Při návrhu elektronických obvodů často potřebujete nízkopříkonový regulátor napětí nebo referenční zdroj napětí. Řadu pevných napětí pokrývají neregulované integrované regulátory napětí. Regulované jsou postaveny na Čip LM317má však určité nevýhody a často nadbytečnou funkčnost. Čip TL431 tento problém v mnoha případech řeší tím, že poskytuje stabilní zdroj napětí s nízkou spotřebou, který lze regulovat od 2,5 V do 36 V.
Obsah
Co je čip TL431?
Tento mikroobvod, vyvinutý v 70. letech 20. století, je často označován jako "regulovaný regulátor" a ve schématu je označen jako regulátor se dvěma klasickými vývody - anodou a katodou. Existuje také třetí vodítko, o jehož účelu se zmíníme později. Sestava mikrospínačů vypadá takto stabletron Vůbec to nevypadá jako mikrospojka. Je k dispozici jako běžný mikroobvod v několika variantách pouzdra. Zpočátku se vyráběly pouze varianty s pravými otvory, s rozvojem technologie SMD se TL431 balil také do pouzder pro povrchovou montáž, včetně oblíbeného provedení SOT s různým počtem vývodů. Minimální počet vývodů potřebných k provozu je 3. Některé balíčky mají více pinů. Zbytečné piny nejsou nikde připojeny nebo jsou zdvojené.
Hlavní vlastnosti modelu TL431
Hlavní charakteristiky, jejichž znalost stačí k provedení více než 90 procent úloh vznikajících při návrhu elektronických obvodů:
- Limity výstupního napětí jsou 2,5...36V (to lze považovat za mínus, protože moderní regulátory mají spodní limit 1,5V);
- Maximální proud je 100 mA (to není mnoho, srovnatelné s průměrným regulátorem napájení, takže mikroobvod nepřetěžujte, nemá žádnou ochranu);
- Vnitřní odpor (impedance ekvivalentního dvojpólu) je přibližně 0,22 ohmu;
- dynamický odpor - 0,2...0,5 Ohm;
- Uref=2,495 V, přesnost - v závislosti na sérii, od ±0,5 % do ±2 %;
- Rozsah provozních teplot pro TL431C je 0...+70 °C, pro TL431A - minus 40...+85 °C.
Další charakteristiky, včetně křivek teplotní závislosti, naleznete v katalogovém listu. Ve většině případů je však nebudete potřebovat.
Přiřazení pinů a ovládání
Při pohledu na vnitřní strukturu integrovaného obvodu je zřejmé, že srovnání se Zenerovými diodami je relativní.
TL431 se nejvíce podobá komparátoru. Na invertující výstup je přivedeno referenční napětí Vref 2,5 V. Toto napětí je stabilizované, takže výstup bude také stabilní. Neinvertující výstup je vyveden ven. Pokud je přivedené napětí menší než referenční napětí, výstup komparátoru výstup komparátoru zeroTranzistor je uzavřen a neprotéká jím žádný proud. Pokud napětí na stejnosměrném vstupu překročí 2,5 V, výstup diferenciálního zesilovače se stane kladným, tranzistor se otevře a začne jím protékat proud. Tento proud je omezen vnějším odporem. Toto chování je podobné lavinovému průrazu stabilizátoru, když je na něj přivedeno zpětné napětí. Dioda je určena jako ochrana proti zpětnému proudu v mikroobvodu.
Důležité! Výstup referenčního napětí nesmí zůstat nikde nepřipojený a vyžaduje proud alespoň 4 µA.
Ve skutečnosti je tento obvod také trochu podmíněný - je užitečný pouze pro vysvětlení, jak věci fungují. Vlastní implementace se řídí jinými zásadami. Například není možné v obvodu najít bod s referenčním napětím 2,5 V.
Příklady schémat připojení
Jednou z variant obvodu TL431 je běžný komparátor. Lze jej použít k sestavení některých prahových relé - např. hladinových relé, světelných relé atd. Pouze jeho referenční zdroj napětí je vestavěný a není nastavitelný, takže proud a úbytek napětí na senzoru jsou regulované.
Jakmile napětí na senzoru klesne na 2,5 V, výstupní tranzistor mikroobvodu se otevře, LED diodou poteče proud a rozsvítí se. Místo LED lze ke spínání zátěže použít relé nebo tranzistorový spínač s nízkou spotřebou energie. Odpor R1 lze použít k nastavení úrovně odezvy komparátoru. R2 slouží jako předřadník a omezuje proud procházející LED diodou.
Takové zařazení však neumožňuje využít všechny možnosti TL431 - komparátor lze postavit na jiném čipu, který je pro taková relé vhodnější. Stejná sestava je určena k jinému účelu.
Nejjednodušším schématem je přepnout TL431 do režimu paralelního stabilizátoru - zdroje referenčního napětí 2,5 V. Potřebujeme pouze zátěž rezistorkterý omezí proud procházející výstupním tranzistorem.
