Beim Entwurf elektronischer Schaltungen benötigt man häufig einen Spannungsregler mit geringem Stromverbrauch oder eine Referenzspannungsquelle. Eine Reihe von Festspannungen wird durch ungeregelte integrierte Spannungsregler abgedeckt. Die regulierten sind auf LM317-Chipaber sie hat gewisse Nachteile und oft einen zu großen Funktionsumfang. In vielen Fällen löst der TL431-Chip das Problem, indem er eine stromsparende, stabile Spannungsquelle bietet, die von 2,5 V bis 36 V geregelt werden kann.
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Was ist ein TL431-Chip?
Dieser in den 1970er Jahren entwickelte Mikroschaltkreis wird häufig als "geregelter Regler" bezeichnet, und im Schaltplan wird er als Regler mit zwei klassischen Pins - Anode und Kathode - bezeichnet. Es gibt noch eine dritte Spur, auf deren Zweck später eingegangen wird. Die Mikroschalterbaugruppe sieht wie folgt aus stabletron Er sieht überhaupt nicht wie ein Mikrokoppler aus. Er ist als gewöhnlicher Mikroschaltkreis in verschiedenen Gehäusevarianten erhältlich. Ursprünglich wurden nur True-Hole-Varianten produziert, mit der Entwicklung der SMD-Technologie wurde der TL431 auch in oberflächenmontierbaren Gehäusen untergebracht, einschließlich der beliebten SOT-Variante mit einer unterschiedlichen Anzahl von Pins. Die für den Betrieb erforderliche Mindestanzahl von Pins beträgt 3. Einige Pakete haben mehr Pins. Redundante Stifte sind entweder nirgends angeschlossen oder doppelt vorhanden.
Die wichtigsten Merkmale des TL431
Die wichtigsten Merkmale, deren Kenntnis ausreicht, um mehr als 90 Prozent der beim Entwurf elektronischer Schaltungen anfallenden Aufgaben zu erfüllen:
- Die Ausgangsspannungsgrenzen liegen bei 2,5...36V (dies kann als Minus betrachtet werden, da moderne Regler eine untere Grenze von 1,5V haben);
- Der maximale Strom beträgt 100 mA (das ist nicht viel, vergleichbar mit einem durchschnittlichen Leistungsregler, also überlasten Sie den Mikroschaltkreis nicht, er hat keinen Schutz);
- Der Innenwiderstand (Impedanz des äquivalenten Bipolars) beträgt etwa 0,22 Ohm;
- dynamischer Widerstand - 0,2...0,5 Ohm;
- Uref=2,495 V, Genauigkeit - je nach Serie, von ±0,5% bis ±2%;
- Der Betriebstemperaturbereich für TL431C ist 0...+70°C, für TL431A - minus 40...+85°C.
Weitere Merkmale, einschließlich Temperaturabhängigkeitskurven, sind dem Datenblatt zu entnehmen. In den meisten Fällen werden Sie diese jedoch nicht benötigen.
Anschlussbelegung und Bedienung
Wenn man sich die interne Struktur des ICs ansieht, wird klar, dass Vergleiche mit einer Zenerdiode relativ sind.
Der TL431 ähnelt am ehesten einem Komparator. An den invertierenden Ausgang wird eine Referenzspannung Vref von 2,5 V angelegt. Diese Spannung wird stabilisiert, so dass auch der Ausgang stabil ist. Der nicht-invertierende Ausgang wird nach außen geführt. Wenn die angelegte Spannung kleiner als die Referenzspannung ist, wird der Komparatorausgang Komparatorausgang NullDer Transistor ist geschlossen und es fließt kein Strom. Wenn die Spannung am Gleichstromeingang 2,5 V übersteigt, wird der Ausgang des Differenzverstärkers positiv, der Transistor öffnet sich und es fließt Strom durch ihn. Dieser Strom wird durch einen externen Widerstand begrenzt. Dieses Verhalten ähnelt dem Lawinendurchbruch eines Stabilisators, wenn eine Sperrspannung an ihn angelegt wird. Die Diode ist als Schutz gegen Rückstrom im Mikroschaltkreis konzipiert.
Wichtig! Der Ausgang der Referenzspannung darf nirgends unbeschaltet bleiben und benötigt einen Strom von mindestens 4 µA.
Auch diese Schaltung ist ein wenig bedingt - sie dient nur dazu, die Funktionsweise zu erklären. Die tatsächliche Umsetzung folgt einem anderen Prinzip. Es ist beispielsweise nicht möglich, einen Punkt mit einer Referenzspannung von 2,5 V innerhalb der Schaltung zu lokalisieren.
Beispiele für Verbindungsdiagramme
Eine der TL431-Schaltungsvarianten ist ein gewöhnlicher Komparator. Es kann zum Bau einiger Schwellenwertrelais verwendet werden - z. B. Füllstandsrelais, Lichtrelais usw. Nur seine Referenzspannungsquelle ist eingebaut und nicht einstellbar, so dass der Strom und der Spannungsabfall durch den Sensor geregelt sind.
Sobald 2,5 V auf den Sensor fallen, öffnet sich der Ausgangstransistor des Chips, Strom fließt durch die LED und sie leuchtet. Anstelle der LED kann ein stromsparendes Relais oder ein Transistorschalter zum Schalten der Last verwendet werden. Der Widerstand R1 kann zur Einstellung des Ansprechpegels des Komparators verwendet werden. R2 dient als Vorschaltgerät und begrenzt den Strom durch die LED.
Damit kann der TL431 jedoch nicht in vollem Umfang genutzt werden - der Komparator kann auf einem anderen Chip aufgebaut werden, der für solche Relais besser geeignet ist. Die gleiche Baugruppe ist für einen anderen Zweck bestimmt.
Das einfachste Schema besteht darin, den TL431 im Parallelstabilisierungsmodus zu schalten - eine 2,5-V-Referenzspannungsquelle. Alles, was benötigt wird, ist ein Ballast Widerstandwodurch der Strom durch den Ausgangstransistor begrenzt wird.
Wichtig! Im Gegensatz zur klassischen AVR-Schaltung sollte ein Kondensator nicht parallel zum Ausgang geschaltet werden. Dies kann zu parasitären Schwingungen führen. Im Allgemeinen ist dies nicht erforderlich, da die Konstrukteure Maßnahmen ergriffen haben, um das Rauschen am Ausgang zu reduzieren. Aus diesem Grund kann es nicht als Basis für einen Rauschgenerator wie ein herkömmliches Stabilitron verwendet werden.
Die Fähigkeit des Chips wird in einem Rückkopplungskreis, der aus den Widerständen R1 und R2 besteht, besser ausgenutzt.
Beim Anlegen der Spannung steigt die Ausgangsspannung an und stabilisiert sich für einige Mikrosekunden (die Anstiegsrate ist nicht standardisiert). Ustab ist gegeben durch durch den Teilerund kann nach der Formel Ustab=2,495*(1+R2/R1) berechnet werden. Bei der Berechnung ist zu berücksichtigen, dass sich der Innenwiderstand bei diesem Anschluss um das (1+R2/R1)-fache erhöht.
Es ist möglich, die Belastbarkeit des AVR auf klassische Weise zu erhöhen, indem man eine zusätzliche Bipolartransistor.
Wichtig! Der Transistor muss in den Rückkopplungskreis einbezogen werden.
Dadurch wird die Schaltung zu einem Parallelregler, bei dem die Eingangsspannung höher sein muss als die Ausgangsspannung. Sein Wirkungsgrad darf das Verhältnis Uin/Uin nicht überschreiten. Dies verschlechtert die Leistung des AVR, so dass es besser ist, einen Feldeffekttransistor zu verwenden, der einen geringeren Spannungsabfall hat.
Hier ist der Wirkungsgrad höher, weil die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung geringer ist, aber es wird eine zusätzliche Stromversorgung für das Transistor-Gate benötigt - seine Spannung muss höher sein als Uin/out.
Der TL431 kann mit einem Stromregler ausgestattet werden.
Der Kollektorstrom ist Istab=Vref/R1.
