Przy projektowaniu obwodów elektronicznych często potrzebny jest regulator napięcia małej mocy lub źródło napięcia odniesienia. Szereg stałych napięć jest zamkniętych przez nieregulowane integralne stabilizatory. Regulowana kompilacja chip LM317, ale ma pewne wrodzone wady i często niepotrzebną funkcjonalność. W wielu przypadkach układ TL431 rozwiąże problem, umożliwiając uzyskanie stabilnego źródła napięcia o małej mocy, które można regulować w zakresie od 2,5 do 36 V.
Zawartość
Co to jest układ TL431?
Ten mikroukład, opracowany w latach 70. XX wieku, jest często nazywany „regulowaną diodą Zenera” i jest oznaczony na schemacie jako dioda Zenera z dwoma klasycznymi wnioskami - anodą i katodą. Jest jeszcze trzeci wniosek, którego cel zostanie omówiony później. Wygląda na mikromontaż Dioda Zenera w ogóle nie przypomina. Jest produkowany, podobnie jak konwencjonalny mikroukład, w kilku opcjach opakowania. Początkowo opcje były dostępne tylko dla płyty z otworami (prawdziwy otwór), wraz z rozwojem technologii SMD TL431 zaczęto „pakować” w pakiety do montażu powierzchniowego, w tym popularne SOT z inną liczbą pinów. Minimalna liczba nóg wymagana do działania to 3. Niektóre obudowy zawierają więcej szpilek. Nadmiar nóg albo nie jest nigdzie połączony, albo zduplikowany.
Kluczowe cechy TL431
Główne cechy, których znajomość jest wystarczająca do wykonania ponad 90 procent zadań pojawiających się w rozwoju obwodów elektronicznych:
- granice napięcia wyjściowego - 2,5 ... 36 V (można to przypisać minusom, ponieważ nowoczesne regulatory mają dolną granicę 1,5 V);
- najwyższy prąd wynosi 100 mA (jest mały, porównywalny z diodą Zenera średniej mocy, więc nie należy przeciążać mikroukładu, nie ma ochrony);
- rezystancja wewnętrzna (impedancja równoważnej sieci dwuzaciskowej) - około 0,22 Ohm;
- rezystancja dynamiczna - 0,2 ... 0,5 Ohm;
- wartość paszportowa Uref = 2,495 V, dokładność - w zależności od serii, od ± 0,5% do ± 2%;
- zakres temperatur pracy dla TL431С – 0…+70 °С, dla TL431A – minus 40…+85 °С.
Inne charakterystyki, w tym wykresy zależności parametrów od temperatury, można znaleźć w arkuszu danych. Ale w większości przypadków nie będą potrzebne.
Cel wniosków i zasada działania
Analizując wewnętrzną strukturę mikroukładu, staje się jasne, że porównanie z diodą Zenera jest raczej arbitralne.
Przede wszystkim konstrukcja TL431 przypomina komparator. Do wyjścia odwracającego przykładane jest napięcie odniesienia Vref o wartości 2,5 V.To napięcie jest ustabilizowane, więc wyjście również będzie stabilne. Wyprowadzane jest wyjście nieodwracające. Jeżeli przyłożone do niego napięcie nie przekracza napięcia odniesienia, wyjście komparatora zero, tranzystor jest zamknięty, prąd nie płynie. Jeśli napięcie na wejściu bezpośrednim przekracza 2,5 V, na wyjściu wzmacniacza różnicowego pojawia się dodatni poziom, tranzystor otwiera się i zaczyna przez niego płynąć prąd. Prąd ten jest ograniczony przez opór zewnętrzny. To zachowanie przypomina lawinowe przebicie diody Zenera, gdy zostanie do niej przyłożone napięcie wsteczne. Dioda ma za zadanie chronić przed odwrotnym włączeniem mikroukładu.
Ważny! Pin odniesienia napięcia nie może być pozostawiony niepodłączony i wymaga minimum 4µA prądu.
W rzeczywistości ten schemat jest warunkowy - nadaje się tylko do wyjaśnienia charakteru pracy. W rzeczywistości wszystko realizowane jest według innych zasad. Tak więc wewnątrz obwodu nie można znaleźć punktu o napięciu odniesienia 2,5 V.
Przykłady obwodów przełączających
Jedną z opcji obwodu przełączającego TL431 jest konwencjonalny komparator. Można na nim zbudować jakiś rodzaj przekaźników progowych - na przykład przekaźnik poziomu, przekaźnik oświetlenia itp. Tylko źródło napięcia odniesienia jest wbudowane i nie można go regulować, dlatego prąd i spadek napięcia przez czujnik są regulowane.
Gdy tylko na czujniku spadnie 2,5 V, tranzystor wyjściowy mikroukładu otwiera się, prąd przepływa przez diodę LED i świeci. Zamiast diody LED można zastosować przekaźnik małej mocy lub przełącznik tranzystorowy, który przełącza obciążenie. Rezystor R1 może być użyty do regulacji poziomu działania komparatora. R2 służy jako statecznik i ogranicza prąd płynący przez diodę LED.
Ale takie włączenie nie umożliwia wykorzystania wszystkich funkcji TL431 - komparator można zbudować na dowolnym innym mikroukładzie, który jest bardziej odpowiedni dla takich przekaźników.Ten sam zespół jest przeznaczony do innych celów.
Najprostszym obwodem do włączania TL431 w trybie równoległego regulatora jest źródło napięcia odniesienia 2,5 V. W tym celu potrzebny jest tylko statecznik rezystor, co ograniczy prąd płynący przez tranzystor wyjściowy.
