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.
Подключение шагового двигателя к Arduino Uno
Шаговые двигатели с каждым годом находят все большее применение в мире электроники.
Начиная от обычной камеры наблюдения до сложных станков с ЧПУ и роботов шаговые двигатели используются в качестве исполнительных механизмов, поскольку они обеспечивают точное управление.
В этом проекте мы рассмотрим один из наиболее распространенных шаговых двигателей 28BYJ-48 и его подключение к плате Arduino с помощью модуля ULN2003.
Общие принципы работы шаговых двигателей
Внешний вид шагового двигателя 28BYJ-48 представлен на следующем рисунке:
Первый вопрос, который напрашивается при взгляде на этот рисунок – почему в отличие от обычного двигателя из этого шагового двигателя выходят 5 проводов различных цветов? Чтобы понять это давайте сначала разберемся с принципами работы шагового двигателя.
Начнем с того, что шаговые двигатели не вращаются, а “шагают”, поэтому они и называются шаговыми двигателями. То есть в один момент времени они будут передвигаться только на один шаг.
Чтобы добиться этого в устройстве шаговых двигателей присутствует несколько катушек и на эти катушки нужно подавать питание в определенной последовательности чтобы двигатель вращался (шагал).
При подаче питания на каждую катушку двигатель делает один шаг, при последовательной подаче питания на катушки двигатель будет совершать непрерывные шаги, то есть вращаться. Давайте более подробно рассмотрим катушки, присутствующие внутри шагового двигателя.
Как можно видеть из рисунка, двигатель имеет однополярную катушку с 5 выводами. Но фактически это 4 катушки, на которые нужно подавать питание в определенной последовательности. На красные провода необходимо подать +5V, на остальные 4 провода необходимо подать землю чтобы запустить в работу соответствующую катушку. Мы будем использовать плату Arduino чтобы подавать питание на эти катушки в определенной последовательности и тем самым заставлять двигатель вращаться. Более подробно ознакомиться с принципами работы шаговых двигателей можно в статье про подключение шагового двигателя к микроконтроллеру AVR.
Так почему же этот двигатель называется 28BYJ-48? Честно говоря, мы не знаем точного ответа на этот вопрос. Некоторые наиболее важные технические характеристики этого шагового двигателя приведены на следующем рисунке.
На первый взгляд от такого количества характеристик может закружиться голова, но давайте попробуем выделить из них самые важные, те, которые нам понадобятся для дальнейшей работы. Во-первых, мы знаем, что это шаговый двигатель 5V, поэтому необходимо подавать на красный провод 5V.
Также мы знаем что это четырехфазный шаговый двигатель поскольку в нем четыре катушки. Передаточное число этого двигателя — 1: 64. Это означает, что вал, который вы видите снаружи, сделает одно полное вращение в том случае, когда двигатель внутри сделает 64 оборота.
Это происходит благодаря шестерням, которые включены между двигателем и выходным валом. Эти шестерни помогают в увеличении крутящего момента.
Еще одним важным показателем, который нам следует знать, является угол шага: 5.625°/64. Это значит что когда двигатель сделает последовательность в 8 шагов он будет поворачиваться на 5.625° при каждом шаге и за один полный оборот он сделает 64 шага (5.625*64=360).
Расчет шагов на оборот для шагового двигателя
Важно знать, как рассчитать количество шагов за один оборот для вашего шагового двигателя, потому что только тогда вы можете эффективно его запрограммировать.
В Arduino для управления двигателем мы будем использовать 4-шаговую последовательность, поэтому угол шага будет составлять 11.25°. Поскольку изначально он равен 5.625°(приведен в даташите), то для 8 шаговой последовательности получим 11.25° (5.625*2=11.25).
Справедлива следующая формула:
Количество шагов за оборот = 360 / угол шага.
В нашем случае 360/11.25 = 32 шага за оборот.
Зачем нужен драйвер мотора для управления шаговым двигателем
Большинство шаговых двигателей будут работать только с помощью модуля драйвера мотора. Это связано с тем, что микроконтроллер (в нашем случае плата Arduino) не может обеспечить достаточный ток на своих контактах ввода/вывода для работы двигателя.
Поэтому мы будем использовать внешний драйвер мотора для управления нашим шаговым двигателем — модуль ULN2003 (купить на AliExpress). В сети интернет можно найти рейтинги эффективности различных драйверов мотора, но эти рейтинги будут меняться в зависимости от типа используемого шагового двигателя.
Основной принцип, которого следует придерживаться при выборе драйвера мотора – он должен обеспечивать достаточный ток для управления шаговым двигателем.
Работа схемы
Схема подключения шагового двигателя к плате Arduino представлена на следующем рисунке.
Мы использовали шаговый двигатель 28BYJ-48 и драйвер мотора ULN2003. Для подачи питания на 4 катушки шагового двигателя мы будем использовать контакты платы Arduino 8, 9, 10 и 11. Драйвер мотора запитывается от контакта 5V платы Arduino.
Но если вы будете подсоединять какую-нибудь нагрузку к шаговому двигателю, то вам потребуется внешний источник питания для драйвера мотора. Мы в нашем примере эксплуатируем шаговый двигатель без нагрузки, поэтому нам и хватило питания от платы Arduino. И не забудьте соединить землю платы Arduino с землей драйвера мотора.
Разработка программы для платы Arduino
Перед тем как начать писать программу для платы Arduino давайте разберемся что должно происходить внутри этой программы. Как мы уже говорили ранее, мы будем использовать метод 4-шаговой последовательности, то есть нам нужно будет сделать 4 шага чтобы выполнить один полный оборот двигателя.
| Номер шага | Контакты, на которое подается питание | Катушки, на которое подается питание |
| Шаг 1 | 8 и 9 | A и B |
| Шаг 2 | 9 и 10 | B и C |
| Шаг 3 | 10 и 11 | C и D |
| Шаг 4 | 11 и 8 | D и A |
На драйвере мотора есть 4 светодиода, по свечению которых можно судить о том, на какую катушку подается питание в конкретный момент. Более подробно все эти процессы можно посмотреть в видео, приведенном в конце статьи.
Мы напишем программу, в которой необходимое количество шагов для двигателя мы будем вводить в мониторе последовательного порта (serial monitor) платы Arduino. Полный текст программы приведен в конце статьи, здесь же мы рассмотрим наиболее важные его фрагменты.
- Как мы рассчитали ранее, полное число шагов для полного оборота нашего шагового двигателя, равно 32, пропишем это в следующей строчке кода:
- #define STEPS 32
- Далее мы должны сказать плате Arduino через какие ее контакты мы будем управлять шаговым двигателем (то есть к каким ее контактам подключен драйвер мотора).
- Stepper stepper (STEPS, 8, 10, 9, 11);
Примечание: последовательность номеров контактов, указанная в приведенной команде (8,10,9,11) – специально упорядочена таким образом чтобы подавать питание на катушки шагового двигателя в правильном порядке. Если вы измените номера контактов, к которым подключен шаговый двигатель, то вы соответствующим образом должны их упорядочить для подачи в приведенную команду.
- Мы будем использовать специальную библиотеку для работы с шаговыми двигателями, поэтому для задания скорости вращения шагового двигателя мы можем использовать команду вида:
- stepper.setSpeed(200);
- Для двигателя 28-BYJ48 скорость вращения можно установить в диапазоне от 0 до 200.
- Теперь, чтобы двигатель сделал один шаг, мы можем использовать следующую команду:
- stepper.step(val);
Количество шагов, которое должен сделать двигатель, определяется переменной “val”. Поскольку мы имеем 32 шага (для оборота) и передаточное число 64 мы должны сделать 2048 (32*64=2048) “шагов” в этой команде для совершения одного полного оборота двигателя.
Значение переменной “val” в нашей программе мы будем вводить из окна монитора последовательной связи.
Работа проекта
Когда вы сделаете все необходимые соединения в аппаратной части нашего проекта у вас должна получиться примерно следующая конструкция:
Теперь загрузите код программы в плату Arduino UNO и откройте окно монитора последовательной связи (serial monitor).
Как мы уже указывали, мы должны сделать 2048 шагов для совершения одного полного оборота, то есть если мы в окне монитора последовательной связи введем 2048, то вал шагового двигателя совершит один полный оборот по часовой стрелке, а сам двигатель в это время сделает 2048 шагов.
Для вращения против часовой стрелки просто вводите нужное число шагов со знаком “–“. То есть если вы введете -1024, то вал мотора совершит пол-оборота против часовой стрелки. Чтобы протестировать работу проекта вы можете вводить любые числа.
Исходный код программы
Код программы достаточно простой. Я надеюсь после успешной реализации данного проекта вы сможете управлять любыми шаговыми двигателями с помощью платы Arduino.
#include // заголовочный файл библиотеки для работы с шаговыми двигателями
// измените необходимое число шагов в зависимости от модели вашего шагового двигателя
#define STEPS 32
// создайте класс для шагового двигателя и запишите для него правильную последовательность контактов
Stepper stepper(STEPS, 8, 10, 9, 11);
int val = 0;
void setup() {
Serial.begin(9600);
stepper.setSpeed(200);
}
void loop() {
if (Serial.available()>0)
{
val = Serial.parseInt();
stepper.step(val);
Serial.println(val); //for debugging
}
}
Видео, демонстрирующее работу схемы
(Проголосуй первым!) Загрузка… 3 063 просмотров
Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 2
Когда на раскачку нагрузки мощности одного транзистора не хватает, то применяют составной транзистор (транзистор Дарлингтона). Тут суть в том, что один транзистор открывает другой.
А вместе они работают как единый транзистор с коэффициентом усиления по току равным произведению коэффициентов первого и второго транзов.
 |
Если взять, например, транзистор MJE3055T у него максимальный ток 10А, а коэффициент усиления всего около 50, соответственно, чтобы он открылся полностью, ему надо вкачать в базу ток около двухста миллиампер. Обычный вывод МК столько не потянет, а если влючить между ними транзистор послабже (какой-нибудь BC337), способный протащить эти 200мА, то запросто. Но это так, чтобы знал. Вдруг придется городить управление из подручного хлама — пригодится.
На практике обычно используются готовые транзисторные сборки. Внешне от обычного транзистора ничем не отличается. Такой же корпус, такие же три ножки.
Вот только мощи в нем больно дофига, а управляющий ток микроскопический 🙂 В прайсах обычно не заморачиваются и пишут просто — транзистор Дарлигнтона или составной транзистор.
Например пара BDW93C (NPN) и BDW94С (PNP) Вот их внутренняя структура из даташита.
 |
Обрати внимание, что там уже встроен защитный диод (нужен для защиты транзистора от пробоя при обрыве индуктивной нагрузки) и есть дополнительные резисторы. Когда VT1 закрыт то у него все равно есть ток утечки, так вот чтобы он не приоткрывал транзистор VT2 ставят R2, который отводит через себя значительную часть этого тока. R1 стоит для той же цели, но для защиты от утечки со стороны внешнего мира.
 |
Мало того, существуют сборки дарлингтонов. Когда в один корпус упаковывают сразу несколько. Незаменимая вещь когда надо рулить каким-нибудь мощным светодиодным таблом или шаговым двигателем (хотя там лучше L298 или L293 я еще не встречал). Отличный пример такой сборки — очень популярная и легко доступная ULN2003, способная протащить до 500мА на каждый из своих семи сборок. Выходы можно включать в параллель, чтобы повысить предельный ток. Итого, одна ULN может протащить через себя аж 3.5А, если запараллелить все ее входы и выходы. Что мне в ней радует — выход напротив входа, очень удобно под нее плату разводить. Напрямик.
В даташите указана внутренняя структура этой микросхемы. Как видишь, тут также есть защитные диоды. Несмотря на то, что нарисованы как будто бы операционные усилители, здесь выход типа открытый коллектор. То есть он умеет замыкать только на землю. Что становится ясно из того же даташита если поглядеть на структуру одного вентиля.
