Όταν σχεδιάζετε ηλεκτρονικά κυκλώματα, συχνά χρειάζεστε έναν ρυθμιστή τάσης χαμηλής ισχύος ή μια πηγή τάσης αναφοράς. Ορισμένες σταθερές τάσεις καλύπτονται από μη ρυθμιζόμενους ολοκληρωμένους ρυθμιστές τάσης. Οι ρυθμιζόμενες βασίζονται σε LM317 chipαλλά έχει ορισμένα εγγενή μειονεκτήματα και συχνά υπερβολική λειτουργικότητα. Σε πολλές περιπτώσεις, το τσιπ TL431 λύνει το πρόβλημα παρέχοντας μια σταθερή πηγή τάσης χαμηλής ισχύος που μπορεί να ρυθμιστεί από 2,5V έως 36V.
Περιεχόμενα
Τι είναι το τσιπ TL431;
Το μικροκύκλωμα αυτό, που αναπτύχθηκε τη δεκαετία του 1970, αναφέρεται συχνά ως "ρυθμισμένος ρυθμιστής" και στο σχήμα αναφέρεται ως ρυθμιστής με δύο κλασικούς ακροδέκτες - άνοδο και κάθοδο. Υπάρχει επίσης ένα τρίτο στοιχείο, ο σκοπός του οποίου θα συζητηθεί αργότερα. Το συγκρότημα μικροδιακοπτών μοιάζει με σταθερότρον Δεν μοιάζει καθόλου με μικροζεύκτη. Διατίθεται ως απλό μικροκύκλωμα, σε διάφορες παραλλαγές περιβλήματος. Αρχικά παρήχθησαν μόνο παραλλαγές με πραγματικές οπές, με την ανάπτυξη της τεχνολογίας SMD ο TL431 συσκευάστηκε επίσης σε περιβλήματα επιφανειακής τοποθέτησης, συμπεριλαμβανομένου του δημοφιλούς SOT με διάφορους αριθμούς ακίδων. Ο ελάχιστος αριθμός ακροδεκτών που απαιτείται για τη λειτουργία είναι 3. Ορισμένες συσκευασίες έχουν περισσότερες ακίδες. Οι πλεονάζοντες ακροδέκτες είτε δεν συνδέονται πουθενά είτε είναι διπλοί.
Κύρια χαρακτηριστικά του TL431
Τα κύρια χαρακτηριστικά, η γνώση των οποίων είναι αρκετή για την εκτέλεση του 90+ τοις εκατό των εργασιών που προκύπτουν στη σχεδίαση ηλεκτρονικών κυκλωμάτων:
- τα όρια τάσης εξόδου είναι 2,5...36V (αυτό μπορεί να θεωρηθεί μείον, καθώς οι σύγχρονοι ρυθμιστές έχουν κατώτερο όριο 1,5V),
- Το μέγιστο ρεύμα είναι 100mA (δεν είναι πολύ, συγκρίσιμο με έναν μέσο ρυθμιστή ισχύος, οπότε μην υπερφορτώνετε το μικροκύκλωμα, δεν έχει προστασία),
- Η εσωτερική αντίσταση (σύνθετη αντίσταση του ισοδύναμου διπολικού) είναι περίπου 0,22 Ω,
- δυναμική αντίσταση - 0,2...0,5 Ohm,
- Uref=2,495 V, ακρίβεια - ανάλογα με τη σειρά, από ±0,5% έως ±2%,
- Το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας για το TL431C είναι 0...+70°C, για το TL431A - μείον 40...+85°C.
Άλλα χαρακτηριστικά, συμπεριλαμβανομένων των καμπυλών εξάρτησης από τη θερμοκρασία, μπορείτε να τα βρείτε στο φύλλο δεδομένων. Ωστόσο, στις περισσότερες περιπτώσεις δεν θα τα χρειαστείτε.
Ανάθεση ακροδεκτών και λειτουργία
Καθώς εξετάζετε την εσωτερική δομή του ολοκληρωμένου κυκλώματος είναι σαφές ότι οι συγκρίσεις με μια δίοδο Zener είναι σχετικές.
Ο TL431 μοιάζει περισσότερο με συγκριτή. Μια τάση αναφοράς Vref των 2,5V εφαρμόζεται στην αναστρέφουσα έξοδο. Αυτή η τάση σταθεροποιείται, ώστε η έξοδος να είναι επίσης σταθερή. Η μη αναστρέφουσα έξοδος οδηγείται προς τα έξω. Εάν η εφαρμοζόμενη τάση είναι μικρότερη από την τάση αναφοράς, η έξοδος του συγκριτή έξοδος συγκριτή μηδένΤο τρανζίστορ είναι κλειστό και δεν ρέει ρεύμα. Εάν η τάση στην άμεση είσοδο υπερβεί τα 2,5 V, η έξοδος του διαφορικού ενισχυτή γίνεται θετική, το τρανζίστορ ανοίγει και αρχίζει να ρέει ρεύμα μέσω αυτού. Το ρεύμα αυτό περιορίζεται από μια εξωτερική αντίσταση. Αυτή η συμπεριφορά είναι παρόμοια με τη διάσπαση χιονοστιβάδας ενός σταθεροποιητή όταν εφαρμόζεται σε αυτόν αντίστροφη τάση. Η δίοδος είναι σχεδιασμένη ως προστασία από ανάστροφο ρεύμα στο μικροκύκλωμα.
Σημαντικό! Η έξοδος της τάσης αναφοράς δεν πρέπει να μείνει πουθενά ασύνδετη και απαιτεί ρεύμα τουλάχιστον 4 μΑ.
Στην πραγματικότητα, αυτό το κύκλωμα είναι επίσης λίγο εξαρτημένο - είναι χρήσιμο μόνο για να εξηγήσει τον τρόπο με τον οποίο λειτουργούν τα πράγματα. Η πραγματική εφαρμογή ακολουθεί διαφορετική αρχή. Για παράδειγμα, δεν είναι δυνατόν να εντοπιστεί ένα σημείο με τάση αναφοράς 2,5V εντός του κυκλώματος.
Παραδείγματα διαγραμμάτων σύνδεσης
Μία από τις παραλλαγές του κυκλώματος TL431 είναι ένας κοινός συγκριτής. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή κάποιων ρελέ κατωφλίου - π.χ. ρελέ στάθμης, ρελέ φωτισμού κ.λπ. Μόνο η πηγή τάσης αναφοράς του είναι ενσωματωμένη και δεν είναι ρυθμιζόμενη, οπότε το ρεύμα και η πτώση τάσης μέσω του αισθητήρα ρυθμίζονται.
Μόλις ο αισθητήρας πέσει στα 2,5 V, το τρανζίστορ εξόδου του μικροκυκλώματος ανοίγει, το LED διαρρέεται από ρεύμα και ανάβει. Αντί της λυχνίας LED, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ρελέ χαμηλής ισχύος ή ένας διακόπτης τρανζίστορ για τη μεταγωγή του φορτίου. Η αντίσταση R1 μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη ρύθμιση του επιπέδου απόκρισης του συγκριτή. Το R2 χρησιμεύει ως ballast και περιορίζει το ρεύμα μέσω της λυχνίας LED.
Αλλά μια τέτοια ενσωμάτωση δεν επιτρέπει στο TL431 να εκμεταλλευτεί όλες τις δυνατότητες - ο συγκριτής μπορεί να ενσωματωθεί σε οποιοδήποτε άλλο τσιπ που είναι πιο κατάλληλο για τέτοιου είδους ρελέ. Αυτό το ίδιο συγκρότημα έχει σχεδιαστεί για διαφορετικό σκοπό.
Το απλούστερο σχήμα είναι να ενεργοποιήσετε το TL431 σε παράλληλη λειτουργία σταθεροποιητή - μια πηγή τάσης αναφοράς 2,5V. Το μόνο που χρειάζεται είναι ένα έρμα αντίστασητο οποίο θα περιορίσει το ρεύμα μέσω του τρανζίστορ εξόδου.
Σημαντικό! Σε αντίθεση με το κλασικό κύκλωμα AVR, ένας πυκνωτής δεν πρέπει να τοποθετηθεί παράλληλα στην έξοδο. Αυτό μπορεί να προκαλέσει παρασιτικές ταλαντώσεις. Σε γενικές γραμμές δεν χρειάζεται, καθώς οι σχεδιαστές έχουν λάβει μέτρα για τη μείωση του θορύβου στην έξοδο. Αλλά εξαιτίας αυτού δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βάση για μια γεννήτρια θορύβου όπως ένα συμβατικό σταθερότρον.
Η ικανότητα του τσιπ αξιοποιείται πληρέστερα σε ένα κύκλωμα ανάδρασης που σχηματίζεται από τις αντιστάσεις R1 και R2.
Όταν εφαρμόζεται ισχύς, η τάση εξόδου αυξάνεται και σταθεροποιείται για μερικά μικροδευτερόλεπτα (ο ρυθμός αύξησης δεν είναι τυποποιημένος). Η Ustab δίνεται από από το διαχωριστικόκαι μπορεί να υπολογιστεί σύμφωνα με τον τύπο Ustab=2,495*(1+R2/R1). Κατά τον υπολογισμό, πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η εσωτερική αντίσταση αυξάνεται κατά (1+R2/R1) φορές με αυτή τη σύνδεση.
Είναι δυνατή η αύξηση της χωρητικότητας φορτίου του AVR με τον κλασικό τρόπο με την ενσωμάτωση ενός πρόσθετου διπολικό τρανζίστορ.
Σημαντικό! Το τρανζίστορ πρέπει να συμπεριληφθεί στο κύκλωμα βρόχου ανάδρασης.
Αυτή η προσθήκη μετατρέπει το κύκλωμα σε παράλληλο ρυθμιστή, απαιτώντας η τάση εισόδου να υπερβαίνει την τάση εξόδου. Η απόδοσή του δεν μπορεί να υπερβαίνει τον λόγο Uin/Uin. Αυτό υποβαθμίζει την απόδοση του AVR, οπότε είναι προτιμότερο να χρησιμοποιηθεί ένα τρανζίστορ επίδρασης πεδίου, το οποίο έχει μικρότερη πτώση τάσης.
Εδώ η απόδοση είναι υψηλότερη λόγω της μικρότερης απαιτούμενης διαφοράς μεταξύ της τάσης εισόδου και της τάσης εξόδου, αλλά απαιτείται πρόσθετη τροφοδοσία για την πύλη του τρανζίστορ - η τάση της πρέπει να είναι υψηλότερη από την Uin/out.
Ένας ρυθμιστής ρεύματος μπορεί να κατασκευαστεί στον TL431.
Το ρεύμα συλλέκτη θα είναι Istab=Vref/R1.
Εάν το ίδιο κύκλωμα ενεργοποιηθεί ως διπολικό, δημιουργείται ένας περιοριστής ρεύματος.
Το ρεύμα θα περιοριστεί στο Io=Vref/R1+Ika. Η ονομαστική τιμή της αντίστασης ballast πρέπει να επιλέγεται σύμφωνα με τη σχέση Rb=Uin (Io/hfe+Ika), όπου hfe είναι το κέρδος του τρανζίστορ. Αυτό μπορεί να μετρηθεί με ένα πολύμετρο που διαθέτει αυτή τη λειτουργία.
Οι ραδιοερασιτέχνες χρησιμοποιούν μικροκυκλώματα και σε μη τυποποιημένες μεταγωγές. Το TL431 είναι επιρρεπές στην αυτοδιέγερση, γεγονός που αποτελεί μειονέκτημα. Αλλά καθιστά δυνατή τη χρήση του ως ταλαντωτή ελεγχόμενης τάσης. Για το σκοπό αυτό τοποθετείται ένας πυκνωτής στην έξοδο.
Ποια είναι τα ανάλογα
Το τσιπ είναι πολύ δημοφιλές στον κόσμο των επαγγελματιών ηλεκτρονικών και των χομπίστες. Ως εκ τούτου, παράγεται από πολλούς κατασκευαστές. Οι παγκοσμίου φήμης εταιρείες Texas Instruments (ως κατασκευαστής), Motorola, Fairchild Semiconductor και άλλες παράγουν το τσιπ με την αρχική ονομασία. Το TL430, με Vref=2,75V και ενάμιση φορά το μέγιστο ρεύμα λειτουργίας, δεν πρέπει να χάσετε. Αλλά αυτό το τσιπ είχε μικρότερη ζήτηση και δεν επιβίωσε μέχρι την εποχή της συναρμολόγησης SMD.
Άλλοι κατασκευαστές παράγουν ρυθμιστές τάσης με άλλους δείκτες γραμμάτων, αλλά απαραίτητα με τους αριθμούς 431 στην ονομασία τους (διαφορετικά ο καταναλωτής απλά δεν θα δώσει σημασία σε ένα άγνωστο τσιπ). Στην αγορά υπάρχουν τα ακόλουθα:
- KA431AZ,
- KIA431,
- HA17431VP,
- IR9431N
και άλλα ολοκληρωμένα κυκλώματα με παρόμοια λειτουργικότητα. Όμως, τα προϊόντα από άγνωστους και άγνωστους κατασκευαστές δεν εγγυώνται ότι θα ανταποκρίνονται στις παραμέτρους.
Υπάρχει ένα ρωσικό ανάλογο KR142EN19A που παράγεται σε συσκευασία KT-26 (παρόμοιο με τρανζίστορ χαμηλής ισχύος). Είναι εντελώς ανάλογο με το αρχικό τσιπ, αλλά ορισμένα χαρακτηριστικά είναι ελαφρώς διαφορετικά. Για παράδειγμα, η εσωτερική του αντίσταση είναι κανονικοποιημένη σε <0,5 Ω.
Ο ελεγκτής PWM SG6105 είναι επίσης αξιοσημείωτος. Περιέχει δύο εσωτερικούς σταθεροποιητές, απολύτως πανομοιότυπους με τον TL431. Έχουν ξεχωριστούς ακροδέκτες και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πηγές τάσης αναφοράς.
Πώς να δοκιμάσετε το τσιπ TL431
Το μικροκύκλωμα έχει αρκετά περίπλοκη εσωτερική δομή, οπότε δεν είναι δυνατόν να ελεγχθεί με έναν μόνο ελεγκτή. Σε κάθε περίπτωση θα πρέπει να συναρμολογήσετε κάποιο κύκλωμα. Εάν υπάρχει ρυθμιζόμενο τροφοδοτικό, θα χρειαστείτε τρεις αντιστάσεις και μια λυχνία LED.
Η τάση του τροφοδοτικού δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 36V. Το R1 θα πρέπει να επιλεγεί έτσι ώστε στη μέγιστη τάση το ρεύμα μέσω της λυχνίας LED να μην υπερβαίνει τα 10-15mA. Ο λόγος του R1 προς το R3 θα πρέπει να είναι τέτοιος ώστε στη μέγιστη τάση της πηγής, πάνω από 2,5V ή καλύτερα πάνω από 3V να πέφτουν στο R3. Όταν η τάση εξόδου αυξάνεται από τα 0V μέχρι την επίτευξη του κατωφλίου στο R3, η λυχνία LED θα αναβοσβήνει, πράγμα που σημαίνει ότι το τσιπ είναι ελαττωματικό. Δεν χρειάζεται να ρυθμίσετε το LED, αλλά απλά μετρήστε την τάση στην κάθοδο - θα πρέπει να αλλάξει δραματικά.
Εάν δεν υπάρχει ρυθμιζόμενη πηγή, αλλά τροφοδοτικό σταθερής τάσης, θα πρέπει να χρησιμοποιηθεί ποτενσιόμετρο αντί του R3. Η λυχνία LED θα πρέπει να ανάβει και να σβήνει όταν το ρυθμιστικό περιστρέφεται και προς τις δύο κατευθύνσεις.
Η αγορά ηλεκτρονικών εξαρτημάτων προσφέρει ένα πολύ ευρύ φάσμα ολοκληρωμένων ρυθμιστών τάσης. Αλλά το φάσμα των εφαρμογών είναι επίσης πολύ ευρύ, οπότε πολλοί τύποι ολοκληρωμένων κυκλωμάτων έχουν τη θέση τους στην αγορά. TL431 περιλαμβάνεται.
Σχετικά άρθρα:
