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».

Аналоги и замены

Каждая пара сверена по даташитам обоих производителей: выводы, корпус, предельные напряжения и токи. Значения — из документов, указанных под таблицей; столбец «У замены» показывает, лучше или хуже параметр у замены.

ULN2003 → TPL7407L (Texas Instruments)

Совместим по выводам — тот же корпус и выводы, но часть параметров отличается — схему нужно проверить. Сравнение в корпусе SOIC-16.

TPL7407L ставится на место ULN2003A в SOIC-16 и греется меньше благодаря низкому падению на ключе, если на COM есть питание от 8,5 В и нагрузка не выше 40 В.

ПараметрULN2003TPL7407LУ замены
Выводы1–7 входы, 8 общий эмиттер (E), 9 COM, 10–16 выходы 7C…1C1–7 входы IN1–IN7, 8 GND, 9 COM, 10–16 выходы OUT7…OUT1так же
Корпус для сравненияSOIC-16SOIC-16так же
Напряжение на выходе, предельное50 В42 В (рабочее до 40 В)хуже
Напряжение на входе, предельное30 В30 Втак же
Напряжение на выводе COMкатоды защитных диодов, питание не нужнопитание микросхемы, 8,5–40 В для полного открыванияиначе
Ток канала500 мА (пиковый ток коллектора)600 мА (постоянный ток стока)лучше
Суммарный ток общего вывода2,5 А2 Ахуже
Падение напряжения на открытом выходе при 200 мА1 В, до 1,3 В0,42 В, до 0,65 Влучше
Рабочая температура−40…70 °C (ULN2003A)−40…125 °Cлучше

Что проверить при замене

  • У TPL7407L вывод 9 (COM) — питание микросхемы: без 8,5–40 В на нём выходы полностью не открываются. У ULN2003A COM нужен только для защитных диодов и при резистивной нагрузке может быть не подключён.
  • Рабочее напряжение выходов TPL7407L — до 40 В против 50 В у ULN2003A.
  • Суммарный ток через общий вывод — 2 А против 2,5 А: при всех нагруженных каналах ток канала ограничивают.
  • TPL7407L выпускается только в SOIC-16 и TSSOP-16, корпуса DIP у него нет.
  • TI в даташите TPL7407L называет его улучшенной КМОП-заменой ULN2003A с той же разводкой выводов.

Источники: Texas Instruments. ULN200x, ULQ200x High-Voltage, High-Current Darlington Transistor Arrays (SLRS027T, revised March 2025) — разд. 4, табл. 4-1 (выводы); разд. 5.1 (предельные режимы, температура); разд. 5.6 (VCE(sat) ULN2003A); Texas Instruments. TPL7407L 40-V 7-Channel Low Side Driver (SLRS066D, revised March 2016) — разд. 1 (замена ULN2003A вывод в вывод), Device Information (корпуса), Pin Functions; разд. 6.1 (предельные режимы), 6.3 (COM 8,5–40 В), 6.5 (VOL при 100 и 200 мА).

ULN2003 → ULN2803C (Texas Instruments)

Функциональный аналог — делает то же, но выводы, корпус или схема включения другие. Сравнение в корпусе SOIC-16, SOIC-20.

ULN2803C — та же схема ключей Дарлингтона с теми же предельными режимами, но на восемь каналов и в другом корпусе: вариант для новой платы, а не прямая замена.

ПараметрULN2003ULN2803CУ замены
Выводы1–7 входы, 8 E, 9 COM, 10–16 выходы 7C…1C1–8 входы, 9 GND, 10 и 11 не подключены, 12 COM, 13–20 выходы 8C…1Cиначе
КорпусSOIC-16, PDIP-16, SOP-16, TSSOP-16, SOT-16SOIC-20 (DW)иначе
Напряжение коллектор–эмиттер, предельное50 В50 Втак же
Напряжение на входе, предельное30 В30 Втак же
Пиковый ток коллектора500 мА500 мАтак же
Суммарный ток общего вывода2,5 А2,5 Атак же
Напряжение насыщения при 200 мА1 В, до 1,3 В1 В, до 1,3 Втак же
Число каналов78лучше

Что проверить при замене

  • Другой корпус и разводка: у ULN2803C 20 выводов, общий эмиттер — вывод 9, COM — вывод 12, выводы 10 и 11 не подключены; нужна новая площадка на плате.
  • Восьмой канал позволяет управлять восемью нагрузками одной микросхемой, например байтом сдвигового регистра.
  • ULN2803C выпускается только в SOIC-20; корпуса DIP в этом даташите нет.

Источники: Texas Instruments. ULN200x, ULQ200x High-Voltage, High-Current Darlington Transistor Arrays (SLRS027T, revised March 2025) — Package Information (корпуса); разд. 4, табл. 4-1 (выводы); разд. 5.1 (предельные режимы); разд. 5.6 (VCE(sat)); Texas Instruments. ULN2803C Darlington Transistor Array (SLRS076B, revised September 2024) — Package Information (SOIC-20); табл. 4-1 (выводы); разд. 5.1 (предельные режимы); электрические характеристики (VCE(sat)).

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
Страница помогла?

Нашли ошибку? ·

Смотрите также