ULN2803: todo sobre el par de transistores Darlington

ULN2803

Si estás realizando trabajos con transistores, es probable que haya una combinación de estos dispositivos semiconductores que te interese. Se trata del par de transistores conocido como Darlington. Esta configuración es bastante interesante para muchos proyectos DIY de electrónica, y los puedes encontrar de forma barata en el IC ULN2803.

Vas a poder encontrar el ULN2803 fabricado por diferentes empresas, como la mítica Texas Instruments, o la europea STMicroelectronics, etc. Y en este artículo guía, intentaré resolver todas las dudas sobre este producto, indicarte dónde lo puedes comprar, y cómo trabajar con él…

¿Qué es el ULN2803?

El ULN2803 es un chip, un circuito integrado con un empaquetado tradicional DIP, como tantos otros. Es decir, con dos pilas de pines a sus lados. Bien, hasta aquí puede parecer como tantos otros, pero en su interior no tiene puertas lógicas convencionales, multiplexores, filtros, módulos sensor de corriente, registro de desplazamiento, ni tampoco un microcontrolador

Dentro del ULN2803 vas a encontrar drivers, con una serie de transistores, unos dispositivos de los que ya he hablado en otras ocasiones con diferentes tipos como: MOSFET, BC547, 2N3055, 2N222, etc.

¿Qué es el transistor o par Darlington?

El transistor Darlington no es un transistor como tal, sino un par de ellos conectados de una forma muy concreta. Dos transistores bipolares conectados formarán el par Darlington, que permite que la corriente amplificada por el primer transistor ingrese en la base del segundo transistor y se vuelva a amplificar nuevamente.

Este tipo de amplificación se usaba con dos transistores separados, pero un ingeniero de los Bell Labs llamado Sidney Darlington patentó la combinación en 1952. La idea era colocar dos o tres transistores en una misma pastilla monolítica. Una idea similar a la de crear un chip o circuito integrado, aunque este logro no se le reconoce a él, como bien sabrás…

El par Darlington se comporta como un solo transistor convencional, es decir, tras la combinación de los dos transistores sigue teniendo una sola base, un colector y un emisor. Solo que la ganancia de corriente será la combinada, y por tanto mayor a usar solo un transistor. Concretamente, se considera que la ganancia en el Darlington es aproximadamente el resultado del producto entre ambas ganancias de los transistores usados por separado.

Las ventajas de usar este par Darlington es clara, obtener una gran ganancia de corriente. Eso permite controlar corrientes de magnitud superior con una corriente de base pequeña. Pero también tiene sus desventajas, como un desplazamiento de fase mayor a altas frecuencias que cuando se usa un solo transistor, lo que hace que usarlos en circuitos con realimentación negativa sea algo inestable.

Y no es el único problema asociado al par Darlington, ya que la caída del voltaje entre la base y el emisor es mayor por la doble juntura existente (equivalente a la suma de ambas caídas de ambas junturas).

La tensión de saturación que tienen también es otra limitación. A nivel práctico, eso implica una mayor potencia disipada, es decir, más calor. Y siguiendo con las desventajas, la reducción de velocidad de conmutación es otro factor limitante, y no puede usarse en circuitos donde se necesite mayor agilidad. El primer transistor no puede inhibir activamente la corriente de la base del segundo, lo que ralentiza el apagado…

Estos transistores Darlington se pueden encontrar tanto encapsulados por separado, es decir, solo un par, o en circuitos integrados con varios transistores Darlington como es el caso del ULN2803.

Datasheet y pinout del ULN2803

El funcionamiento del ULN2803 es muy sencillo y su montaje también lo es. Este circuito integrado tiene un conjunto de 8 puertas inversoras en su interior implementadas mediante un transistor Darlington, en este caso usando transistores NPN. Eso posibilita conectar a sus pines otros dispositivos que tienen una fuerte demanda de corriente, como los motores paso a paso a modo de driver, relés, etc.

Por tanto, el ULN2803 es un circuito muy versátil que puede verse en multitud de proyectos de makers como  salida de circuitos digitales para manejar actuadores, motores de varios tipos, y otros componentes. Todos ellos se pueden manejar con una corriente baja, admitiendo corrientes de demanda altas como son 500 mA o 0.5A, que para electrónica es un valor altísimo.

Admite tensiones de alimentación y de salida digital de hasta 50v, para transformar señales digitales TTL de 5v a cualquier tensión de hasta 50 voltios. Esta función práctica es lo que se conoce como driver, es decir, actúa como un tipo de elemento que aísla como si de una barrera electrónica se tratase, protegiendo circuitos lógicos digitales de otros que requieren voltajes e intensidades mayores.

Puedes ver todas las características completas y pinout en el datasheet del fabricante. Por ejemplo, aquí tienes dos de los más comunes:

Precio y dónde comprar

No es demasiado complicado de encontrar si sabes dónde buscar. Su precio es barato, e incluso lo puedes comprar en grupos de chips ULN2803 si necesitas varios. Por ejemplo, uno de los más económicos es el pack de 10x ULN2803A de Amazon que puedes comprar aquí por aproximadamente 1€.

Primer proyecto con un ULN2803

En el vídeo solo han usado 3 de los drivers del ULN2803, pero puedes usar los 8 para conseguir más niveles o mayor precisión de tu medidor de nivel casero. Aunque con menos podría ser suficiente para tu proyecto…

Uno de los principales circuitos sencillos que se suelen hacer con el ULN2803 para mostrar su comportamiento es un medidor de nivel de agua casero. Es muy simple, gracias a sus 8 puertas inversoras compuestas por Darlington y usando unas 8 resistencias de 10k  y otras tantas de 560 ohms, y también otros 8 LEDs, se puede tener el medidor listo. Puedes agregar un buzzer, o una placa Arduino para que cuando llegue a un determinado nivel programar el microcontrolador para que haga alguna acción, como cortar una válvula, etc. Las combinaciones son muy altas.

El montaje como puedes ver es muy sencillo también. La poca demanda de corriente a su entrada (alta impedancia) del ULN2803 para activar la conducción de los transistores hace que sea posible sumergir los conductores conectados al chip en un tanque de agua y que la conductividad del propio agua sea suficiente para usar la señal eléctrica para irlos activando.

Esto no funcionaría con agua destilada, es decir, pura, es necesario que tenga minerales disueltos como la del grifo para que tenga algo de conductividad. En contra de los que muchos piensan, el agua es un mal conductor de la electricidad, son sus minerales disueltos los que conducen. Por tanto, mientras más impura sea el agua más conduce…

De esa forma, conforme el agua va llegando a los distintos niveles de cada uno de sus 8 drivers, irá activando los LEDs a su salida y el buzzer emitiendo un pitido cuando se llena el depósito de agua.

Como idea adicional, puedes conectar cada una de las salidas a los pines de entrada de Arduino, para que cuando llegue al primer nivel programar un sketch para que haga X acción, cuando llegue al segundo nivel Y acción, y así sucesivamente. Otra opción es usar relés en vez de LEDs a la salida, lo que permitiría accionar o controlar circuitos o aparatos de mayor potencia según el nivel llegue a un nivel u otro, como pueden ser electroválvulas o válvulas controladas eléctricamente.


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