Есть много известных, знаковых, новаторских и одновременно простых конструкций интегральных схем, которые превзошли ожидания своих создателей, стали популярными и даже как-то повлияли на развитие электроники. Одна из них – управляемый стабилитрон tl431. Сделанная в 1978 году микросхема tl431 до сих пор широко применяется во многих профессиональных и любительских проектах.
Эксплуатационные характеристики tl431
Чтобы составить представление о конструкции tl431, надо изучить datasheet устройства или описание микросхемы на русском языке, которое можно найти в сети.
Часто tl431-ая система представлена в виде компаратора или конкретного транзистора с опорным напряжением 2,5 В и напряжением насыщения около 2 В. Транзистор открывается в момент достижения напряжения между анодной (Anode) и входной (Reference) клеммой 2,5 В, ток начинает протекать от анода к катоду. Если напряжение ниже величины открытия, транзистор запирается. Интерпретация схемы тл в виде такого транзистора облегчает понимание ее работы.
Фактически, это интегральная схема с расширенной внутренней структурой, состоящей из нескольких транзисторов, резисторов и конденсаторов.
В «даташите» представлены различные параметры системы, главными рабочими характеристиками являются:
- Максимальное катодное напряжение – 36 В;
- Источник очень стабилен, имеет температурный дрейф обычно около 3-7 мВ;
- Входной ток (Ref) составляет 1-5 мкА;
- Минимальное значение катодного тока рекомендуется 1 мА, максимальное – 100 мА.
Преимущества tl431 :
- регулируемое напряжение;
- потребляет мало энергии;
- защищает аккумулятор от глубокой разрядки;
- может использоваться, как регулируемый Z-диод и как управляемый усилитель;
- обладает только тремя контактами;
- низкая стоимость.
Цоколевка микросхемы зависит от фирмы-изготовителя и может различаться. Если радиолюбители выпаивают tl431 из какой-либо платы, то распиновка будет на ней видна.
Цоколёвка tl431 с несколькими разновидностями исполнения представлена на рисунке.
Схема включения
Для tl431 схема включения зависит от того, для каких целей предназначается устройство. Простейшее его применение – стабилизация напряжения заданной величины.
На вход tl431 подключается делитель напряжения, выполненный с помощью пары резисторов. С учетом технических данных микросхемы можно вычислить требуемые сопротивления.
Допустим, на выходе необходимо получить 5 В. Расчеты ведутся на основании формулы:
Vout = (1 + R1/R2) x Vref.
Полная формула записывается в виде:
Vout = (1 + R1/R2) x Vref + (Iref x R1), но вторую часть уравнения можно игнорировать, так как это очень маленькое значение, хотя все будет зависеть от используемой схемы.
- 5 В = (1 + R1/R2) х 2,5;
- R1/R2 = 1.
Так как соотношение сопротивлений равно 1, должны использоваться два резистора с одинаковым сопротивлением.
Второй пример для выходного напряжения 2,75 В:
- 2,75 В = (1 + R1/R2) х 2,5;
- R1/R2 = 0,1.
Например, если один резистор взят сопротивлением 1 кОм, то другой – должен быть 10 кОм.
В результате опорное напряжение сохраняется на уровне 2,5 В, останавливая свой выбор на различных сопротивлениях делителя, можно создать стабилизатор заданного значения напряжения.
Важно! В случае необходимости стабилизировать напряжение 2,5 В делитель не используется, а входной вывод tl431 соединяется с катодом.
Микросхема tl431 находит применение и как стабилизатор тока. Здесь для расчета сопротивления при желаемом токе применяется формула:
R2 = Vref/Io, где:
- R2 – сопротивление,
- Io – желаемый ток.
Так как напряжение Vref = 2,5 В, то R2 = 2,5/Io. При этом через сопротивление R2 выполняется обратная связь для сохранения уровня входного напряжения Vref.
Схемы с датчиками
Во многих схемах необходимо контролировать параметры при помощи различных датчиков (фоторезисторов, терморезисторов). Общая схема получается похожей, как для делителя, за исключением замены одного из сопротивлений. На его месте устанавливается, например, терморезистор, а катод tl431 подключается к катушке реле. Значение температуры устанавливается при помощи потенциометра. Когда температура превышает предел срабатывания, соотношение сопротивлений изменяется, напряжение на контакте управления tl431 превышает уровень открывания, ток пропускается на катушку реле, имеющую замыкающие контакты в цепи нагрузки.
Зарядное устройство
Для зарядных устройств важно ограничивать параметры тока и напряжения заряда во избежание повреждения аккумуляторов. Такая схема легко может быть реализована с применением интегральной микросхемы tl 431 и других элементов:
- Если выходное напряжение не достигло показателя 4,2 В, регулирование зарядного тока осуществляется посредством транзисторов и резисторов;
- По достижении значения 4,2 В выходное напряжение ЗУ контролируется tl431, не позволяя ему повышаться дальше.
Проверка микросхемы
Радиолюбители задаются вопросом, как проверить tl431 мультиметром? Простая прозвонка микросхемы невозможна, ведь она содержит много элементов. Но есть способ, как проверить работоспособность устройства, собрав специальную схему из резисторов, кнопки и самой ТЛ-схемы. Подключение мультиметра на выход схемы теперь поможет определить исправность tl431.
В этой статье мы узнаем, как работает интегральный стабилизатор напряжения TL431, в регулируемых блоках питания.
Технически TL431 называется программируемым шунтирующим регулятором, простыми словами это может быть определено как регулируемый стабилитрон. Давайте рассмотрим его спецификацию и указания по применению.
Стабилитрон TL431 имеет следующие основные функции:
- Выходное напряжение устанавливается или программируется до 36 вольт
- Низкое выходное сопротивление около 0,2 Ома
- Пропускная способность до 100 мА
- В отличие от обычных диодов Зенера, генерация шума в TL431 незначительна.
- Быстрое переключение.
Общее описание TL431
TL431 — регулируемый или программируемый регулятор напряжения.
Необходимое выходное напряжение может быть установлено с помощью всего двух внешних (делитель напряжения), подключенных к выводу REF.
На приведенной ниже схеме показана внутренняя структурная схема устройства, а также PIN-код обозначения.
Распиновка TL431
Схема включения стабилитрона TL431
Теперь давайте посмотрим, как этот прибор может быть использован в практических схемах. Схема ниже показывает, как можно использовать TL431 в роли обычного регулятора напряжения:
Приведенный выше рисунок показывает, как с помощью всего пары резисторов и TL431 получить регулятор, работающий в диапазоне 2,5…36 вольт. R1 представляет собой переменный резистор, который используется для регулировки выходного напряжения.
Следующая формула справедлива для вычисления сопротивлений резисторов, в случае если мы хотим получить какое-то фиксированное напряжение.
Vo = (1 + R1/R2)Vref
При совместном применении стабилизаторов серии 78xx (7805,7808,7812..) и TL431 можно использовать следующую схему:
TL431 катод соединен с общим выводом 78xx. Выход 78xx подключен к одной из точки резисторного делителя напряжения, который определяет выходное напряжение.
Вышеуказанные схемы использования TL431 ограничены выходным током 100 мА максимум.
Для получения более высокого выходного тока может быть использована следующая схема.
В приведенной выше схеме большинство компонентов схожи с обычным регулятором, приведенным выше, за исключением того, что здесь катод подключен к плюсу через резистор и к их точке соединения подсоединена база буферного транзистора. Выходной ток регулятора будет зависеть от мощности данного транзистора.
Области применения TL431
Выше изложенные варианты применения TL431 могут быть использована в любом месте, где требуется точность настройки выходного напряжения или опорного напряжении. В настоящее время это широко используется в импульсных источниках питания для генерации точного опорного напряжения.
(скачено: 846)
Микросхема TL431 datasheet создана в конце 70-х годов, однако и по сегодняшний день она широко применяется в радиолюбительской деятельности и в промышленности. Эта микросхема представляет собой интегральный регулируемый стабилизатор, который нашел широкое применение в различных блоках питания.
Описание работы
TL431 datasheet имеет всего три вывода, однако в ее корпусе спрятано десять транзисторов (компаратор). Функции этого устройства и обычного стабилизатора похожи. Однако, благодаря подобному усложнению, микросхема имеет более высокий уровень термостабильности, а также повышенную крутизну характеристики. Главной особенностью такого прибора является способность при помощи внешнего делителя изменять напряжение стабилизации в пределах 2,5-30 В. У некоторых моделей нижний порог может составлять 1,25 В. Схема компаратора, интегрированного в изделие datasheet TL431, состоит из следующих компонентов:
- встроенный источник (весьма стабильный) опорного напряжения 2,5 В, который подключается к инверсному входу компаратора;
- один вход прямого уровня;
- на выходе компаратора транзистор, эмиттер и коллектор которого объединены с контактами питания;
- диод для защиты от переполюсовки.
Транзистор имеет максимальный ток нагрузки 100 мА, а максимальное напряжение - 36 В. Для того чтобы сработал встроенный компаратор (соответственно, открылся транзистор на выходе микросхемы), необходим
о на его вход подать опорного. На входе микросхемы включен состоящий из двух резисторов, он делит величину напряжения пополам. Это значит, что компаратор откроется при поступлении на вход схемы 5 В, на выходе делителя же получаем 2,5 В. Если увеличивать сопротивление резистора, то необходимо также увеличивать и напряжение питания. Получается, что данная микросхема может работать в качестве стабилитрона в пределах 2,5-36 В.
Назначение и сфера применения
Не существует ни одного в котором бы не было микросхемы TL431 datasheet. Также ее можно встретить практически во всех импульсных маломощных источниках питания, например, в зарядках для мобильных телефонов. Эти микросхемы можно использовать не только по прямому назначению (стабилитрон для блоков питания), но и создавать на их базе различные световые индикаторы и звуковые сигнализаторы. С помощью таких приборов отслеживают множество различных параметров (но основным все-таки является напряжение). Существует множество схем на базе TL431 datasheet, благодаря которым можно собрать устройства, контролирующие уровень жидкости в емкости, влажность и температуру, давление газа или жидкости, освещенность. Перечисленные варианты - не единственно возможные, применение данной микросхемы на самом деле весьма широко, все зависит от желания конструктора.
Очень часто начинающие радиолюбители интересуются, чем можно заменить TL431. Аналог, конечно, существует. Так, можно использовать импортные изделия КА431 и отечественные устройства КР142ЕН19А, К1156ЕР5х.
Подведем итоги
Компании "TEXAS INSTRUMENTS" весьма надежна, имеет широкий рабочий диапазон, проста в эксплуатации, а самое главное, имеет доступную цену. Благодаря своим характеристикам, она выпускается более сорока лет и до сих пор остается востребованной.
Выпуск интегральной микросхемы начался с далекого 1978 года и продолжается по сегодняшний день. Микросхема дает возможность изготовить различные виды сигнализации и зарядные устройства для повседневного применения. Микросхема tl431 нашла широкое применение в бытовых приборах: мониторах, магнитофонах, планшетах. TL431 - это своего рода программируемый стабилизатор напряжения.
Схема включения и принцип работы
Принцип работы довольно прост. В стабилизаторе есть постоянная величина опорного напряжения , и если подаваемое напряжение меньше этого номинала, то транзистор будет закрыт и не допустит прохождение тока. Это отчетливо можно наблюдать на следующей схеме.
Если же эту величину превысить, регулируемый стабилитрон откроет P-N переход транзистора, и ток потечет дальше к диоду, от плюса к минусу. Выходное напряжение будет постоянным. Соответственно, если ток упадет ниже величины опорного напряжения, управляемый операционный усилитель закроется.
Цоколевка и технические параметры
Операционный усилитель выпускается в разных корпусах. Изначально это был корпус ТО-92, но со временем его сменил более новый вариант SOT-23. Ниже изображена распиновка и виды корпусов начиная с самого «древнего» и заканчивая обновлённой версией.
На рисунке можно наблюдать, что у tl431 цоколевка изменяется в зависимости от типа корпуса. У tl431 имеются отечественные аналоги КР142ЕН19А, КР142ЕН19А. Существуют и зарубежные аналоги tl431: KA431AZ, KIA431, LM431BCM, AS431, 3s1265r, которые ничем не уступают отечественному варианту.
Характеристика TL431
Этот операционный усилитель работает с напряжением от 2,5 до 36В. Ток работы усилителя колеблется от 1А до 100 мА, но есть один важный нюанс: если требуется стабильность в работе стабилизатора, то сила тока не должна опускаться ниже 5 мА на входе. У тл431 имеется величина опорного напряжения, которая определяется по 6-й букве в маркировке:
- Если буквы нет, то точность равняется - 2%.
