Pri navrhovaní elektronických obvodov je často potrebný nízkoenergetický regulátor napätia alebo zdroj referenčného napätia. Množstvo pevných napätí je uzavretých neregulovanými integrálnymi stabilizátormi. Nastaviteľná konštrukcia čip LM317, ale má určité vlastné nedostatky a často zbytočné funkcie. V mnohých prípadoch problém vyrieši čip TL431, ktorý vám umožní získať stabilný zdroj napätia s nízkou spotrebou, ktorý je možné nastaviť od 2,5 do 36 V.
Obsah
Čo je čip TL431
Tento mikroobvod, vyvinutý v 70-tych rokoch dvadsiateho storočia, sa často nazýva „nastaviteľná zenerova dióda“ a na diagrame je označená ako zenerova dióda s dvoma klasickými závermi - anódou a katódou. Existuje aj tretí záver, o účele ktorého sa bude diskutovať neskôr. Vyzerá to ako mikrozostava zenerova dióda vôbec nespomína. Vyrába sa ako bežný mikroobvod v niekoľkých variantoch balenia. Spočiatku sa možnosti vyrábali iba pre dosku s otvormi (skutočná diera), s rozvojom technológií SMD sa TL431 začal „baliť“ do obalov na povrchovú montáž vrátane populárnych SOT s rôznym počtom kolíkov. Minimálny počet nožičiek potrebný na prevádzku je 3. Niektoré puzdrá obsahujú viac kolíkov. Prebytočné nohy buď nie sú nikde spojené, alebo sú duplikované.
Kľúčové vlastnosti TL431
Hlavné charakteristiky, ktorých znalosť postačuje na vykonanie viac ako 90 percent úloh, ktoré vznikajú pri vývoji elektronických obvodov:
- limity výstupného napätia - 2,5 ... 36 V (to možno pripísať mínusom, pretože moderné regulátory majú spodnú hranicu 1,5 V);
- najvyšší prúd je 100 mA (je malý, porovnateľný so stredne výkonnou zenerovou diódou, takže by ste nemali preťažovať mikroobvod, nemá žiadnu ochranu);
- vnútorný odpor (impedancia ekvivalentnej dvojkoncovej siete) - asi 0,22 Ohm;
- dynamický odpor - 0,2 ... 0,5 Ohm;
- hodnota pasu Uref = 2,495 V, presnosť - v závislosti od série, od ± 0,5 % do ± 2 %;
- rozsah prevádzkových teplôt pre TL431С – 0…+70 °С, pre TL431A – mínus 40…+85 °С.
Ostatné charakteristiky vrátane grafov závislosti parametrov od teploty nájdete v datasheete. Ale vo väčšine prípadov nebudú potrebné.
Účel záverov a princíp fungovania
Pri analýze vnútornej štruktúry mikroobvodu je zrejmé, že porovnanie so zenerovou diódou je skôr ľubovoľné.
Štruktúra TL431 zo všetkého najviac pripomína komparátor. Na invertujúci výstup je privedené referenčné napätie Vref 2,5 V.Toto napätie je stabilizované, takže výstup bude tiež stabilný. Neinvertujúci výstup je vyvedený. Ak napätie, ktoré sa naň aplikuje, nepresiahne referenčné napätie, výstup komparátora nula, tranzistor je uzavretý, netečie prúd. Ak napätie na priamom vstupe presiahne 2,5 V, potom sa na výstupe diferenciálneho zosilňovača objaví kladná úroveň, tranzistor sa otvorí a cez neho začne pretekať prúd. Tento prúd je obmedzený vonkajším odporom. Toto správanie sa podobá lavínovému rozpadu zenerovej diódy, keď je na ňu privedené spätné napätie. Dióda je určená na ochranu pred spätným zapnutím mikroobvodu.
Dôležité! Napäťový referenčný kolík nesmie zostať nezapojený a vyžaduje minimálne 4µA prúdu.
V skutočnosti je táto schéma podmienená - je vhodná len na vysvetlenie povahy práce. V skutočnosti sa všetko realizuje podľa iných princípov. Takže vo vnútri obvodu nemôžete nájsť bod s referenčným napätím 2,5 V.
Príklady spínacích obvodov
Jednou z možností pre spínací obvod TL431 je konvenčný komparátor. Môžete na ňom postaviť nejaké prahové relé - napríklad hladinové relé, relé osvetlenia atď. Zabudovaný je len zdroj referenčného napätia, ktorý sa nedá nastaviť, preto sa reguluje prúd a pokles napätia cez snímač.
Akonáhle na snímači klesne 2,5 V, výstupný tranzistor mikroobvodu sa otvorí, cez LED preteká prúd a rozsvieti sa. Namiesto LED môžete použiť relé s nízkym výkonom alebo tranzistorový spínač, ktorý spína záťaž. Rezistor R1 možno použiť na nastavenie úrovne prevádzky komparátora. R2 slúži ako predradník a obmedzuje prúd cez LED.
Takéto zahrnutie však neumožňuje využiť všetky funkcie TL431 - komparátor môže byť postavený na akomkoľvek inom mikroobvode, ktorý je pre takéto relé vhodnejší.Rovnaká zostava je určená na iné účely.
Najjednoduchším obvodom na zapnutie TL431 v režime paralelného regulátora je zdroj referenčného napätia 2,5 V. Na to je potrebný iba predradník odpor, ktorý obmedzí prúd cez výstupný tranzistor.
Dôležité! Na rozdiel od klasického spínacieho obvodu zenerovej diódy by ste nemali paralelne s výstupom inštalovať kondenzátor. To môže viesť k parazitným osciláciám. Vo všeobecnosti to nie je potrebné, pretože vývojári prijali opatrenia na zníženie výstupného hluku. Ale z tohto dôvodu nemôže byť mikroobvod použitý ako základ pre generátor šumu, ako je konvenčná zenerova dióda.
Plnejšie sa schopnosti mikroobvodu využívajú v spätnoväzbovom obvode tvorenom odpormi R1 a R2.
Po pripojení napájania výstupné napätie stúpa a stabilizuje sa v priebehu niekoľkých mikrosekúnd (rýchlosť prebehu nie je štandardizovaná). Ustab je nastavený rozdeľovač, dá sa vypočítať podľa vzorca Ustab=2,495*(1+R2/R1). Pri výpočte je potrebné mať na pamäti, že vnútorný odpor s takýmto zahrnutím sa zvyšuje o (1 + R2 / R1) krát.
Nosnosť stabilizátora zvýšite klasickým spôsobom zapnutím prídavného bipolárny tranzistor.
Dôležité! Tranzistor je nevyhnutne zahrnutý v obvode spätnej väzby.
Takéto zahrnutie prevádza obvod na paralelný regulátor, ktorý vyžaduje, aby vstupné napätie prekročilo výstupné napätie. Jeho účinnosť nemôže prekročiť pomer Uout/Uin. To zhoršuje parametre stabilizátora, preto je lepšie použiť tranzistor s efektom poľa, úbytok napätia na ňom je menší.
Tu je účinnosť vyššia kvôli menšiemu požadovanému rozdielu medzi vstupným a výstupným napätím, ale pre hradlo tranzistora je potrebný dodatočný zdroj energie - jeho napätie musí prekročiť Vin.
Na TL431 môžete zostaviť stabilizátor prúdu.
Prúd v kolektorovom obvode tranzistora sa bude rovnať Istab \u003d Vref / R1.
Ak je rovnaký obvod zahrnutý vo forme siete s dvoma terminálmi, získa sa obmedzovač prúdu.
Prúd bude obmedzený na Io=Vref/R1+Ika. Hodnotu predradného odporu je potrebné zvoliť z podmienok Rb=Uin(Io/hfe+Ika), kde hfe je zosilnenie tranzistora. Dá sa merať multimetrom, ktorý má túto funkciu.
Rádioamatéri používajú mikroobvody v neštandardných inklúziách. TL431 má tendenciu k samovzrušovaniu, čo je nevýhoda. To však umožňuje jeho použitie ako generátory riadené napätím. Na tento účel je na výstupe nainštalovaný kondenzátor.
Aké sú analógy
Mikroobvod má vysokú popularitu vo svete profesionálov a nadšencov elektroniky. Preto ho vyrába veľa výrobcov. Pod pôvodným názvom vyrábajú mikroobvod svetoznáme firmy Texas Instruments (ako vývojár), Motorola, Fairchild Semiconductor a iné. Nie je možné nespomenúť predtým vydaný stabilizátor TL430 s Vref = 2,75 V a maximálnym prevádzkovým prúdom zvýšeným o jeden a pol krát. Tento mikroobvod bol však menej žiadaný a nežil až do začiatku éry montáže SMD.
Iní výrobcovia vyrábajú regulátor napätia s inými písmenovými indexmi, ale vo svojich názvoch majú vždy čísla 431 (inak spotrebiteľ jednoducho nebude venovať pozornosť neznámemu mikroobvodu). Na trhu sú:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N
a ďalšie mikroobvody s podobnou funkčnosťou. Ale výrobky málo známych a neznámych výrobcov nezaručujú dodržanie parametrov.
Existuje domáci analóg - KR142EN19A, vyrábaný v balení KT-26 (podobne ako tranzistor s nízkym výkonom). Je úplne podobný pôvodnému čipu, ale niektoré vlastnosti sú mierne odlišné. Takže vnútorný odpor je normalizovaný v rámci < 0,5 Ohm.
Za zmienku stojí ovládač SG6105 PWM. Obsahuje dva vnútorné stabilizátory, absolútne identické s TL431. Majú samostatné svorky a možno ich použiť ako zdroje referenčného napätia.
Ako skontrolovať výkon čipu TL431
Mikroobvod má pomerne zložitú vnútornú štruktúru, takže ho nemôže skontrolovať jeden tester. V každom prípade budete musieť zbierať nejaký druh schémy. Ak existuje regulované napájanie, potom sú potrebné tri odpory a LED.
Napätie napájacieho zdroja nesmie byť väčšie ako 36 V. R1 sa volí tak, aby pri maximálnom napätí prúd cez LED nepresiahol 10-15 mA. Pomer R1 a R3 by mal byť taký, aby pri maximálnom napätí zdroja pripadalo na R3 viac ako 2,5 V a najlepšie viac ako 3. Keď výstupné napätie stúpne z 0 V na prahovú hodnotu na R3, LED bude blikať, čo znamená, že mikroobvod funguje. Nemôžete nainštalovať LED, ale jednoducho zmerajte napätie na katóde - malo by sa náhle zmeniť.
Ak nie je regulovaný zdroj, ale je tam zdroj s konštantným napätím, namiesto R3 budete musieť použiť potenciometer. Keď sa motor otáča v oboch smeroch, LED by sa mala rozsvietiť a zhasnúť.
Trh s elektronickými komponentmi ponúka veľmi širokú škálu integrovaných regulátorov napätia.Rozsah je však veľmi rozsiahly, takže mnoho typov mikroobvodov má svoje miesto na trhu. Vrátane TL431.
Podobné články:
