Можно использовать любые лампы накаливания с напряжением от 12 до 13,5 В и током более 0,068 А. 13,5 В и 0,16 А достаточно, например, для лампочек из елочных гирлянд, но требуется пятикратное увеличение сопротивления резисторов R1, R2 и R3 и пятикратное увеличение емкости конденсаторов C1, C2 и C3.
Поэлементный разбор внутренностей простейшей микросхемы — ULN2003
Каждый любитель сталкивался с проблемой управления шаговым двигателем, реле или другой достаточно мощной нагрузкой путем построения «бородатых» схем логического интерфейса. Но это уже в прошлом, потому что компания STMicroelectronics выпустила достаточно мощный переключатель, чтобы делать все, что вы хотите, не беспокоясь о том, что в корпусе закончится место или выходные транзисторы будут постоянно выходить из строя.
Интегральная схема позволяет минимизировать количество компонентов, используемых в конечной конструкции, без проектирования ненужных цепей и паразитных соединений. Это связано с тем, что он представляет собой серию переключателей, состоящих из биполярных транзисторов Дарлингтона.
Здесь показано подключение по известной схеме эмиттер-приемник-усилитель. Из наблюдаемых компонентов:
- транзистор Дарлингтона;
- 3 резистора, задающих напряжение и ток смещения;
- обратный диод, позволяющий подключать индуктивные нагрузки без опасения для ключей;
- диод в качестве температурной стабилизации, подключенный к базе и эмиттеру.
Мощные выходные транзисторы и большое количество отдельных каналов управления делают его пригодным для управления шаговыми двигателями. Он также используется в релейных схемах, где обычный двигатель может быть использован для управления двигателем путем срабатывания выходных переключателей, которые активируют корректирующие цепи.
Характеристики микросхемы
Как показывает практическое использование этой микросхемы, она достаточно мощная, ведь согласно даташиту uln2003ag можно пропускать довольно большой ток до 500 мА. Не стоит позволять ему работать на пределе, поскольку выходной транзистор, хотя и защищенный блокирующим диодом, может слегка перегреться.
Читайте также: Технология точечной сварки и создание самодельного сварочного аппарата.
Чтобы избежать этого, необходимо правильно рассчитать входящую мощность и полученную мощность. В этом случае максимальное напряжение в ЧЭ составляет 50 В, а максимальная мощность выходного транзистора не превышает 25 Вт, что приводит к сильному нагреву. Поэтому лучше всего, чтобы номинальный ток переключения не превышал 300-400 мА. В этом режиме чип работает длительное время и постоянно.
Схема микросхемы чрезвычайно проста и состоит всего из 7 стандартных логических элементов I-NE TTL с блокирующим диодом, подключенным к общему разъему питания COM. Топология устройства также проста, каждый вход находится напротив выхода, что предотвращает путаницу выходов при разработке любых устройств. Самое главное, что первая клемма является прямым входом.
Характеристики приведены для микросхем с логикой TTL, где управляющий сигнал не превышает 5 В. Однако существуют КМОП-аналоги, которые могут работать с более низким порогом с напряжением от 2 В до 9 В.
Поэлементный разбор внутренностей простейшей микросхемы — ULN2003
В предыдущих статьях с фотографиями микросхем (,, ) — в комментариях писали, что было бы неплохо разобрать простую микросхему по частям — чтобы понять «что к чему» на самом низком уровне и где спрятан «волшебный дым». Мне потребовалось много времени, чтобы найти микросхему, которую можно было бы разобрать за несколько минут — но наконец я нашел решение: ULN2003 — массив транзисторов Дарлингтона. Несмотря на свою простоту, чип по-прежнему широко используется и производится. ULN2003 состоит из 21 резистора, 14 транзисторов и 7 диодов. Он используется для управления относительно мощными нагрузками (до 50 вольт/0,5 ампера) от ноги микроконтроллера (или другой цифровой ИС). Обычное применение — управление мощными 7-сегментными светодиодами.