Ważny! W przeciwieństwie do klasycznego obwodu przełączającego diody Zenera, nie należy instalować kondensatora równolegle z wyjściem. Może to prowadzić do oscylacji pasożytniczych. Ogólnie rzecz biorąc, nie jest to potrzebne, ponieważ programiści podjęli działania w celu zmniejszenia hałasu wyjściowego. Ale z tego powodu mikroukład nie może być używany jako podstawa generatora szumów, jak konwencjonalna dioda Zenera.
Pełniej możliwości mikroukładu są wykorzystywane w obwodzie sprzężenia zwrotnego utworzonym przez rezystory R1 i R2.
Po włączeniu zasilania napięcie wyjściowe wzrasta i stabilizuje się w ciągu kilku mikrosekund (szybkość narastania nie jest znormalizowana). Ustab jest ustawiony rozdzielacz, można go obliczyć ze wzoru Ustab=2,495*(1+R2/R1). Przy obliczaniu należy pamiętać, że opór wewnętrzny przy takim włączeniu wzrasta o (1 + R2 / R1) razy.
Możesz zwiększyć nośność stabilizatora w klasyczny sposób, włączając dodatkowy tranzystor bipolarny.
Ważny! Tranzystor jest koniecznie zawarty w obwodzie pętli sprzężenia zwrotnego.
Takie włączenie przekształca obwód w równoległy regulator, wymagając, aby napięcie wejściowe przekroczyło napięcie wyjściowe. Jego sprawność nie może przekraczać stosunku Uout/Uin. Pogarsza to parametry stabilizatora, dlatego lepiej jest zastosować tranzystor polowy, spadek napięcia na nim jest mniejszy.
Tutaj sprawność jest wyższa ze względu na mniejszą wymaganą różnicę między napięciem wejściowym i wyjściowym, ale potrzebne jest dodatkowe źródło zasilania dla bramki tranzystora - jego napięcie musi przekraczać Vin.
Na TL431 możesz zmontować obecny stabilizator.
Prąd w obwodzie kolektora tranzystora będzie równy Istab \u003d Vref / R1.
Jeśli ten sam obwód zostanie zawarty w postaci sieci z dwoma zaciskami, uzyskany zostanie ogranicznik prądu.
Prąd będzie ograniczony do Io=Vref/R1+Ika. Wartość rezystora balastowego należy wybrać z warunków Rb=Uin(Io/hfe+Ika), gdzie hfe jest wzmocnieniem tranzystora. Można go zmierzyć multimetrem wyposażonym w tę funkcję.
Radioamatorzy używają mikroukładów w niestandardowych wtrąceniach. TL431 ma tendencję do samowzbudzania się, co jest wadą. Ale to umożliwia wykorzystanie go jako generatorów sterowanych napięciem. Aby to zrobić, na wyjściu zainstalowany jest kondensator.
Jakie są analogi
Mikroukład cieszy się dużą popularnością w świecie profesjonalistów i entuzjastów elektroniki. Dlatego jest produkowany przez wielu producentów. Znane na całym świecie firmy Texas Instruments (jako programista), Motorola, Fairchild Semiconductor i inne produkują mikroukład pod oryginalną nazwą. Nie sposób nie wspomnieć o wcześniej wydanym stabilizatorze TL430, o Vref = 2,75 V i maksymalnym prądzie roboczym zwiększonym o półtora raza. Ale ten mikroukład był mniej poszukiwany i nie dotrwał do początku ery montażu SMD.
Inni producenci produkują regulator napięcia z innymi indeksami literowymi, ale zawsze mają w swoich nazwach liczby 431 (w przeciwnym razie konsument po prostu nie zwróci uwagi na nieznany mikroukład). Na rynku są:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N
i inne mikroukłady o podobnej funkcjonalności. Ale produkty mało znanych i nieznanych producentów nie gwarantują zgodności z parametrami.
Istnieje krajowy analog - KR142EN19A, produkowany w pakiecie KT-26 (podobny do tranzystora małej mocy). Jest całkowicie podobny do oryginalnego chipa, ale niektóre cechy są nieco inne. Tak więc rezystancja wewnętrzna jest znormalizowana w zakresie <0,5 Ohm.
Warto wspomnieć o kontrolerze SG6105 PWM. Zawiera dwa wewnętrzne stabilizatory, absolutnie identyczne z TL431. Posiadają oddzielne zaciski i mogą być używane jako źródła napięcia odniesienia.
Jak sprawdzić wydajność układu TL431?
Mikroukład ma dość złożoną strukturę wewnętrzną, więc nie może go sprawdzić jeden tester. W każdym razie będziesz musiał zebrać jakiś schemat. W przypadku zasilacza regulowanego wymagane są trzy rezystory i dioda LED.
Napięcie zasilacza nie może przekraczać 36 V. R1 dobiera się tak, aby przy maksymalnym napięciu prąd płynący przez diodę LED nie przekraczał 10-15 mA. Stosunek R1 i R3 powinien być taki, aby przy maksymalnym napięciu źródła na R3 spadło więcej niż 2,5 V, a najlepiej więcej niż 3. Gdy napięcie wyjściowe wzrośnie od 0 V do wartości progowej na R3, dioda LED zacznie migać, co oznacza, że mikroukład działa. Nie można zainstalować diody LED, ale po prostu zmierzyć napięcie na katodzie - powinno się nagle zmienić.
Jeśli nie ma regulowanego źródła, ale jest zasilacz o stałym napięciu, zamiast R3 będziesz musiał użyć potencjometru. Gdy silnik obraca się w obu kierunkach, dioda LED powinna się zapalić i zgasnąć.
Rynek komponentów elektronicznych oferuje bardzo szeroką gamę zintegrowanych regulatorów napięcia.Ale zakres jest bardzo szeroki, więc wiele rodzajów mikroukładów ma swoją niszę na rynku. W tym TL431.
Podobne artykuły:
