанию

ULN2003 — сборка из семи ключей Дарлингтона

ULN2003 — семь составных транзисторов с защитными диодами в одном корпусе: ими включают реле, шаговые двигатели, лампы и светодиодные индикаторы прямо от выводов микроконтроллера. Разбираем по даташитам onsemi и TI распиновку, параметры, подключение вывода COM и ограничения по суммарному току и нагреву.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

ULN2003 — это семь одинаковых каналов. В каждом — составной NPN-транзистор (схема Дарлингтона) с резистором 2,7 кОм на входе и защитным диодом от выхода к общему выводу COM. Эмиттеры всех каналов соединены и выведены на вывод 8. Поэтому ULN2003 работает как набор ключей нижнего плеча: нагрузку включают между плюсом питания и выходом, а вход управляется логическим уровнем.

Коротко

  • Выход — до 50 В и до 500 мА на канал (предельно); семь каналов в корпусе.
  • Вход — резистор 2,7 кОм, под логику 5 В; ток входа 0,93 мА типично при 3,85 В.
  • Насыщение — 0,85 / 1,1 В при 100 мА, 0,95 / 1,3 В при 200 мА, 1,1 / 1,6 В при 350 мА (типично / максимум).
  • Защитные диоды — общий катод на выводе 9 (COM), прямое напряжение 1,5 В при 350 мА.
  • Переключение — задержки включения и выключения 0,25 мкс типично, до 1 мкс.
  • Корпуса — PDIP-16, SOIC-16, SO-16, TSSOP-16 (TI); у onsemi — SOIC-16.

Распиновка

ULN2003, вид сверху: 1–7 входы каналов 1–7, 8 общий эмиттер, 9 COM, 10–16 выходы каналов 7–1ULN20031IN12IN23IN34IN45IN56IN67IN78GND9COM10OUT711OUT612OUT513OUT414OUT315OUT216OUT1вид сверху
ULN2003 в корпусе DIP-16 или SO-16, вид сверху: вход 1 управляет выходом 16, вход 7 — выходом 10
ВыводTIНазначение
1–71B–7Bвходы каналов 1–7 (базы через резистор 2,7 кОм)
8Eобщий эмиттер всех каналов — к общему проводу
9COMобщий катод защитных диодов — к плюсу питания индуктивной нагрузки
10–167C–1Cвыходы (коллекторы) каналов 7–1

Входы и выходы расположены напротив друг друга: вход 1 и выход 1 — выводы 1 и 16, вход 7 и выход 7 — выводы 7 и 10. Это упрощает разводку платы.

Параметры

По даташиту onsemi при 25 °C:

ПараметрЗначениеУсловия
Напряжение на выходедо 50 Впредельное
Ток коллекторадо 500 мАна канал, предельный
Входное напряжениедо 30 Впредельное
Напряжение насыщения0,85 / 1,1 В; 0,95 / 1,3 В; 1,1 / 1,6 В100, 200 и 350 мА
Входное напряжение включенияне больше 2,4; 2,7; 3,0 Вток 200, 250 и 300 мА при UCE = 2 В
Входной ток0,93 / 1,35 мАвход 3,85 В
Усиление по току hFEне меньше 1000350 мА
Утечка выходадо 50 мкА; до 100 мкА при 85 °C50 В
Задержки включения и выключения0,25 / 1,0 мкс
Защитный диод1,5 / 2,0 Вток 350 мА
Тепловое сопротивление SOIC-16100 °C/Вт к среде, 20 °C/Вт к корпусу
Рабочая температураULN2003A: −20…+85 °C; ULQ2003A: −40…+85 °C

Через дробь — типичное и максимальное значение.

Подключение реле и двигателя

Нагрузку включают между плюсом питания и выходом. Для индуктивной нагрузки — реле, соленоида, обмоток шагового двигателя — вывод COM соединяют с тем же плюсом: при выключении ток катушки уходит через встроенный диод на питание, и выброс на выходе ограничен напряжением питания плюс падением на диоде. Отдельный обратный диод на каждой катушке при этом не нужен.

Если на одной плате несколько напряжений питания нагрузок, COM подключают к наибольшему: иначе через диод потечёт ток от более высокого напряжения. Для ламп и светодиодов COM можно оставить свободным.

Расчёт делается так же, как для одиночного ключа: ток нагрузки задаётся её сопротивлением, а на открытом ключе остаётся UCE(sat). Реле 12 В с током 100 мА получит 12 − 1,1 = 10,9 В в худшем случае. Схема с одиночным транзистором и сравнение с ULN2003 — на страницах «Драйвер реле на транзисторе» и «Ключ на биполярном транзисторе».

Нагрев и суммарный ток

500 мА — предел одного канала, а не всего корпуса. Каждый канал рассеивает P = UCE(sat) · I: при 100 мА и 1,1 В — 0,11 Вт. Четыре реле по 100 мА — 0,44 Вт, и в SOIC-16 с тепловым сопротивлением 100 °C/Вт кристалл нагреется на 44 °C выше воздуха.

По рис. 7 даташита onsemi допустимый ток канала снижается с ростом коэффициента заполнения и числа одновременно включённых каналов: при всех семи, включённых постоянно, — примерно до 200 мА на канал. Если нужен больший ток, TI допускает параллельное соединение каналов.

Управление от микроконтроллера

Вход ULN2003 рассчитан на логику 5 В, но работает и от 3,3 В: по onsemi для тока 250 мА при UCE = 2 В достаточно 2,7 В на входе. При токах в десятки и первые сотни миллиампер это рабочий режим; если важно минимальное падение на ключе, проверяют его на макете или управляют от 5 В. Ток входа около 1 мА — его легко отдаёт любой вывод микроконтроллера. Уровни выходов микроконтроллеров разобраны в статье «Логические уровни», принцип работы составного транзистора — в статье «Биполярный транзистор».

ULN2803: восемь каналов

ULN2803 — та же идея на восемь каналов: по даташиту TI на ULN2803C это восемь пар Дарлингтона на 50 В и 500 мА с общим катодом защитных диодов и базовым резистором 2,7 кОм, рассчитанным на ТТЛ и КМОП 5 В. Восемь входов удобно совпадают с байтом — например, с выходами сдвигового регистра 74HC595.

ПараметрULN2803C (TI)
КорпусSOIC-20
Выводывходы 1–8, выходы 20–13 (вход 1 — выход 20), общий эмиттер 9, COM 12, выводы 10 и 11 не подключены
Вход для тока 200 / 250 / 300 мА при UCE = 2 Вот 2,4 / 2,7 / 3 В
Насыщение при 100 / 200 / 350 мА0,9–1,1 / 1–1,3 / 1,2–1,6 В
Тепловое сопротивление кристалл–воздух75,4 °C/Вт
Температура кристалла−40…+85 °C

Как и у ULN2003, суммарный ток ограничен нагревом корпуса: при 75,4 °C/Вт и восьми каналах по 200 мА с падением около 1 В корпус рассеивает 1,6 Вт и нагревается примерно на 120 °C выше окружающего воздуха — это недопустимо. Каналы можно соединять параллельно для большего тока, как разрешает TI, но общий нагрев от этого не уменьшается.

Другие транзисторы — в разделе «Транзисторы».

Частые вопросы

Чем ULN2803 отличается от ULN2003?

Числом каналов: у ULN2803 восемь ключей Дарлингтона вместо семи, остальное схоже — 50 В и 500 мА на канал, базовые резисторы 2,7 кОм под логику 5 В, общий вывод COM защитных диодов. Нынешняя версия TI, ULN2803C, выпускается в корпусе SOIC-20: входы на выводах 1–8, выходы — 20–13, общий эмиттер — 9, COM — 12, выводы 10 и 11 не подключены.

Куда подключать вывод COM у ULN2003?

К плюсу питания нагрузки, если нагрузка индуктивная: реле, соленоид, обмотки двигателя. На выводе 9 собраны катоды защитных диодов всех каналов, и при выключении ток катушки замыкается через диод на питание. Если COM не подключён, выброс напряжения при выключении ничем не ограничен. Для ламп и светодиодов COM можно не подключать.

Можно ли управлять ULN2003 от 3,3 В?

Да, вход рассчитан на логику 5 В, но включается раньше: по onsemi для тока 250 мА при напряжении на выходе 2 В достаточно 2,7 В на входе, для 200 мА — 2,4 В. Выход STM32 при 3,3 В даёт не меньше 2,9 В. Но это условие измерено при напряжении на выходе ключа 2 В: насыщение около 1 В даташит гарантирует при большем входном токе. Входной ток — около 1 мА при 3,85 В.

Сколько ток выдерживает ULN2003?

До 500 мА на канал по предельному режиму, но не все каналы одновременно: суммарный ток ограничен нагревом корпуса. По графику onsemi при всех семи постоянно включённых каналах допустимо примерно 200 мА на канал. Падение напряжения на открытом ключе — около 1 В, поэтому на каждые 100 мА канал рассеивает примерно 0,1 Вт.

Чем ULN2003 отличается от ULN2004 и ULN2002?

Входной цепью. У ULN2003A на входе резистор 2,7 кОм — под логику TTL и КМОП 5 В. У ULN2004A резистор 10,5 кОм — под КМОП с питанием 6–15 В. У ULN2002A на входе стабилитрон с резистором — под p-МОП логику на 14–25 В. Выходы у всех одинаковые: 50 В и 500 мА.

Источники

  1. onsemi. ULN2003A, ULQ2003A: High Voltage, High Current Darlington Transistor Arrays (ULN2003A/D, Rev. 1, June 2025) — рис. 1 — схема канала с резистором 2,7 кОм; рис. 2 — выводы; с. 2 — предельные режимы и тепловые сопротивления; с. 3 — электрические характеристики; рис. 7 — допустимый ток от заполнения и числа включённых каналов
  2. Texas Instruments. ULN200x, ULQ200x High-Voltage, High-Current Darlington Transistor Arrays (SLRS027T, revised March 2025) — назначение выводов 1B–7B, 1C–7C, COM и E; корпуса PDIP, SOIC, SO, TSSOP; отличия ULN2002A, ULN2003A и ULN2004A; параллельное включение каналов
  3. Texas Instruments. ULN2803C Darlington Transistor Array (SLRS076B, revised September 2024) — восемь пар Дарлингтона на 50 В и 500 мА с общим катодом защитных диодов, базовый резистор 2,7 кОм для ТТЛ и КМОП 5 В, пары можно включать параллельно; корпус SOIC-20: входы 1–8, выходы 20–13, общий эмиттер 9, COM 12, выводы 10 и 11 не подключены; кристалл −40…85 °C; вход для 200, 250 и 300 мА при VCE = 2 В — 2,4, 2,7 и 3 В; насыщение 0,9–1,1 В при 100 мА, 1–1,3 В при 200 мА, 1,2–1,6 В при 350 мА; RθJA 75,4 °C/Вт

Нашли ошибку?

Смотрите также