Temporizadores e Drivers de GateEm produção

ULN2003A

Fabricante: Texas Instruments

Dados retirados do datasheet: Texas Instruments SLRS027P, revisão Rev. P, fevereiro de 2017

Matriz de transistores Darlington de 7 canais Texas Instruments ULN2003A em PDIP-16 e SOIC-16; tensão de ruptura de coletor de 50 V, 500 mA contínuos por canal e diodos de fixação integrados.

EncapsulamentosPDIP-16, SOIC-16

Tensão de alimentação0 – 50 V

Faixa de temperatura-20 – 70 °C

Datasheet Oficial (PDF)

Visão Geral Técnica

O ULN2003A é um arranjo monolítico de transistores Darlington de alta tensão e alta corrente padrão da indústria fabricado pela Texas Instruments (datasheet SLRS027P, revisado em fevereiro de 2017). Composto por sete pares NPN Darlington independentes que compartilham uma conexão de terra de emissor comum (Pino 8), o ULN2003A fornece capacidade de dreno para o terra de até 500 mA contínuos (600 mA de pico) por canal com tensão de ruptura de coletor desligado de 50 V. Cada canal incorpora um resistor de base em série integrado de 2.7 kΩ em conjunto com resistores internos de pull-down base-emissor, permitindo interface direta com níveis lógicos 5 V TTL, CMOS e microcontroladores sem componentes passivos externos. O dispositivo possui diodos de supressão de transientes integrados com terminal de catodo comum (Pino 9, COM); conectar o Pino 9 ao barramento positivo de alimentação da carga protege as saídas de coletor aberto contra transientes indutivos destrutivos gerados ao desligar relés, solenoides e motores de passo. As saídas podem ser paralelizadas para correntes mais altas. Disponível em encapsulamentos PDIP-16 (designação N) e SOIC-16 (designação D) com resistências térmicas de 67°C/W e 73°C/W respectivamente.

Pinagem do Encapsulamento e Funções Alternativas

Pinagem interativa e funções dos pinos do encapsulamento PDIP-16.

Ilustração do encapsulamento, não um desenho mecânico cotado.

16 / 16 pinos

Nome do pino	Tipo	Tolerante a 5V	Funções alternativas / detalhes
1B	input only	Sim	Entrada de base do par Darlington 1 (entrada lógica 5V TTL/CMOS ativa em nível alto com resistor de base em série integrado de 2.7 kΩ)
2B	input only	Sim	Entrada de base do par Darlington 2 (entrada lógica 5V TTL/CMOS ativa em nível alto com resistor de base em série integrado de 2.7 kΩ)
3B	input only	Sim	Entrada de base do par Darlington 3 (entrada lógica 5V TTL/CMOS ativa em nível alto com resistor de base em série integrado de 2.7 kΩ)
4B	input only	Sim	Entrada de base do par Darlington 4 (entrada lógica 5V TTL/CMOS ativa em nível alto com resistor de base em série integrado de 2.7 kΩ)
5B	input only	Sim	Entrada de base do par Darlington 5 (entrada lógica 5V TTL/CMOS ativa em nível alto com resistor de base em série integrado de 2.7 kΩ)
6B	input only	Sim	Entrada de base do par Darlington 6 (entrada lógica 5V TTL/CMOS ativa em nível alto com resistor de base em série integrado de 2.7 kΩ)
7B	input only	Sim	Entrada de base do par Darlington 7 (entrada lógica 5V TTL/CMOS ativa em nível alto com resistor de base em série integrado de 2.7 kΩ)
E	ground	—	Terminal de emissor comum (terra) para todos os 7 canais Darlington (máx. 2.5 A de corrente contínua de retorno)
COM	power in	—	Terminal de catodo comum para diodos de supressão indutiva integrados (deve ser conectado ao barramento positivo em cargas indutivas)
7C	open drain	Não	Saída de coletor aberto do par Darlington 7 (drena até 500 mA contínuos / 600 mA de pico para o terra; protegida por diodo ao COM)
6C	open drain	Não	Saída de coletor aberto do par Darlington 6 (drena até 500 mA contínuos / 600 mA de pico para o terra; protegida por diodo ao COM)
5C	open drain	Não	Saída de coletor aberto do par Darlington 5 (drena até 500 mA contínuos / 600 mA de pico para o terra; protegida por diodo ao COM)
4C	open drain	Não	Saída de coletor aberto do par Darlington 4 (drena até 500 mA contínuos / 600 mA de pico para o terra; protegida por diodo ao COM)
3C	open drain	Não	Saída de coletor aberto do par Darlington 3 (drena até 500 mA contínuos / 600 mA de pico para o terra; protegida por diodo ao COM)
2C	open drain	Não	Saída de coletor aberto do par Darlington 2 (drena até 500 mA contínuos / 600 mA de pico para o terra; protegida por diodo ao COM)
1C	open drain	Não	Saída de coletor aberto do par Darlington 1 (drena até 500 mA contínuos / 600 mA de pico para o terra; protegida por diodo ao COM)

Especificações Principais

Atributos paramétricos

Parâmetro	Mín.	Típico	Máx.	Unidade	Condição de teste
Tensão de saturação coletor-emissor (100 mA)(VCE(sat)_100)	—	0.9	1.1	V	IC = 100 mA, IB = 250 µA, TA = 25°C
Tensão de saturação coletor-emissor (200 mA)(VCE(sat)_200)	—	1.1	1.3	V	IC = 200 mA, IB = 350 µA, TA = 25°C
Tensão de saturação coletor-emissor (350 mA)(VCE(sat)_350)	—	1.3	1.6	V	IC = 350 mA, IB = 500 µA, TA = 25°C
Corrente de corte do coletor(ICEX)	—	0.1	50	µA	VCE = 50 V, IB = 0, TA = 25°C
Corrente de entrada em condução(II(on))	—	0.93	1.35	mA	VI = 3.85 V, TA = 25°C
Tensão de entrada em condução (200 mA)(VI(on)_200)	—	2.1	2.4	V	VCE = 2 V, IC = 200 mA, TA = 25°C
Tensão de entrada em condução (300 mA)(VI(on)_300)	—	2.4	3	V	VCE = 2 V, IC = 300 mA, TA = 25°C
Tensão direta do diodo de fixação(VF)	—	1.7	2	V	IF = 350 mA, TA = 25°C
Corrente reversa do diodo de fixação(IR)	—	0.1	50	µA	VR = 50 V, TA = 25°C
Ganho de corrente contínua (hFE)(hFE)	1000	1000	—	—	VCE = 2 V, IC = 150 mA, TA = 25°C
Atraso de propagação para ligar(tPLH)	—	0.25	1	µs	VI = 3 V a 50% da saída em nível baixo, RL = 100 Ω
Atraso de propagação para desligar(tPHL)	—	0.25	1	µs	VI = 3 V a 50% da saída em nível alto, RL = 100 Ω
Capacitância de entrada(CI)	—	15	—	pF	VI = 0, f = 1 MHz, TA = 25°C
Corrente contínua de coletor por canal(IC_cont)	—	500	500	mA	Um único canal em condução, TA = 25°C
Corrente total de retorno ao terra(IE_total)	—	1500	2500	mA	Corrente de retorno do emissor comum Pino 8

Valores Máximos Absolutos

Tensão de alimentação máx. (VDD/VCC)	50 V
Tensão de entrada máx.	30 V
Corrente máx. de saída / por pino	500 mA
Temperatura de junção	-20 – 70 °C
Temperatura de armazenamento	-65 – 150 °C
Resistência térmica θJA (PDIP-16)	67 °C/W
Resistência térmica θJA (SOIC-16)	73 °C/W

Gotchas e Cuidados de Engenharia

Ressalvas reais de hardware, restrições de layout de PCB e erratas do silício a conhecer antes de fabricar.

Crítico

Pino COM de diodos de fixação (Pino 9) desconectado em cargas indutivas causando ruptura do coletor

Cada canal de acionamento incorpora um diodo de fixação rápido interno cujo catodo conecta-se ao Pino 9 (COM) e o anodo ao coletor do canal. Ao comutar cargas indutivas (relés, solenoides, fases de motores de passo), o campo magnético em colapso induz picos de alta tensão (V = -L * di/dt). Se o Pino 9 for deixado flutuando ou conectado a um barramento incorreto, esses picos excedem a tensão de ruptura coletor-emissor de 50V, provocando a quebra por avalanche dos transistores Darlington e a destruição permanente do canal.

Mitigação

Sempre conecte o Pino 9 (COM) diretamente ao barramento de alimentação positivo que alimenta as cargas indutivas (por exemplo, +5V, +12V ou +24V). Ao comutar cargas puramente resistivas como LEDs, o Pino 9 pode ser deixado flutuando, embora conectá-lo ao positivo proporcione maior imunidade a ruídos.

Crítico

Restrições de dissipação de potência total do encapsulamento e corrente do pino de terra

Embora cada canal individual suporte até 500 mA de corrente contínua, os 7 canais conduzindo simultaneamente a 500 mA exigiriam 3.5 A de corrente total pelo pino de terra (Pino 8), excedendo a classificação máxima absoluta de 2.5 A. Além disso, em alta corrente contínua, a queda de tensão de saturação cumulativa dissipa calor significativo, ultrapassando rapidamente a capacidade térmica do encapsulamento (1.15 W a 25°C ambiente, RthetaJA = 67°C/W para PDIP-16, 73°C/W para SOIC-16), causando fuga térmica.

Mitigação

Calcule a dissipação total do encapsulamento: P_total = sum(V_CE(sat) * I_C * DutyCycle) + sum(V_I * I_I). Ao operar os 7 canais continuamente em ciclo de trabalho de 100%, limite a corrente individual a <= 150 mA ... 200 mA. Para cargas mais pesadas, multiplexe saídas, conecte canais em paralelo ou migre para drivers DMOS como o Toshiba TBD62003A.

Aviso

Queda de tensão de saturação Darlington (0.9V a 1.6V) e perda de tensão na carga

Como um par Darlington é composto por dois transistores bipolares NPN em cascata onde a saída não pode saturar abaixo de V_BE2 + V_CE(sat)1, a queda de tensão de saturação V_CE(sat) é consideravelmente maior que a de um BJT saturado simples ou MOSFET de baixo RDS(on). A 100 mA, V_CE(sat) varia tipicamente de 0.9 V a 1.1 V; a 350 mA, sobe para 1.3 V ... 1.6 V. Ao alimentar cargas de baixa tensão (como relés de 5V ou LEDs de 3.3V), essa perda de mais de 1V subtrai tensão da carga (uma bobina de 5V recebe apenas 3.7V ... 4.1V) enquanto gera aquecimento contínuo.

Mitigação

Certifique-se de que bobinas indutivas operem confiavelmente com tensão reduzida (V_LOAD = V_SUPPLY - V_CE(sat)). Para relés de 5V, verifique se a tensão de acionamento é <= 3.75V (75% da nominal). Em sistemas de 3.3V ou alimentados por bateria onde a perda de 1V é inaceitável, substitua o ULN2003A bipolar por um driver DMOS (como TBD62003A) com resistência em condução reduzida.

Aviso

Limitações de acionamento com lógica de microcontroladores de 3.3V (corrente de base insuficiente)

O resistor de base em série interno de 2.7 kΩ do ULN2003A foi dimensionado especificamente para níveis de 5V TTL e CMOS. Quando acionado por microcontroladores modernos de 3.3V (como ESP32, RP2040 ou STM32), a tensão disponível sobre as duas junções base-emissor (2 * V_BE aprox 1.4V a 1.7V) produz apenas (3.3V - 1.5V) / 2.7k = 0.67 mA de corrente de base. Embora suficiente para cargas leves de até 100 mA, não satura a saída em correntes altas (300 mA a 500 mA), resultando em aumento de V_CE, alta dissipação e superaquecimento.

Mitigação

Em sistemas lógicos de 3.3V acionando cargas elevadas (> 150 mA por canal), utilize a versão de baixa tensão ULN2003LV (projetada para entradas de 1.8V a 5V) ou Toshiba TBD62003A (entradas DMOS com baixo limiar), ou adicione um conversor de nível para 5V como o 74HCT245 ou circuito com BSS138.

Equivalentes e Referência Cruzada

Número de peça (MPN)	Fabricante	Compatibilidade	Diferenças elétricas / considerações de BOM
ULN2003AN	Texas Instruments	pin to pin drop in	Código exato de pedido do fabricante para ULN2003A em encapsulamento padrão de inserção PDIP de 16 pinos (encapsulamento N).
ULN2003ADR	Texas Instruments	pin to pin drop in	Código exato de pedido do fabricante para ULN2003A em encapsulamento de montagem em superfície SOIC de 16 pinos (encapsulamento D) em fita e carretel.
MC1413P	ON Semiconductor	pin to pin drop in	Segunda fonte direta compatível pino a pino de driver Darlington de 7 canais em PDIP-16 com especificações idênticas de 50 V / 500 mA.
TBD62003APG	Toshiba	differing electrical limits	Driver moderno de 7 canais BiCD DMOS em encapsulamento compatível DIP-16; substitui os pares Darlington por transistores DMOS de baixo RDS(on), eliminando a queda VCE(sat) e o aquecimento.

Circuitos de Aplicação

ULN2003A: driver de 7 canais para relés e solenoides de carga indutiva

Topologia: Driver dreno de coletor aberto Darlington de sete canais com diodos de supressão de retorno integrados de catodo comum e desacoplamento de alimentação para relés de 12V, solenoides e bobinas de motores de passo.

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Documentação Oficial e Datasheets Citados

Datasheets primários de fabricantes de semicondutores, erratas e notas de aplicação.

DATASHEETTexas Instruments

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

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Documentação Oficial e Datasheets Citados

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

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