- Буква А в маркировке свидетельствует о - 1% точности.
- Буква В говорит о - 0,5% точности.
Более развернутая техническая характеристика изображена на рис.4
В описании tl431A можно увидеть, что величина тока довольна мала и составляет заявленные 100мА, а величина мощности, которую рассеивают эти корпуса, не превышает сотен милливатт. Этого мало. Если предстоит работать с более серьезными токами, то будет правильнее воспользоваться мощными транзисторами с улучшенными параметрами.
Проверка стабилизатора
Сразу возникает уместный вопрос о том, как проверить tl431 мультиметром . Как показывает практика, одним мультиметром проверить не получится. Для проверки tl431 мультиметром следует собрать схему. Для этого понадобятся: три резистора (один из них подстроечный), светодиод или лампочка, источник постоянного тока 5В.
Резистор R3 необходимо подобрать таким образом, чтобы он ограничил ток до 20мА в цепи питания. Его номинал составляет примерно 100Ом. Резисторы R2 и R3 выполняют роль балансира. Как только напряжение будет 2,5 В на управляющем электроде, то переход светодиода откроется, и напряжение пойдет через него. Эта схема хороша тем, что светодиод выполняет роль индикатора.
Источник постоянного тока - 5В является фиксированным, а управлять микросхемой tl431 можно с помощью переменного резистора R2. Когда питание на микросхему не подается, то диод не горит. После того как сопротивление изменяется при помощи подстроечного резистора, светодиод загорается. После этого мультиметр нужно включить в режим измерения постоянного тока и замерить напряжение на управляющем выводе, которое должно составлять 2,5. Если напряжение присутствует и светодиод горит, то элемент можно считать рабочим.
На базе операционного усилителя тока tl431 можно создать простой стабилизатор. Для создания нужной величины U этого понадобятся три резистора. Необходимо высчитать номинал запрограммированного напряжения стабилизатора. Расчет можно произвести при помощи формулы: Uвых=Vref(1 + R1/R2). Согласно формуле U на выходе зависит от величины R1 и R2. Чем больше сопротивление R1 и R2, тем ниже напряжение выходного каскада. Получив номинал R2, величину R1 можно высчитать следующим образом: R1=R2(Uвых/Vref – 1). Регулируемый стабилизатор возможно включить тремя способами.
Необходимо учесть немаловажный нюанс: сопротивление R3 можно рассчитать по той формуле, по которой рассчитывался номинал R2 и R2. В выходной каскад не стоит устанавливать полярный или неполярный электролит, во избежание помех на выходе.
ЗУ для мобильного телефона
Стабилизатор можно применить как своеобразный ограничитель тока. Это свойство будет полезным в устройствах для зарядки мобильного телефона.
Если напряжение в выходном каскаде не достигнет 4,2 В, происходит ограничение тока в цепях питания. После достижения заявленных 4,2 В стабилизатор уменьшает величину напряжения - следовательно, падает и величина тока. За ограничение величины тока в схеме отвечают элементы схемы VT1 VT2 и R1-R3. Сопротивление R1 шунтирует VT1. После превышения показателя в 0,6 В элемент VT1 открывается и постепенно ограничивает подачу напряжения на биполярный транзистор VT2.
На базе транзистора VT3 резко уменьшается величина тока. Происходит постепенное закрытие переходов. Напряжение падает, что приводит к падению силы тока. Как только U подходит к отметке 4,2 В, стабилизатор tl431 начинает уменьшать его величину в выходных каскадах устройства, и заряд прекращается. Для изготовления устройства необходимо использовать следующий набор элементов:
Необходимо обратить особое внимание на транзистор az431 . Для равномерного уменьшения напряжения в выходных каскадах желательно поставить транзистор именно az431, datasheet биполярного транзистора можно наблюдать в таблице.
Именно этот транзистор плавно уменьшает напряжение и силу тока. Вольт-амперные характеристики этого элемента хорошо подходят для решения поставленной задачи.
Операционный усилитель TL431 является многофункциональным элементом и дает возможность конструировать различные устройства: зарядные для мобильных телефонов, системы сигнализации и многое другое. Как показывает практика, операционный усилитель обладает хорошими характеристиками и не уступает зарубежным аналогам.
Стабилизатор интегральный TL431, как правило, используется в блоках питания. Но для него еще можно подобрать немало сфер использования. Некоторые из данных схем опишем в этой статье, а также расскажем о полезных и простых устройствах, выполненных с помощью микросхемы TL431. Но в данном случае не надо пугаться термина «микросхема», у нее только три выхода, и внешне она схожа с простым маломощным транзистором TO90.
Что такое микросхема TL431?
Уж так сложилось, что все электронщики знают магические цифры TL431, аналог 494. Что это такое?
Предприятие «Texas Instrument» находилось у истоков разработки полупроводников. Они всегда были на первых местах в производстве электронных компонентов, постоянно удерживаясь в первой десятке мировых лидеров. Первая интегральная схема была разработана еще в 1958 г. работником этой фирмы Джеком Килби.
Сегодня фирма TI производит большой ассортимент микросхем, их название начинается с букв SN и TL. Это соответственно логические и аналоговые микросхемы, навсегда вошедшие в историю предприятия TI, и до сих пор имеют широкое использование.
В числе фаворитов в перечне «магических» микросхем нужно, вероятней всего, интегральный стабилизатор TL431 . В 3-х выходном корпусе данной микросхемы установлено 10 транзисторов, а функция, исполняемая ей, идентична с простым стабилитроном (диод Зеннера).
Но благодаря этому усложнению, микросхема имеет повышенную крутизну характеристик и более высокую термостабильность. Основная же ее особенность заключается в том, что с помощью наружного разделителя напряжение стабилизации можно менять ток в диапазоне 2,6…32 Вольт. У современных TL431 аналог нижнего порога имеет 1,25 Вольт.
TL431 аналог разработал инженер Барни Холандом, когда он занимался копированием схемы стабилизатора другой фирмы. В нашей бы стране сказали сдирание, а не копирование. И Холанд позаимствовал из изначальной схемы источник опорного напряжения, и уже на этой основе разработал отдельную стабилизаторную микросхему. Вначале она имела название TL430, а после определенных доработок стана называться TL431.
С той поры прошло много времени, но нет сегодня ни одного блока питания для компьютера, где бы она не была установлена. Схема также нашла применение почти во всех импульсных немощных источниках питания. Один из этих источников сегодня есть в любом доме – это зарядка для мобильных телефонов. Этому долгожительству можно лишь позавидовать.
Также Холандом была разработана не менее известная и до сегодняшнего дня востребованная схема TL494. Это двухчастотный ШИМ - контроллер , на основе которого изготовлено множество видов источников питания. Потому цифра 494 также по праву является к «магической». Но перейдем к рассмотрению разных изделий на основе TL431.
Сигнализаторы и индикаторы
Схемы TL431 аналог может использоваться не только по своему непосредственному предназначению в качестве стабилитронов в блоках питания. На основе этой микросхемы возможно создание разных звуковых сигнализаторов и индикаторов освещения. При помощи этих устройств можно проверять множество разных параметров.
Для начала, это обычное напряжение электричества . Если же какую-то физическую величину при помощи датчиков представить в качестве напряжения, то можно создать оборудование, контролирующее, к примеру:
- влажность и температуру;
- уровень воды в баке;
- давление газа или жидкости;
- освещенность.
Принцип работы этого сигнализатор основан на том, что во время напряжения на электроде управления стабилитрона DA1 (выход 1) меньше 2,6 Вольт стабилитрон закрыт, сквозь него проходит только невысокий ток, обычно не больше 0.20…0.30 мА. Но данного тока хватает для слабого свечения диода HL1. Чтобы такого явления не происходило, можно параллельно диоду подсоединить резистор сопротивлением приблизительно 1…2 КОм
.
Если напряжение на электроде управления более 2,6 Вольт, то стабилитрон откроется и загорится диод HL1. Требуемое ограничение напряжения через стабилитрон DA1 и диод HL1 создает R3. Наибольший ток стабилитрона имеет 100 мА, при этом такой же параметр у диода HL1 только 22 мА. Именно из данного условия и можно вычислить сопротивление резистора R3. Более точней сопротивление рассчитывается по нижеуказанной формуле.
R3=(Uпит – Uhl - Uda) / Ihl, где:
- Uda – ток на открытой микросхеме (как правило, 2 Вольт);
- Uhl – непосредственное падение тока на диоде;
- Uпит – ток питания;
- Ihl – напряжение диода (находится в диапазоне 4…12 мА).
Также нужно помнить о том, что наибольшее напряжение для TL431 только 36 Вольт. Данный параметр нельзя превышать.
Уровень включения сигнализатора
Ток на электроде управления, когда включается диод HL1 (Uз) задается разделителем R1, R2. Характеристики разделителя определяются по формуле:
R2=2.5хR1/(Uз – 2.5)
Для максимально точной подстройки порога включения можно вместо резистора R2 поставить подстроечный, с показателем раза в 1,5 выше, нежели получилось по расчету. Затем, когда настойка сделана, его можно поменять на постоянный резистор, его сопротивление должно равняться сопротивлению установленной части подстроечного.
Как TL431 проверить схему включения? Чтобы проконтролировать несколько уровней тока будет необходимо 3 этих сигнализатора, каждый из них настраивается на определенное напряжение. Таким способом можно сделать целую линейку шкалы и индикаторов.
Для электропитания цепи индикации, которая состоит из резистора R3 и диода HL1, можно использовать отдельный даже нестабилизированный источник питания. В данном случае контролируемый ток подается на верхний по схеме выход резистора R1, который нужно отсоединить от резистора R3. При этом подключении контролируемый ток может быть в диапазоне от 3-х, до десятков вольт .
Отличие данной схемы от предыдущей заключается в том, что диод подсоединен по-другому. Это подключение называется инверсным, так как диод включается в лишь случае, если схема закрыта. В случае, когда контролируемый ток превышает порог заданный разделителем R1, R2 схема открыта, и ток проходит через резистор R3 и выходы 3 – 2 микросхемы.
На схеме в данном случае происходит падение напряжения до 2 Вольт, которого не хватает для включения светодиода. Чтобы диод гарантированно не включился, последовательно с ним устанавливают два диода.
Если контролируемый ток будет меньше заданного разделителем R1, R2 схема закроется, ток на ее выводе будет значительно больше 2 Вольт, потому диод HL1 включится .
Если нужно проконтролировать лишь изменение тока, то индикатор можно сделать по схеме.
В данном индикаторе использован 2-хцветный диод HL1. Если контролируемый ток превышает заданное значение, включается красный диод, а если ток ниже, то зеленый. В случае если напряжение расположено вблизи этого порога, погашены оба светодиода, потому что передаточное положение стабилитрона имеет некоторую крутизну.
Если нужно отследить изменение какой-то физической величины, то R2 заменяют датчиком, который изменяет сопротивление под воздействием окружающей среды.
Условно на схеме находится одновременно несколько датчиков. Если это фототранзистор, то будет фотореле. Пока света достаточно, фототранзистор открыт, и сопротивление у него небольшое. Потому ток на управляющем выходе DA1 ниже порогового , в результате этого диод не светит.
По мере уменьшения света сопротивление фототранзистора повышается, это приводит к увеличению напряжения на управляющем выходе DA1. Если данное напряжение будет больше порогового (2,5 Вольт), то стабилитрон открывается и загорается диод.
Если подключить терморезистор, вместо фототранзистора, к входу микросхемы, к примеру, серии ММТ, то выйдет индикатор температуры: при уменьшении температуры диод будет включаться.
Порог срабатывания в любом случае задается при помощи резистора R1.
Помимо описанных световых индикаторов, на базе TL431 аналога можно сделать и звуковой индикатор. Для контроля воды, к примеру, в ванне, к схеме подсоединяется датчик из двух пластин нержавейки, которые находятся на расстоянии пары миллиметров между собой.
Если вода дойдет до датчика, то его сопротивление снижается, а микросхема с помощью R1, R2 войдет в линейный режим. Так, возникает автогенерация на резонансной частоте НА1 , в этом случае произойдет звуковой сигнал.
Подводя итог, хотелось бы сказать, что все-таки основная сфера использования микросхемы TL434, естественно же, блоки питания. Но, как можно убедиться, возможности микросхемы только этой функцией абсолютно не ограничены, и можно собрать множество устройств.