Что до практического применения, то вот таким макаром, через одну ULN2003 можно рулить, например, семью релюшками или соленоидами.
 |
Продолжение следует
Микросхема ULN2003. Описание, схема подключения, datasheet
Микросхема ULN2003 (ULN2003a) по сути своей является набором мощных составных ключей для применения в цепях индуктивных нагрузок. Может быть применена для управления нагрузкой значительной мощности, включая электромагнитные реле, двигатели постоянного тока, электромагнитные клапаны, в схемах управления различными шаговыми двигателями и другие.
Микросхема ULN2003 — описание
Краткое описание ULN2003a. Микросхема ULN2003a — это транзисторная сборка Дарлингтона с выходными ключами повышенной мощности, имеющая на выходах защитные диоды, которые предназначены для защиты управляющих электрических цепей от обратного выброса напряжения от индуктивной нагрузки.
Каждый канал (пара Дарлингтона) в ULN2003 рассчитан на нагрузку 500 мА и выдерживает максимальный ток до 600 мА. Входы и выходы расположены в корпусе микросхемы друг напротив друга, что значительно облегчает разводку печатной платы.
ULN2003 относится к семейству микросхем ULN200X. Различные версии этой микросхемы предназначены для определенной логики.
В частности, микросхема ULN2003 предназначена для работы с TTL логикой (5В) и логических устройств CMOS.
Широкое применение ULN2003 нашло в схемах управления широким спектром нагрузок, в качестве релейных драйверов, драйверов дисплея, линейных драйверов и т. д. ULN2003 также используется в драйверах шаговых двигателей.
Структурная схема ULN2003
Принципиальная схема
Характеристики
- Номинальный ток коллектора одного ключа — 0,5А;
- Максимальное напряжение на выходе до 50 В;
- Защитные диоды на выходах;
- Вход адаптирован к всевозможным видам логики;
- Возможность применения для управления реле.
Аналог ULN2003
Ниже приводим список чем можно заменить ULN2003 (ULN2003a):
- Зарубежный аналог ULN2003 — L203, MC1413, SG2003, TD62003.
- Отечественным аналогом ULN2003a — является микросхема К1109КТ22.
Микросхема ULN2003 — схема подключения
Зачастую микросхему ULN2003 используют при управлении шаговым двигателем. Ниже приведена схема включения ULN2003a и шагового двигателя:
ULN2003a — схема подключения
Дополнительное описание на русском языке ULN2003а приведено в datasheet.
Скачать datasheet ULN2003 на русском (167,0 KiB, скачано: 26 972)
ULN2803: все о паре транзисторов Дарлингтона
Если вы работаете с транзисторами, вероятно, вас интересует комбинация этих полупроводниковых устройств. Это пара транзисторов, известная как Дарлингтон. Эта установка довольно интересна для многих проектов DIY-электроники, и ее можно дешево найти в IC ULN2803.
Вы сможете найти ULN2803 производства разных компаний, таких как мифическая Texas Instruments, европейская STMicroelectronics и т. д. И в этой статье я постараюсь развеять все сомнения по поводу этого продукта, расскажу, где его можно купить и как с ним работать …
Что такое ULN2803?
El ULN2803 — это микросхема, интегральная схема с традиционной DIP-упаковкой, как и многие другие. То есть с двумя стопками булавок по бокам. Что ж, до сих пор это может показаться очень похожим на многие другие, но внутри у него нет обычных логических дверей, мультиплексоры, фильтры, модули датчиков тока, регистр сдвига, ни микроконтроллер…
Внутри ULN2803 вы найдете драйверы с серией транзисторов, некоторые устройства, о которых я уже говорил в других случаях, с разными типами, например: МОП-транзистор, BC547, 2N3055, 2N222, И т.д.
Что такое транзистор Дарлингтона или пара?
El Транзистор дарлингтона Это не транзистор как таковой, а пара из них, соединенных особым образом. Два соединенных биполярных транзистора образуют пару Дарлингтона, которая позволяет току, усиленному первым транзистором, входить в базу второго транзистора и снова усиливаться.