Wird dieselbe Schaltung als Bipolar geschaltet, entsteht ein Strombegrenzer.
Der Strom wird bei Io=Vref/R1+Ika begrenzt. Der Nennwert des Ballastwiderstandes muss gemäß Rb=Uin (Io/hfe+Ika) gewählt werden, wobei hfe die Transistorverstärkung ist. Dies kann mit einem Multimeter gemessen werden, das über diese Funktion verfügt.
Funkamateure verwenden Mikroschaltungen auch für nicht standardisierte Schaltungen. Der TL431 neigt zur Selbsterregung, was ein Nachteil ist. Aber es macht es möglich, ihn als spannungsgesteuerten Oszillator zu verwenden. Zu diesem Zweck wird ein Kondensator am Ausgang installiert.
Was sind die Analoga
Der IC ist in der Welt der Elektronikprofis und Bastler sehr beliebt. Deshalb wird es von vielen Herstellern produziert. Die weltbekannten Firmen Texas Instruments (als Entwickler), Motorola, Fairchild Semiconductor und andere produzieren den Chip unter dem ursprünglichen Namen. Der TL430 mit einer Vref=2,75V und dem anderthalbfachen des maximalen Betriebsstroms ist nicht zu übersehen. Dieser Chip war jedoch weniger gefragt und überlebte nicht bis zur Ära der SMD-Bestückung.
Andere Hersteller produzieren Spannungsregler mit anderen Buchstabenindizes, aber notwendigerweise mit der Zahl 431 im Namen (sonst würde der Verbraucher einem unbekannten Chip einfach keine Aufmerksamkeit schenken). Auf dem Markt sind die folgenden Produkte erhältlich:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N
und andere ICs mit ähnlichen Funktionen. Bei Produkten von unbekannten Herstellern ist jedoch nicht gewährleistet, dass sie den Parametern entsprechen.
Es gibt ein russisches Analogon KR142EN19A im KT-26-Gehäuse (ähnlich einem Transistor mit geringer Leistung). Er ist völlig analog zum Originalchip, aber einige Merkmale sind leicht unterschiedlich. Sein Innenwiderstand ist zum Beispiel auf <0,5 Ohm normiert.
Bemerkenswert ist auch der PWM-Controller SG6105. Er enthält zwei interne Stabilisatoren, die absolut identisch mit dem TL431 sind. Sie haben separate Pins und können als Referenzspannungsquellen verwendet werden.
So testen Sie den TL431-Chip
Der Mikroschaltkreis hat eine recht komplizierte interne Struktur, so dass es nicht möglich ist, ihn mit einem einzigen Prüfgerät zu testen. In jedem Fall müssen Sie eine Art von Schaltkreis zusammenbauen. Wenn eine einstellbare Stromversorgung vorhanden ist, werden drei Widerstände und eine LED benötigt.
Die Spannung des Netzteils darf nicht mehr als 36 V betragen. R1 sollte so gewählt werden, dass bei maximaler Spannung der Strom durch die LED 10-15 mA nicht überschreitet. Das Verhältnis von R1 zu R3 sollte so gewählt werden, dass bei maximaler Quellenspannung mehr als 2,5 V oder besser mehr als 3 V auf R3 fallen. Wenn die Ausgangsspannung von 0 V bis zum Erreichen der Schwelle an R3 ansteigt, blinkt die LED, was bedeutet, dass der Chip defekt ist. Sie brauchen die LED nicht einzustellen, sondern messen einfach die Spannung an der Kathode - sie sollte sich drastisch ändern.
Wenn keine geregelte Quelle, sondern eine Konstantspannungsversorgung vorhanden ist, muss anstelle von R3 ein Potentiometer verwendet werden. Die LED sollte aufleuchten und erlöschen, wenn der Schieber in beide Richtungen gedreht wird.
Der Markt für elektronische Bauelemente bietet ein sehr breites Spektrum an integrierten Spannungsreglern. Aber auch der Anwendungsbereich ist sehr breit gefächert, so dass viele Arten von ICs ihre Nische auf dem Markt haben. TL431 enthalten.
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