דוחף-זרם מסוג ULN2803A

הרכיב ULN2803 הוא דוחף-זרם ("דרייבר") פופולרי, המשמש בפרויקטים אלקטרונים רבים. הניצול העיקרי שלו, הוא במקומות בהם יש צורך לספק זרם גבוה יחסית (יותר מ-10 מיליאמפר), לרכיבים או התקנים, שמחוברים ליציאות של מיקרובקר. לעיתים, הנדסאים או טכנאים, נתקלים ב-ULN בפעם הראשונה, כשהם צריכים להפעיל אלמנט כלשהו בפרויקט הגמר ומגלים שיציאות המיקרובקר, לא מסוגלות להפעיל רכיבים שזקוקים לזרם-פעולה משמעותי.

המאמר שלפניכם, מסביר בשפה קלה, על הרכיב והשימוש בו ויאפשר לכם לשלב את ה-ULN, בפרויקט הנוכחי או בפרויקטים שיבואו.


היכרות עם ULN2803

ה-ULN2803 הנו רכיב מוכלל (Integrated Cicuit, "ג'וק"), שמכיל בתוכו 8 דוחפי-זרם, מבוססי מעגל הגברת-זרם מסוג דרלינגטון. כל אחד מדוחפי-הזרם, ממומש בעזרת זוג טרנזיסטורים דו-קוטביים, בחיבור "פולט משותף" (Common emitter).

כל הכניסות של דוחפי-הזרם, נמצאים מצדו האחד של הרכיב וכל היציאות, ממוקמות בדיוק ממולן, בצידו השני של הרכיב (ראה איור 2), דבר שהופך את השימוש ברכיב לנוח מאד, במקרה שאתם מפתחים מעגל, שזקוק למספר דוחפי-זרם במקביל.

דוגמאות למקרים, בהם הרכיב ULN2803, עשוי להיות פתרון יעיל:

  • הפעלת ממסר
  • הפעלת מנוע צעד
  • הפעלת משאבת-מים DC (כמו במגבים)
  • שליטה על כמות גדולה של לדים, בו-זמנית

   ULN2803 internal

איור 1: המבנה הפנימי של כל אחד מדוחפי-הזרם שבתוך ULN2803



אופן הפעלת ה-ULN2803

הדרך הכי פשוטה ומהירה להבין כיצד ה-ULN עובד, היא זו:

אם בכניסה (IN) של דוחף זרם יש "0", במוצאו (OUT) לא יהיה שינוי במתח הקיים (זה למעשה "קולקטור פתוח").

אם בכניסה (IN) של דוחף זרם יש "1", במוצאו (OUT) יהיה 0V (כאילו המוצא חובר ל-GND).

בהנתן שה-ULN אכן עובד כפי שמתואר לעיל, איך משתמשים בו?

פשוט וקל! מחברים את חיבור אספקת המתח החיובי של העומס שלכם, אל ה-VCC באופן קבוע ואת חיבור האדמה (GND) של העומס, מחברים למוצא (OUT) של דוחף-זרם. עתה, אם תספקו "0" בכניסת הדוחף, לא יקרה כלום, כי מבחינת העומס, יש לו מתח חיובי מצד אחד וגם מהצד השני, יש לו מתח חיובי. לפיכך, אין עליו הפרש פוטנציאלים, כלומר לא זורם דרכו זרם. לעומת-זאת, אם תספקו "1" בכניסת דוחף-הזרם, המוצא שלו יספק אדמה (GND) לעומס ועתה, יהיה לעומס מתח חיובי (קבוע) מצד אחד וברגל השניה של אספקת-המתח, הוא מקבל GND. בדיוק מה שהוא צריך כדי לפעול!

רכיב דוחף-זרםאיור 2: תיאור הפינים של ULN2803

חשוב לזכור:

  1. ה-ULN2803 מסוגל לעבוד עם מתח עד גודל מסוים (50V לפי דפי-הנתונים שלו) ומסוגל לספק זרם, רק עד גבול מסוים, שהוא 500mA. זה כמובן די והותר לרוב היישומים הנפוצים. אך אם תנסו להזרים דרכו, יותר זרם ממה שהוא מסוגל להעביר, הרכיב יתחמם במהירות ולבסוף יתקלקל.
  2. מומלץ לשים נגד משיכת-על (Pull-up) ביציאה של כל דוחף-זרם בו משתמשים, כך שבמקרה שיש "0" בכניסה, המתח ביציאה (Out) יקבע לפי המתח אליו מחובר הנגד (ערך נפוץ לנגד כזה הוא 10K).


איך לחבר את ה-ULN2803A במעגל אלקטרוני, הכולל מיקרובקר?

יש לחבר את הפינים של הרכיב, לפי התיאור הבא:

פין 9, מתחבר אל האדמה (GND) של המעגל.

פין 10, מתחבר אל מתח האספקה החיובי של העומס במעגל שלכם. כלומר, אם העומס הוא מנוע שעובד ב-12V, יש לחבר את ה-12V גם אל פין 10 של ה-ULN.

מוצא I/O כלשהו של המיקרובקר, צריך להתחבר אל כניסה כלשהי (לפי בחירתכם), של אחד מדוחפי-הזרם שברכיב (ממוספרים מ-1 עד 8). המוצא הזה, ישלוט על פעולת דוחף-הזרם ולפיכך, ישלוט על מצב העומס (פועל או לא פועל).

עכשיו, נותר רק לחבר את העומס עצמו (למשל ממסר): הדק האספקה החיובי, מתחבר ל-VCC ישירות. הדק האדמה (GND), מתחבר אל מוצא (OUT) דוחף-הזרם, שהמיקרובקר שולט על המוצא שלו. שימו-לב שבמקרה של עומס השראותי כמו ממסר (השראותי בגלל שבתוך הממסר יש סליל, המשמש כאלקטרומגנט), מולץ לשים גם "דיודה הפוכה", להגנה מפני זרם ש"חוזר מהסליל" (חפשו מידע באינטרנט, כדי להפעיל את הממסר בצורה נכונה).

מה עוד כדאי לדעת על ה-ULN?

הרכיב ULN2803A, מכיל בתוכו 8 דוחפי-זרם מסוג דרלינגטון. ישנו רכיב נוסף, דומה למדי, שנקרא UL2003A. ההבדל בינהם הוא, שב-ULN2003, יש רק 7 דוחפי-זרם פנימיים ויש לו פחות פינים מאשר ב-ULN2803 (הוא קצר יותר ב-2 פינים). השימוש ברכיב, זהה לשימוש ב-ULN2803.

סיכום

הרכיב ULN2803, מכיל בתוכו 8 יחידות של דוחפי זרם, נוחים מאד לשימוש. בפרויקטים בהם נעשה שימוש במיקרובקר ויש צורך להפעיל עומסים, שהבקר אינו מסוגל לדחוף אותם ישירות, הוספת רכיב ULN לפרויקט, תאפשר שליטה בעומסים של עד 500mA, ללא סיבוך של המעגל הבסיסי.