Этот тип усиления использовался с двумя отдельными транзисторами, но инженер из Bell Labs по имени Сидни Дарлингтон Он запатентовал эту комбинацию в 1952 году.
Идея заключалась в том, чтобы разместить два или три транзистора на одном монолитном кристалле.
Идея похожа на идею создания микросхемы или интегральной схемы, хотя это достижение не признано ему, как вы хорошо знаете …
Пара Дарлингтона ведет себя как один обычный транзистор, то есть после объединения двух транзисторов у нее все еще есть единая база, коллектор и эмиттер.
Только то, что коэффициент усиления по току будет комбинированным и, следовательно, больше, чем при использовании только одного транзистора.
В частности, считается, что коэффициент усиления Дарлингтона приблизительно является результатом произведения обоих коэффициентов усиления транзисторов, используемых по отдельности.
Лас- преимущество Понятно, что использовать эту пару Дарлингтона — получить большой выигрыш по току. Это позволяет управлять токами большей величины с небольшим током базы.
Но у него также есть свои недостатки, такие как больший фазовый сдвиг на высоких частотах, чем при использовании одного транзистора, что делает их использование в цепях отрицательной обратной связи несколько нестабильным.
И это не единственный связанная проблема к паре Дарлингтона, поскольку падение напряжения между базой и эмиттером больше из-за существующего двойного перехода (эквивалентно сумме обоих падений обоих переходов).
La напряжение насыщения что у них есть еще одно ограничение. На практике это означает большую рассеиваемую мощность, то есть больше тепла.
И, помимо недостатков, снижение скорости переключения является еще одним ограничивающим фактором, и его нельзя использовать в схемах, где требуется большая маневренность.
Первый транзистор не может активно подавлять ток базы второго, замедляя отключение …
Эти транзисторы Дарлингтона можно найти как инкапсулированный отдельно, то есть просто парой, или в интегральных схемах с несколькими транзисторами Дарлингтона, как в случае с ULN2803.
Таблица данных и распиновка ULN2803
Управление ULN2803 очень простое, и его сборка также очень проста.
Эта интегральная схема имеет набор 8 ворот заднего хода внутри реализован с помощью транзистора Дарлингтона, в данном случае с использованием транзисторов NPN.
Это позволяет подключать к их контактам другие устройства, которые имеют большой спрос на ток, например шаговые двигатели посредством водитель, реле, И т.д.
Следовательно, ULN2803 — это cочень универсальная схема который можно увидеть во множестве проектов производителей как выход цифровой схемы для управления исполнительными механизмами, двигателями различных типов и другими компонентами. Все они могут работать с низким током, допускающим высокие токи потребления, такие как 500 мА или 0.5 А, что для электроники является очень высоким значением.
Поддерживает напряжения питания и цифровых выходов до 50в, для преобразования цифровых сигналов 5 В TTL в любое напряжение до 50 В. Эта практическая функция известна как драйвер, то есть он действует как тип элемента, который изолирует, как если бы это был электронный барьер, защищая цифровые логические схемы от других, требующих более высоких напряжений и интенсивностей.
Вы можете увидеть все функции и распиновка в даташите производитель. Например, вот два самых распространенных:
- TI или Texas Instruments ULN2803
- СТ Микроэлектроника ULN2803
Цена и где купить
Найти его не так уж сложно, если знать, где искать. Его цена дешевая, и вы даже можете купить в чипгруппах ULN2803 если вам нужно несколько. Например, один из самых дешевых — это Упаковка из 10 шт ULN2803A от Amazon которые вы можете купить здесь примерно за 1 евро.
Первый проект с ULN2803
В видео они использовали только 3 из драйверов ULN2803, но вы можете использовать все 8, чтобы получить больше уровней или большую точность от вашего самодельного измерителя уровня. Хотя для вашего проекта может хватить и меньшего …
Одной из основных простых схем, которые обычно создаются с ULN2803, чтобы показать его поведение, является измеритель уровня воды в доме.
Это очень просто, благодаря 8 инвертирующим затворам, составленным из Дарлингтона и использующим около 8 резисторов по 10 кОм и еще 560 Ом, а также еще 8 светодиодов, вы можете подготовить измеритель.
Вы можете добавить зуммер или плату Arduino, чтобы при достижении определенного уровня запрограммировать микроконтроллер на выполнение некоторых действий, например вырезать клапан, так далее. Комбинации очень высоки.
El сборка как видите очень проста также. Низкая потребность в токе на входе (высокий импеданс) ULN2803 для активации проводимости транзисторов позволяет погрузить проводники, подключенные к микросхеме, в резервуар с водой, а проводимость самой воды достаточна для использования электрический сигнал для их активации.
Это не сработает с дистиллированной водой, то есть чистой, для того чтобы она имела некоторую проводимость, в ней должны быть растворенные минералы, такие как водопроводная вода. Вопреки тому, что многие думают, вода плохо проводит электричество, ее проводят растворенные минералы. Следовательно, чем грязнее вода, тем больше она проводит …
Таким образом, когда вода достигает разные уровни каждого из своих 8 драйверов, он активирует светодиоды на своем выходе и зуммер, издающий звуковой сигнал, когда резервуар для воды наполнен.
Кomo дополнительная идея, вы можете подключить каждый из выходов к входным контактам Arduino, чтобы при достижении первого уровня запрограммировать скетч для выполнения действия X, при достижении действия Y второго уровня и т. д.
Другой вариант — использовать реле вместо светодиодов на выходе, что позволит активировать или управлять цепями или устройствами с большей мощностью в зависимости от уровня, достигнутого тем или иным уровнем, например, электроклапанами или электрически управляемыми клапанами.
Управление биполярным шаговым двигателем без использования драйвера
Как-то раз мне захотелось поэксперементировать с шаговыми двигателями. С униполярным двигателем всё очень просто, достаточно полумоста на очень бюджетной микросхеме ULN2003 или ULN2803. А вот с биполярным двигателем всё гораздо сложнее.
Он имеет минимум две обмотки, на каждом конце которых полярность питания должна меняться на противоположную.
Кто-то скажет «зачем изобретать велосипед? Купи драйвер на L239 и радуйся жизни», может быть это и правильно, но мы же не ищем лёгких путей, да и что-нибудь спаять руки чешутся (а драйверы были куплены, просто они ещё ехали из Китая). Немного покопавшись в интернете, я заинтересовался такой штукой, как H-мост.
Данная схема может подавать на каждый конец обмотки и плюс и минус, в зависимости от того на затвор верхнего или нижнего транзистора плеча моста подать управляющее напряжение.
Так как у биполярного двигателя две обмотки, то нам понадобится два H-моста. Тогда для управления двумя мостами у нас получается восемь управляющих проводов (на затворы каждого транзистора).
Это очень неудобно, потому что, во первых, нужно много проводов цеплять к управляющему микроконтроллеру, а во вторых, если подать управляющий сигнал одновременно на верхний и на нижний транзисторы одного плеча моста, то мы получим короткое замыкание и просто сожжём два транзистора. Поэтому я решил сделать одну хитрость: затворы нижних транзисторов каждого плеча (они у нас коммутируют минус к обмотке мотора) необходимо подключить через инвертор (в данном случае логический элемент «не»), а затворы верхних транзисторов — на вход того же инвертора. Таким образом мы получаем уже четыре управляющих сигнала (A, B, C ,D).
В итоге, если мы подаём на любую линию управления логическую единицу (ТТЛ), то у нас откроется верхний транзистор плеча, а на затвор нижнего пойдёт логический нуль и он будет закрыт.
А если подать на ту же линию логический нуль , то верхний транзистор будет закрыт, а на затвор нижнего будет подана логическая единица (с выхода инвертора), и конец обмотки будет подключён к минусу.
С теорией покончено.
Теперь подключаем нашу схему к arduino (или просто микроконтроллеру): линии A,B,C,D — к любому свободному пину, так же же подключаем минус и плюс 5 вольт от платы контроллера. Сами мосты запитываем от отдельного блока питания (у меня был не стабилизированный на 15 вольт).
Осталось написать программу управления
Будем управлять двигателем в полушаговом режиме (8 шажков). В моей программе написаны три функции: forward — будет крутить двигатель в одну сторону, backward — в обратную, stope — остановка.
Функции запускаются с помощью терминала путём отправки символов (f,b и s соответственно). Переменная dl служит для управления скоростью вращения двигателя. Так как программа выполняется по кругу, то двигатель вращается постоянно.
По аналогии можно добавить подпрограммы для одного шага или нужного количества шагов.
Внешний вид готового устройства:
Как видно из фотографии, мосты собраны из разных транзисторов (в верхних плечах пары ceb703al и 76129s выпаянные из старых материнок, в нижних плечах irf640 и irf610), так как восемь одинаковых у меня просто не было. Тем не менее схема вполне работоспособна. Так же на фото заметна пара «соплей» — перемычек — как всегда ошибки при рисовании платы.
И в конце статьи — демонстрационное видео работы устройства.
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- H-мост.lay6 (70 Кб)
- Stepper.ino (3 Кб)
Uln2004a datasheet на русском
Как показывает практика использования представленной микросхемы, она является достаточно мощной, потому что судя по datasheet uln2003ag технические характеристики позволяют коммутировать достаточно большой ток до 500 мА. Но не стоит давать работать ей на пределе, потому что выходной транзистор хоть и защищен обратным диодом, он может пострадать из-за банального перегрева.
Читать также: Ту 3178 004 87879481 2010
Чтобы этого не происходило, правильно подходите к расчету потребляемой и рассеиваемой мощности.
В данном случае при максимальном напряжении на CE равном 50 В максимальная мощность выходного транзистора составит не более 25 Вт, при этом он будет очень сильно греться.
Поэтому номинальный коммутационный ток лучше поддерживать не более 300-400 мА. В таком режиме микросхема будет работать долго и стабильно.
Структурная схема микросхемы до боли проста и состоит всего из 7 ячеек стандартной ТТЛ-логики И-НЕ с подключенным обратным диодом на общий вывод питания COM . С топологией устройства также все просто, каждый вход расположен напротив выхода, что не даст спутать выводы при проектировании каких-либо устройств. Главное запомнить, что первый вывод является прямым входом.
Что касается характеристик, то они представлены для микросхем с ТТЛ-логикой, при котором управляющий сигнал не превышает 5 В. Но также выпускаются аналоги КМОП, которые могут работать от более низкого порога около 2 В до 9 В.
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.
Аналоги микросхемы uln 2003
Как и любая друга, микросхема uln 2003 аналоги имеет как среди импортных, так и отечественных производителей. Например, самым популярным из них является ключ К1109КТ22, ITT 656, L 203, M 2003 P , NE 5603 N и другие.
Выбирая аналог к этой микросхеме, необходимо обращать внимание на топологию. Если этот ТТЛ-логика, то и входное напряжение должно быть не более 5 В.
Все представленные аналоги этого устройства имеют то же техническое исполнение и конструктив, поэтому могут быть заменены без внесения каких-либо изменений в схему.
Схема подключения
На uln 2003 схема подключения до боли проста и не включает никаких компонентов. Главное, не перепутать вход с выходом и общий вывод, в остальном все и так ясно.
Но все же для наглядности стоит повторить схему на примере с шаговым двигателем с питанием от 12 до 24 В. Общий провод от +24В подключается на 9 вывод и к центральному отводу обмоток двигателя, все остальные оп порядку согласно полюсам.
Управление двигателем осуществляется по аналогичным линиям, только со входа МС.
При работе в таком режиме вероятность спалить выходной транзистор достаточно большая, потому что короткое замыкание в двигателе никто еще не отменял, точно также, как и клин ротора, из-за чего ток может существенно возрасти. Поэтому в каждую линию управления по выходу можно поставить шунт и обрисовать его схемой защиты от КЗ. Это зависит от конкретной задачи и типа устройства, в котором эта микросхема применяется.
Зависимость входного напряжения и тока в нагрузке
При разработке схем с участием представленной микросхемы необходимо учитывать порог регулирования тока, который зависит нелинейной характеристикой от входного напряжения:
- В ТТЛ-логике при входном напряжении 2,4 В ток коммутации составляет не более 200 мА.
- При U вх.=2,7В, выходной ток не превышает 250 мА.
- При величине входного напряжения не более 3 В, ток коллектора выходного транзистора составляет 300 мА.
Также в устройстве присутствует паразитная емкость, которая может достигать 25 pF в зависимости от частоты управляющего напряжения или создаваемых помех в непосредственной близости от нее.
При этом минимальный порог паразитной емкости находиться на уровне 15 пФ. Что касается времени включения выходных транзисторов, то они являются достаточно быстрыми.
Время перехода из одного состояния в другое лежит в пределах от 0,25 до 1 мкс, что говорит о возможности работы на достаточно высоких частотах.
Исходя из описания на микросхему, максимальный ток составляет 0,5 А, но в таком режиме она существенно нагревается до 70 и более градусов, что может быть критичным.
Ведь максимальная температура, при которой микросхема еще нормально работает, составляет порядка 85 градусов. Также следует отметить, что максимальный входной ток управления при напряжении 3,85 В не должен превышать 1,35 мА.
А это немаловажный факт, потому что именно по входу у многих схемотехников она выходит из строя.
На следующих диаграммах показана зависимость входного и выходного токов, которая является практически линейной, что позволяет более качественно подобрать элементы схемы, обеспечив нормальный температурный режим для стабильной работы устройства. Более подробно узнать о свойствах микросхемы можно из datasheet, который можно скачать на сайте.
Выходной драйвер ULN2003 для микроконтроллеров. Описание, подключение, datasheet на русском
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.
- (167,0 KiB, скачано: 354)
- источник
- Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор
- Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…
- Подробнее
Практическое применение
Сфера применения микросхемы uln 2003 достаточно широкая и охватывает как промышленность, так и детские игрушки с целью развлечения. Например, ее можно применить в устройстве переключения бегущих огней, собранных на мощных светодиодах или даже лампочках с общим питание не более 50 В.
U ln2003 биполярный шаговый двигатель может вращать, потому что у нее достаточно выводов, чтобы выполнить целый оборот с позиционированием.
Как пример, можно организовать управление вентиляторным шаговым двигателем посредством параллельного порта, собрав небольшую схему с подключением к цифровым выходам интерфейса из линии DATA .
А если использовать в составе с микроконтроллером, то можно организовать полноценное управление релейной схемой с током потребления по каждому из каналов не более 300 мА.
ULN2003 — Матрица из мощных транзисторов Дарлингтона
ВИДЕО ПО ТЕМЕ: ULN2003A para Arduino
Обнаружили недостоверную информацию — нажмите значок справа от позиции для отправки жалобы. Вы хотите прекратить это первоапрельское безобразие? Да, хватит уже! Нет, оставьте, это смешно.
Библиотека Stepper предоставляет удобный интерфейс управления биполярными и униполяными шаговыми двигателями. Для управления шаговым двигателем, в зависимости от его типа биполярный или униполярный и выбранного способа подключения, понадобятся некоторые дополнительные электронные компоненты.
Как проверить микросхему?
Обычно на руках у радиолюбителя всяческие микросхемы появляются из других устройств, которые были разобраны очень давно, и уже нет никакой информации о состоянии его компонентов, поэтому вопрос, как проверить uln 2003a вполне актуален. А сделать это можно достаточно просто:
Прозвонить мультиметром. С его помощью можно выяснить пробит ли диод или сам транзистор. Если что-то пробито (звонится на КЗ или около), то в любом случае эта ячейка неисправна.
Базу прозвонить таким способом не удастся, потому что на входе имеется резистор сопротивлением 2,7 кОм.
Лучше попробовать включить открыть транзистор, подав на вход напряжение величиной не более 3,85 В.
Загрузка...
