При проектирането на електронни схеми често има нужда от регулатор на напрежение с ниска мощност или източник на еталонно напрежение. Редица фиксирани напрежения са затворени от нерегулирани интегрални стабилизатори. Регулируема надграждане чип LM317, но има определени присъщи недостатъци и често ненужна функционалност. В много случаи чипът TL431 ще реши проблема, като ви позволи да получите стабилен източник на напрежение с ниска мощност, който може да се регулира от 2,5 до 36 V.
Съдържание
Какво представлява чипът TL431
Тази микросхема, разработена през 70-те години на ХХ век, често се нарича „регулируем ценеров диод“ и е обозначена на диаграмата като ценеров диод с два класически извода - анод и катод. Има и трети извод, чиято цел ще бъде разгледана по-късно. Прилича на микросглобка ценеров диод изобщо не си спомня. Произвежда се, като конвенционална микросхема, в няколко варианта на пакет. Първоначално бяха направени опции само за платка с дупки (истинска дупка), с развитието на SMD технологиите, TL431 започна да се „опакова“ в пакети за повърхностен монтаж, включително популярни SOT с различен брой щифтове. Минималният брой крачета, необходими за работа е 3. Някои случаи съдържат повече щифтове. Излишните крака или не са свързани никъде, или се дублират.
Основни характеристики на TL431
Основните характеристики, чието познаване е достатъчно за изпълнение на 90+ процента от задачите, които възникват при разработването на електронни схеми:
- граници на изходното напрежение - 2,5 ... 36 V (това може да се отдаде на минусите, тъй като съвременните регулатори имат долна граница от 1,5 V);
- най-високият ток е 100 mA (малък е, сравним със среден ценеров диод, така че не трябва да претоварвате микросхемата, няма защита);
- вътрешно съпротивление (импеданс на еквивалентна двуизводна мрежа) - около 0,22 Ohm;
- динамично съпротивление - 0,2 ... 0,5 Ohm;
- паспортна стойност Uref = 2,495 V, точност - в зависимост от серията, от ± 0,5% до ± 2%;
- работен температурен диапазон за TL431С – 0…+70 °С, за TL431A – минус 40…+85 °С.
Други характеристики, включително графики на зависимостта на параметрите от температурата, могат да бъдат намерени в листа с данни. Но в повечето случаи те няма да са необходими.
Цел на изводите и принцип на действие
Когато се анализира вътрешната структура на микросхемата, става ясно, че сравнението с ценеровия диод е доста произволно.
Най-вече структурата на TL431 прилича на компаратор. Към инвертиращия изход се прилага еталонно напрежение Vref от 2,5 V.Това напрежение е стабилизирано, така че изходът също ще бъде стабилен. Неинвертиращият изход се извежда. Ако приложеното към него напрежение не надвишава референтното напрежение, изход на компаратора нула, транзисторът е затворен, не тече ток. Ако напрежението на директния вход надвиши 2,5 V, тогава на изхода на диференциалния усилвател се появява положително ниво, транзисторът се отваря и токът започва да тече през него. Този ток е ограничен от външно съпротивление. Това поведение наподобява лавинообразния пробив на ценеров диод, когато към него се приложи обратно напрежение. Диодът е предназначен да предпазва от обратно включване на микросхемата.
Важно! Изводът за референтно напрежение не трябва да се оставя несвързан и изисква минимум 4µA ток.
Всъщност тази схема е условна - подходяща е само за обяснение на естеството на работата. Реално всичко се изпълнява по други принципи. Така че вътре във веригата не можете да намерите точка с еталонно напрежение от 2,5 V.
Примери за комутационни вериги
Една от опциите за превключващата верига TL431 е конвенционален компаратор. Върху него можете да изградите някакъв вид прагови релета - например реле за ниво, реле за осветление и т.н. Само източникът на референтно напрежение е вграден и не може да се регулира, следователно токът и спадът на напрежението през сензора се регулират.
Веднага щом 2,5 V падне на сензора, изходният транзистор на микросхемата се отваря, токът протича през светодиода и той светва. Вместо светодиод, можете да използвате реле с ниска мощност или транзисторен ключ, който превключва товара. Резистор R1 може да се използва за регулиране на нивото на работа на компаратора. R2 служи като баласт и ограничава тока през светодиода.
Но такова включване не прави възможно използването на всички функции на TL431 - компараторът може да бъде изграден върху всяка друга микросхема, която е по-подходяща за такива релета.Същият монтаж е предназначен за други цели.
Най-простата схема за включване на TL431 в режим на паралелен регулатор е източник на референтно напрежение 2,5 V. За това е необходим само баласт резистор, което ще ограничи тока през изходния транзистор.
Важно! За разлика от класическата схема за превключване на ценеров диод, не трябва да инсталирате кондензатор успоредно с изхода. Това може да доведе до паразитни колебания. Като цяло не е необходимо, тъй като разработчиците са взели мерки за намаляване на изходния шум. Но поради това микросхемата не може да се използва като основа за генератор на шум, като конвенционален ценеров диод.
По-пълно възможностите на микросхемата се използват във верига за обратна връзка, образувана от резистори R1 и R2.
Когато се приложи захранване, изходното напрежение се повишава и се стабилизира в рамките на няколко микросекунди (скоростта на нарастване не е стандартизирана). Ustab е настроен разделител, може да се изчисли по формулата Ustab=2,495*(1+R2/R1). При изчисляване трябва да се има предвид, че вътрешното съпротивление с такова включване се увеличава с (1 + R2 / R1) пъти.
Можете да увеличите товароносимостта на стабилизатора по класическия начин, като включите доп биполярен транзистор.
Важно! Транзисторът задължително е включен във веригата на обратната връзка.
Такова включване преобразува веригата в паралелен регулатор, което изисква входното напрежение да надвишава изходното напрежение. Неговата ефективност не може да надвишава съотношението Uout/Uin. Това влошава параметрите на стабилизатора, така че е по-добре да използвате транзистор с полеви ефект, спадът на напрежението върху него е по-малък.
Тук ефективността е по-висока поради по-малката необходима разлика между входното и изходното напрежение, но е необходим допълнителен източник на захранване за порта на транзистора - напрежението му трябва да надвишава Vin.
На TL431 можете да сглобите токов стабилизатор.
Токът в колекторната верига на транзистора ще бъде равен на Istab \u003d Vref / R1.
Ако същата верига е включена под формата на двутерминална мрежа, тогава ще се получи ограничител на тока.
Токът ще бъде ограничен до Io=Vref/R1+Ika. Стойността на баластния резистор трябва да бъде избрана от условията Rb=Uin(Io/hfe+Ika), където hfe е усилването на транзистора. Може да се измери с мултицет, който има тази функция.
Радиолюбителите използват микросхеми в нестандартни включвания. TL431 има склонност към самовъзбуждане, което е недостатък. Но това прави възможно използването му като генератори, управлявани от напрежение. За да направите това, на изхода е инсталиран кондензатор.
Какви са аналозите
Микросхемата има голяма популярност в света на професионалистите и ентусиастите по електроника. Поради това се произвежда от много производители. Световноизвестните компании Texas Instruments (като разработчик), Motorola, Fairchild Semiconductor и други произвеждат микросхема под оригиналното име. Невъзможно е да не споменем вече пуснатия стабилизатор TL430, с Vref = 2,75 V и максимален работен ток, увеличен с един и половина пъти. Но тази микросхема беше по-малко търсена и не издържа до началото на ерата на SMD монтаж.
Други производители произвеждат регулатор на напрежението с други буквени индекси, но винаги имат числата 431 в имената си (в противен случай потребителят просто няма да обърне внимание на неизвестната микросхема). На пазара са:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N
и други подобни по функционалност микросхеми. Но продуктите на малко известни и неизвестни производители не гарантират съответствие с параметрите.
Има домашен аналог - KR142EN19A, произведен в пакета KT-26 (подобно на транзистор с ниска мощност). Той е напълно подобен на оригиналния чип, но някои характеристики са малко по-различни. Така че вътрешното съпротивление се нормализира в рамките на <0,5 Ohm.
Заслужава да се спомене PWM контролерът SG6105. Съдържа два вътрешни стабилизатора, абсолютно идентични с TL431. Те имат отделни клеми и могат да се използват като източници на еталонно напрежение.
Как да проверите производителността на чипа TL431
Микросхемата има доста сложна вътрешна структура, така че не може да бъде проверена от един тестер. Във всеки случай ще трябва да съберете някаква схема. Ако има регулирано захранване, тогава са необходими три резистора и светодиод.
Напрежението на захранването трябва да бъде не повече от 36 V. R1 е избран така, че при максимално напрежение токът през светодиода да не надвишава 10-15 mA. Съотношението на R1 и R3 трябва да бъде такова, че при максимално напрежение на източника повече от 2,5 V пада на R3 и за предпочитане повече от 3. Когато изходното напрежение се повиши от 0 V, за да достигне прага на R3, светодиодът ще мига, което означава, че микросхемата работи. Не можете да инсталирате светодиода, а просто да измерите напрежението на катода - то трябва да се промени рязко.
Ако няма регулиран източник, но има захранване с постоянно напрежение, ще трябва да използвате потенциометър вместо R3. Когато двигателят се върти и в двете посоки, светодиодът трябва да светне и да изгасне.
Пазарът на електронни компоненти предлага много широка гама от интегрирани регулатори на напрежението.Но обхватът е много широк, така че много видове микросхеми имат своята ниша на пазара. Включително TL431.
Подобни статии:
