Temporizadores y ControladoresEn producción

ULN2003A

Fabricante: Texas Instruments

Datos tomados de la hoja de datos: Texas Instruments SLRS027P, revisión Rev. P, febrero de 2017

Matriz de transistores Darlington de 7 canales Texas Instruments ULN2003A en PDIP-16 y SOIC-16; tensión de ruptura de colector de 50 V, 500 mA continuos por canal y diodos de fijación integrados.

EncapsuladosPDIP-16, SOIC-16

Tensión de alimentación0 – 50 V

Rango de temperatura-20 – 70 °C

Hoja de datos oficial (PDF)

Descripción técnica

El ULN2003A es una matriz de transistores Darlington monolítica de alto voltaje y alta corriente estándar de la industria fabricada por Texas Instruments (hoja de datos SLRS027P, revisada en febrero de 2017). Consta de siete pares Darlington NPN independientes que comparten una conexión de tierra de emisor común (Pin 8), ofreciendo una capacidad de drenaje a tierra de hasta 500 mA continuos (600 mA de pico) por canal con una tensión de ruptura de colector en estado apagado de 50 V. Cada canal incorpora una resistencia de base en serie integrada de 2.7 kΩ junto con resistencias internas de polarización base-emisor, permitiendo la conexión directa a niveles lógicos de 5 V TTL, CMOS y microcontroladores sin componentes pasivos limitadores de corriente externos. El dispositivo cuenta con diodos de supresión de transitorios integrados que comparten un terminal de cátodo común (Pin 9, COM); la conexión del Pin 9 al carril de alimentación positivo protege las etapas de salida de colector abierto contra picos de retorno inductivo destructivos generados al desenergizar relés, solenoides y motores paso a paso. Las salidas se pueden conectar en paralelo para mayores corrientes. Se ofrece en encapsulados PDIP-16 (designación N) y SOIC-16 (designación D) con resistencias térmicas de 67°C/W y 73°C/W.

Distribución de pines y funciones alternativas

Distribución interactiva de pines y funciones del encapsulado PDIP-16.

Ilustración del encapsulado, no un plano mecánico acotado.

16 / 16 pines

Nombre del pin	Tipo	Tolerante a 5V	Funciones alternativas / detalles
1B	input only	Sí	Entrada de base del par Darlington 1 (entrada lógica 5V TTL/CMOS activa en alto con resistencia de base serie integrada de 2.7 kΩ)
2B	input only	Sí	Entrada de base del par Darlington 2 (entrada lógica 5V TTL/CMOS activa en alto con resistencia de base serie integrada de 2.7 kΩ)
3B	input only	Sí	Entrada de base del par Darlington 3 (entrada lógica 5V TTL/CMOS activa en alto con resistencia de base serie integrada de 2.7 kΩ)
4B	input only	Sí	Entrada de base del par Darlington 4 (entrada lógica 5V TTL/CMOS activa en alto con resistencia de base serie integrada de 2.7 kΩ)
5B	input only	Sí	Entrada de base del par Darlington 5 (entrada lógica 5V TTL/CMOS activa en alto con resistencia de base serie integrada de 2.7 kΩ)
6B	input only	Sí	Entrada de base del par Darlington 6 (entrada lógica 5V TTL/CMOS activa en alto con resistencia de base serie integrada de 2.7 kΩ)
7B	input only	Sí	Entrada de base del par Darlington 7 (entrada lógica 5V TTL/CMOS activa en alto con resistencia de base serie integrada de 2.7 kΩ)
E	ground	—	Terminal de emisor común a tierra para los 7 canales Darlington (máx. 2.5 A de corriente de retorno continua)
COM	power in	—	Terminal de cátodo común para diodos de supresión inductiva integrados (debe conectarse al carril positivo de carga en cargas inductivas)
7C	open drain	No	Salida de colector abierto del par Darlington 7 (drena hasta 500 mA continuos / 600 mA pico a tierra; protegida por diodo a COM)
6C	open drain	No	Salida de colector abierto del par Darlington 6 (drena hasta 500 mA continuos / 600 mA pico a tierra; protegida por diodo a COM)
5C	open drain	No	Salida de colector abierto del par Darlington 5 (drena hasta 500 mA continuos / 600 mA pico a tierra; protegida por diodo a COM)
4C	open drain	No	Salida de colector abierto del par Darlington 4 (drena hasta 500 mA continuos / 600 mA pico a tierra; protegida por diodo a COM)
3C	open drain	No	Salida de colector abierto del par Darlington 3 (drena hasta 500 mA continuos / 600 mA pico a tierra; protegida por diodo a COM)
2C	open drain	No	Salida de colector abierto del par Darlington 2 (drena hasta 500 mA continuos / 600 mA pico a tierra; protegida por diodo a COM)
1C	open drain	No	Salida de colector abierto del par Darlington 1 (drena hasta 500 mA continuos / 600 mA pico a tierra; protegida por diodo a COM)

Especificaciones clave

Atributos paramétricos

Parámetro	Mín.	Típico	Máx.	Unidad	Condición de prueba
Tensión de saturación colector-emisor (100 mA)(VCE(sat)_100)	—	0.9	1.1	V	IC = 100 mA, IB = 250 µA, TA = 25°C
Tensión de saturación colector-emisor (200 mA)(VCE(sat)_200)	—	1.1	1.3	V	IC = 200 mA, IB = 350 µA, TA = 25°C
Tensión de saturación colector-emisor (350 mA)(VCE(sat)_350)	—	1.3	1.6	V	IC = 350 mA, IB = 500 µA, TA = 25°C
Corriente de corte de colector(ICEX)	—	0.1	50	µA	VCE = 50 V, IB = 0, TA = 25°C
Corriente de entrada en estado activo(II(on))	—	0.93	1.35	mA	VI = 3.85 V, TA = 25°C
Tensión de entrada en estado activo (200 mA)(VI(on)_200)	—	2.1	2.4	V	VCE = 2 V, IC = 200 mA, TA = 25°C
Tensión de entrada en estado activo (300 mA)(VI(on)_300)	—	2.4	3	V	VCE = 2 V, IC = 300 mA, TA = 25°C
Tensión directa del diodo de fijación(VF)	—	1.7	2	V	IF = 350 mA, TA = 25°C
Corriente inversa del diodo de fijación(IR)	—	0.1	50	µA	VR = 50 V, TA = 25°C
Relación de transferencia de corriente continua(hFE)	1000	1000	—	—	VCE = 2 V, IC = 150 mA, TA = 25°C
Retardo de propagación al encendido(tPLH)	—	0.25	1	µs	VI = 3 V al 50% de salida baja, RL = 100 Ω
Retardo de propagación al apagado(tPHL)	—	0.25	1	µs	VI = 3 V al 50% de salida alta, RL = 100 Ω
Capacitancia de entrada(CI)	—	15	—	pF	VI = 0, f = 1 MHz, TA = 25°C
Corriente continua de colector por canal(IC_cont)	—	500	500	mA	Un solo canal en conducción, TA = 25°C
Corriente total de retorno a tierra(IE_total)	—	1500	2500	mA	Corriente de retorno de emisor común Pin 8

Valores máximos absolutos

Tensión de alimentación máx. (VDD/VCC)	50 V
Tensión de entrada máx.	30 V
Corriente máx. de salida / por pin	500 mA
Temperatura de unión	-20 – 70 °C
Temperatura de almacenamiento	-65 – 150 °C
Resistencia térmica θJA (PDIP-16)	67 °C/W
Resistencia térmica θJA (SOIC-16)	73 °C/W

Puntos críticos de ingeniería

Advertencias reales de hardware, restricciones de diseño de PCB y erratas del silicio que conviene conocer antes de fabricar.

Crítico

Pin COM de fijación (Pin 9) desconectado en cargas inductivas causando ruptura de colector

Cada canal de controlador incorpora un diodo de fijación rápido interno cuyo cátodo se conecta al Pin 9 (COM) y el ánodo al colector del canal. Al conmutar cargas inductivas (relés, solenoides, bobinas de motores paso a paso), el colapso del campo magnético induce picos de alta tensión (V = -L * di/dt). Si el Pin 9 se deja flotante o conectado a un carril incorrecto, estos picos superan la tensión de ruptura colector-emisor de 50V, provocando la avalancha destructiva de los transistores Darlington y el fallo permanente del canal.

Mitigación

Conecte siempre el Pin 9 (COM) directamente al carril de alimentación positivo que alimenta las cargas inductivas (por ejemplo, +5V, +12V o +24V). Si se controlan cargas puramente resistivas como LEDs, el Pin 9 puede dejarse sin conectar, aunque conectarlo al carril positivo proporciona mayor inmunidad al ruido.

Crítico

Limitaciones de disipación de potencia total del encapsulado y corriente del pin de tierra

Aunque cada canal individual está especificado para drenar hasta 500 mA continuos, los 7 canales conduciendo simultáneamente a 500 mA requerirían 3.5 A de corriente de retorno total a través del único terminal de tierra (Pin 8), superando el límite máximo absoluto de 2.5 A del pin. Además, a altas corrientes continuas, la caída de tensión de saturación acumulada disipa una potencia considerable que supera rápidamente la capacidad térmica del encapsulado (1.15 W a 25°C ambiente, RthetaJA = 67°C/W para PDIP-16, 73°C/W para SOIC-16), causando embalamiento térmico.

Mitigación

Calcule la disipación total del encapsulado: P_total = sum(V_CE(sat) * I_C * DutyCycle) + sum(V_I * I_I). Al operar los 7 canales de forma continua al 100% de ciclo de trabajo, limite la corriente individual a <= 150 mA ... 200 mA. Para cargas mayores, use multiplexación, conecte salidas adyacentes en paralelo o actualice a controladores DMOS como el Toshiba TBD62003A.

Advertencia

Caída de tensión de saturación Darlington (0.9V a 1.6V) y penalización de voltaje en carga

Debido a que un par Darlington consta de dos transistores bipolares NPN en cascada donde la etapa de salida no puede saturar por debajo de V_BE2 + V_CE(sat)1, la caída de tensión de saturación V_CE(sat) es notablemente mayor que la de un BJT saturado simple o un MOSFET de bajo RDS(on). A 100 mA, V_CE(sat) es típicamente de 0.9 V a 1.1 V; a 350 mA, aumenta a 1.3 V ... 1.6 V. Al alimentar cargas de bajo voltaje (como relés de 5V o indicadores de 3.3V), esta pérdida de más de 1V reduce la tensión efectiva en la carga (una bobina de 5V solo recibe 3.7V ... 4.1V) mientras disipa calor continuo.

Mitigación

Verifique que las bobinas inductivas se activen de manera fiable con la tensión reducida (V_LOAD = V_SUPPLY - V_CE(sat)). Para relés de 5V, compruebe que la tensión de activación sea <= 3.75V (75% del valor nominal). En sistemas de 3.3V o alimentados por batería donde una caída de 1V es inaceptable, reemplace el ULN2003A bipolar por una matriz DMOS (como TBD62003A) con baja resistencia RDS(on).

Advertencia

Limitaciones de excitación con lógica de microcontroladores de 3.3V (corriente de base insuficiente)

La resistencia de base serie interna de 2.7 kΩ del ULN2003A está dimensionada específicamente para niveles lógicos de 5V TTL y CMOS. Cuando se controla desde un microcontrolador moderno de 3.3V (como ESP32, RP2040 o STM32), la tensión disponible sobre las dos uniones base-emisor (2 * V_BE aprox 1.4V a 1.7V) solo produce (3.3V - 1.5V) / 2.7k = 0.67 mA de corriente de base. Si bien es suficiente para conmutar cargas ligeras de hasta 100 mA, no permite saturar por completo la salida a corrientes elevadas (300 mA a 500 mA), provocando mayor V_CE, alta disipación y sobrecalentamiento.

Mitigación

Para sistemas lógicos de 3.3V que conmuten cargas pesadas (> 150 mA por canal), use la variante de bajo voltaje ULN2003LV (diseñada para entradas de 1.8V a 5V) o el Toshiba TBD62003A (entradas DMOS de bajo umbral), o inserte un desplazador de nivel a 5V como el 74HCT245 o circuitos con BSS138.

Equivalencias y referencias cruzadas

Número de pieza (MPN)	Fabricante	Compatibilidad	Diferencias eléctricas / consideraciones de BOM
ULN2003AN	Texas Instruments	pin to pin drop in	Referencia exacta de pedido del fabricante para ULN2003A en encapsulado estándar de inserción PDIP de 16 pines (encapsulado N).
ULN2003ADR	Texas Instruments	pin to pin drop in	Referencia exacta de pedido del fabricante para ULN2003A en encapsulado de montaje superficial SOIC de 16 pines (encapsulado D) en cinta y carrete.
MC1413P	ON Semiconductor	pin to pin drop in	Segunda fuente directa compatible pin a pin de matriz Darlington de 7 canales en PDIP-16 con idénticos límites de 50 V / 500 mA.
TBD62003APG	Toshiba	differing electrical limits	Controlador moderno de 7 canales BiCD DMOS en encapsulado DIP-16 compatible; sustituye los pares Darlington por transistores DMOS de bajo RDS(on), eliminando la caída VCE(sat) y el calentamiento.

Circuitos de referencia

ULN2003A: controlador de 7 canales para relés y solenoides de carga inductiva

Topología: Controlador de sumidero de colector abierto Darlington de siete canales con diodos supresores de retorno integrados de cátodo común y desacoplo de alimentación para relés de 12V, solenoides y bobinas paso a paso.

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Documentación oficial y hojas de datos citadas

Hojas de datos, erratas y notas de aplicación de los fabricantes de semiconductores.

DATASHEETTexas Instruments

ULN200xA, ULNQ200x High-Voltage, High-Current Darlington Transistor Arrays

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Circuitos de referencia

ULN2003A: controlador de 7 canales para relés y solenoides de carga inductiva

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ULN200xA, ULNQ200x High-Voltage, High-Current Darlington Transistor Arrays

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