Это показано следующим образом. Цвета немного усилены по сравнению с естественным состоянием, поскольку металл под контактными площадками был поврежден кислотой (и приобрел этот коричневый цвет):
Как вы можете видеть, 7 каналов абсолютно идентичны, поэтому мы рассматриваем только один. К счастью, мы знаем схему каждого канала — и можем посмотреть:
И теперь 1 канал с отмеченными данными. Назначение отдельных элементов схемы я оставляю на усмотрение читателя.
Но как устроен сам транзистор? Хорошо известно, что внутренняя структура планарного npn биполярного транзистора при его изготовлении выглядит следующим образом:
Тонкое основание «пробирается» под эмиттер. И коллектор, и эмиттер легированы кремнием n-типа, хотя концентрация и толщина легирования различны: это служит для оптимизации транзистора для «усиления тока» в одном направлении.
С этими знаниями мы можем более детально рассмотреть 1-транзистор и понять, что к чему. Силикон, добавляемый в разные типы, имеет немного разный цвет. Это едва заметно невооруженным глазом — но здесь насыщенность цвета и контрастность почти максимальны. Пусть вас не смущают 2 излучателя, подключенные параллельно — они работают как одна большая зона.
Чтобы убедиться, что соединения не «замыкают» то, что им не нужно, поверхность кремния покрывается слоем прозрачного стекла (SiO2), которое имеет отверстия точно над точками соединения с нужной точкой транзистора. Это хорошо видно на следующей фотографии, поскольку глубина резкости у этого объектива меньше, и, например, соединение с гнездом уже не резкое, поскольку оно находится дальше, над слоем стекла.
Читайте также. 3. КАТЕГОРИИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И МЕТОДЫ И СТЕПЕНЬ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ ШВОВ
Коллекторы двух транзисторов составляют единое целое в схеме. Смежные каналы изолированы с помощью pn-соединения, вы можете видеть прямоугольник немного другого цвета вокруг каждого канала в.
Как видите, внутри нет никакой магии.
Схема одного из каналов в микросхемах ULN2003A, ULQ2003A и ULN2003AI.
Каждый из семи каналов содержит два биполярных транзистора, резистор 2,7 кОм для ограничения тока базы и два резистора 7,2 кОм и 3 кОм для защиты транзисторов от обратного тока открывающегося коллектора. Первый защищает вход от отрицательного напряжения, два других защищают выход от отрицательного напряжения и от транзисторов, превышающих напряжение питания.
Наличие диодов защиты выхода полезно при работе с индуктивными нагрузками: диод для шунтирования обмотки реле или шагового двигателя уже встроен в микросхему, и нет необходимости устанавливать внешний диод. При 7 каналах требуется 7 внешних диодов.
Управление ULN2003
Входные модули ULN2003A, ULN2003AI и ULQ2003A предназначены для работы с 3,3 В и 5 В TFTL и K-MOS логикой.
ULN2002A разработан для p-MOS логики. Входная схема ULN2002A добавляет затвор на 7 В и увеличивает сопротивление базового резистора до 10,5 кОм, что позволяет плате работать с входными напряжениями от 14 до 25 В.
Плата ULN2004A, ULQ2004A предназначена для К-МОП логики с напряжением от 6 В до 15 В. По сравнению с ULN2003, в ULN2004 увеличено только сопротивление базы до 10,5 кОм.
Как показано на схеме, входы и выходы расположены напротив друг друга, что очень удобно при разводке печатной платы.
ULN2003 выпускаются в объемных корпусах PDIP, а также в корпусах для поверхностного монтажа SOIC, SOP и TSSOP.
Схема включения ULN2003.
ULN2003 может работать с 7 нагрузками, но если количество нагрузок недостаточно, каналы можно объединить для повышения надежности. Например, каналы 1,2 могут использоваться для первой обмотки, 3,4 — для второй, а 5,6,7 — для третьей.