Důležité! Na rozdíl od klasického zapojení AVR by neměl být kondenzátor umístěn paralelně k výstupu. To může způsobit parazitní oscilace. Obecně není potřeba, protože konstruktéři přijali opatření ke snížení šumu na výstupu. Z tohoto důvodu jej však nelze použít jako základ generátoru šumu jako běžný stabilitron.
Schopnosti čipu jsou lépe využity ve zpětnovazebním obvodu tvořeném rezistory R1 a R2.
Po připojení napájení výstupní napětí stoupá a stabilizuje se po dobu několika mikrosekund (rychlost posuvu není standardizována). Ustab je dán vztahem u rozdělovačea lze ji vypočítat podle vzorce Ustab=2,495*(1+R2/R1). Při výpočtu je třeba mít na paměti, že vnitřní odpor se tímto zapojením zvětší (1+R2/R1) krát.
Zátěžovou kapacitu AVR je možné zvýšit klasickým způsobem, a to zabudováním přídavného zařízení. bipolární tranzistor.
Důležité! Tranzistor musí být zapojen do obvodu zpětné vazby.
Tímto zařazením se obvod změní na paralelní regulátor, který vyžaduje, aby vstupní napětí převyšovalo výstupní napětí. Jeho účinnost nesmí překročit poměr Uin/Uin. To zhoršuje výkon AVR, proto je lepší použít tranzistor s polem, který má nižší úbytek napětí.
Účinnost je zde vyšší díky menšímu rozdílu mezi vstupním a výstupním napětím, ale je zapotřebí dodatečné napájení hradla tranzistoru - jeho napětí musí být vyšší než Uin/out.
Na TL431 lze postavit regulátor proudu.
Kolektorový proud bude Istab=Vref/R1.
Pokud je stejný obvod spínán jako bipolární, vzniká proudový omezovač.
Proud bude omezen na Io=Vref/R1+Ika. Předřadný odpor musí být dimenzován podle podmínek Rb=Uin (Io/hfe+Ika), kde hfe je zesílení tranzistoru. To lze změřit multimetrem, který má tuto funkci.
Radioamatéři používají mikroobvody i v nestandardních spínačích. TL431 je náchylný k samovybuzování, což je nevýhoda. Umožňuje však použít jej jako napěťově řízený oscilátor. Za tímto účelem je na výstupu instalován kondenzátor.
Jaké jsou analogy
Tento integrovaný obvod je velmi oblíbený v profesionálním i amatérském světě elektroniky. Proto ji vyrábí mnoho výrobců. Pod původním názvem vyrábějí čip světoznámé firmy Texas Instruments (jako vývojář), Motorola, Fairchild Semiconductor a další. TL430 s Vref = 2,75 V a jedenapůlnásobkem maximálního provozního proudu je nepřehlédnutelný. Tento čip však byl méně žádaný a nepřežil až do éry SMD montáže.
Ostatní výrobci vyrábějí regulátory napětí s jinými písmennými indexy, ale nutně s čísly 431 v názvu (jinak by spotřebitel neznámému čipu jednoduše nevěnoval pozornost). Na trhu jsou přítomny tyto produkty:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N
a další integrované obvody s podobnými funkcemi. U výrobků od neznámých a neznámých výrobců však není zaručeno, že budou odpovídat parametrům.
Existuje ruská obdoba KR142EN19A vyráběná v pouzdře KT-26 (podobně jako nízkovýkonný tranzistor). Je zcela analogický původnímu čipu, ale některé vlastnosti se mírně liší. Například jeho vnitřní odpor je normalizován na <0,5 Ohm.
Za zmínku stojí také PWM regulátor SG6105. Obsahuje dva vnitřní stabilizátory, které jsou naprosto shodné s modelem TL431. Mají samostatné vývody a lze je použít jako zdroje referenčního napětí.
Jak otestovat čip TL431
Mikroobvod má poměrně složitou vnitřní strukturu, takže jej nelze testovat jediným testerem. V každém případě budete muset sestavit nějaký obvod. Pokud je k dispozici nastavitelný zdroj napájení, budete potřebovat tři rezistory a LED diodu.
Napětí zdroje nesmí být vyšší než 36 V. R1 by měl být zvolen tak, aby při maximálním napětí proud LED diodou nepřekročil 10-15 mA. Poměr R1 a R3 by měl být takový, aby při maximálním napětí zdroje na R3 dopadalo více než 2,5 V nebo lépe více než 3 V. Když výstupní napětí vzroste z 0 V až na prahovou hodnotu na R3, LED dioda začne blikat, což znamená, že čip je vadný. LED diodu nemusíte nastavovat, ale stačí změřit napětí na katodě - mělo by se výrazně změnit.
Pokud není k dispozici regulovaný zdroj, ale zdroj s konstantním napětím, je třeba místo R3 použít potenciometr. Při otáčení posuvníkem v obou směrech by se měla LED dioda rozsvěcet a zhasínat.
Trh s elektronickými součástkami nabízí velmi širokou škálu integrovaných regulátorů napětí. Škála aplikací je však také velmi široká, takže mnoho typů integrovaných obvodů má na trhu svou mezeru. TL431 je součástí dodávky.
Související články:
