Cuando se diseñan circuitos electrónicos, a menudo se necesita un regulador de tensión de bajo consumo o una fuente de tensión de referencia. Una serie de tensiones fijas están cubiertas por reguladores de tensión integrados no regulados. Los regulados se construyen sobre Chip LM317pero tiene ciertas desventajas inherentes y una funcionalidad a menudo excesiva. En muchos casos, el chip TL431 resuelve el problema proporcionando una fuente de tensión estable y de bajo consumo que puede regularse de 2,5V a 36V.
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¿Qué es un chip TL431?
Desarrollado en los años 70, este microcircuito suele denominarse "regulador regulado", y en el esquema se le denomina regulador con dos pines clásicos: ánodo y cátodo. También hay una tercera pista, cuyo propósito se discute más adelante. El conjunto de microinterruptores tiene el siguiente aspecto stabletron No parece un microacoplador en absoluto. Está disponible como microcircuito ordinario, en varias variantes de carcasa. Al principio sólo se producían variantes con orificios reales, pero con el desarrollo de la tecnología SMD el TL431 también se empaquetó en cajas de montaje superficial, incluyendo el popular SOT con varios números de pines. El número mínimo de pines necesarios para el funcionamiento es de 3. Algunos paquetes tienen más clavijas. Los pines redundantes no están conectados a ninguna parte o están duplicados.
Principales características del TL431
Las principales características, conocerlas es suficiente para realizar el 90+ por ciento de las tareas que surgen en el diseño de circuitos electrónicos:
- límites de la tensión de salida - 2,5...36V (esto puede considerarse un punto negativo, ya que los reguladores modernos tienen un límite inferior de 1,5V);
- La corriente máxima es de 100mA (no es mucho, comparable con un regulador de potencia medio, así que no sobrecargues el microcircuito, no tiene protección);
- La resistencia interna (impedancia del bipolar equivalente) es de unos 0,22 ohmios;
- resistencia dinámica - 0,2...0,5 Ohm;
- Uref=2,495 V, precisión - según la serie, de ±0,5% a ±2%;
- El rango de temperatura de funcionamiento para el TL431C es de 0...+70°C, para el TL431A - menos 40...+85°C.
Otras características, incluidas las curvas de dependencia de la temperatura, pueden encontrarse en la hoja de datos. Sin embargo, en la mayoría de los casos no los necesitará.
Asignación de pines y funcionamiento
Si se observa la estructura interna del CI, queda claro que las comparaciones con los diodos Zener son relativas.
El TL431 se parece más a un comparador. En la salida inversora se aplica una tensión de referencia Vref de 2,5V. Esta tensión está estabilizada, por lo que la salida también será estable. La salida no inversora se lleva al exterior. Si la tensión aplicada es inferior a la de referencia, la salida del comparador salida del comparador ceroEl transistor está cerrado y no fluye corriente. Si la tensión en la entrada directa supera los 2,5 V, la salida del amplificador diferencial se vuelve positiva, el transistor se abre y empieza a circular corriente por él. Esta corriente está limitada por una resistencia externa. Este comportamiento es similar a la ruptura de avalancha de un estabilizador cuando se le aplica una tensión inversa. El diodo está diseñado como protección contra la corriente inversa en el microcircuito.
¡Importante! La salida de la tensión de referencia no debe dejarse sin conectar en ningún sitio y requiere una corriente de al menos 4 µA.
De hecho, este circuito también es condicional: sólo sirve para explicar el funcionamiento. En realidad, se aplica según otros principios. Por ejemplo, no es posible localizar un punto con una tensión de referencia de 2,5V dentro del circuito.
Ejemplos de diagramas de conexión
Una de las variantes del circuito TL431 es un comparador común. Se puede utilizar para construir algunos relés de umbral - por ejemplo, relés de nivel, relés de luz, etc. Sólo su fuente de tensión de referencia está incorporada y no es ajustable, por lo que la corriente y la caída de tensión a través del sensor están reguladas.
En cuanto caen 2,5 V en el sensor, el transistor de salida del chip se abre, la corriente fluye por el LED y éste se enciende. En lugar del LED, se puede utilizar un relé de bajo consumo o un interruptor de transistor para conmutar la carga. La resistencia R1 puede utilizarse para ajustar el nivel de respuesta del comparador. R2 sirve de lastre y limita la corriente que pasa por el LED.
Pero esta inclusión no permite utilizar el TL431 en todo su potencial: el comparador puede construirse en cualquier otro chip más adecuado para este tipo de relés. Este mismo conjunto está diseñado para un propósito diferente.
El esquema más sencillo es conmutar el TL431 en modo estabilizador paralelo - una fuente de tensión de referencia de 2,5V. Todo lo que se necesita es un lastre resistenciaque limitará la corriente a través del transistor de salida.
¡Importante! A diferencia del circuito clásico del regulador, no se debe colocar un condensador en paralelo a la salida. Esto puede causar oscilaciones parásitas. En general no es necesario, ya que los diseñadores han tomado medidas para reducir el ruido en la salida. Pero por ello no puede utilizarse como base para un generador de ruido como un estabilitrón convencional.
La capacidad del chip se aprovecha mejor en un circuito de retroalimentación formado por las resistencias R1 y R2.
Cuando se aplica la potencia, la tensión de salida sube y se estabiliza durante unos pocos microsegundos (la velocidad de giro no está estandarizada). Ustab viene dado por por el divisory puede calcularse según la fórmula Ustab=2,495*(1+R2/R1). A la hora de calcular, hay que tener en cuenta que la resistencia interna aumenta en (1+R2/R1) veces con esta conexión.
Es posible aumentar la capacidad de carga del regulador de forma clásica incorporando un transistor bipolar.
¡Importante! El transistor debe incluirse en el circuito de retroalimentación.
Esta inclusión transforma el circuito en un regulador paralelo, que requiere que la tensión de entrada supere a la de salida. Su eficacia no puede superar la relación Uin/Uin. Esto degrada el rendimiento del regulador, por lo que es mejor utilizar un transistor de efecto de campo, que tiene una menor caída de tensión.
En este caso, la eficiencia es mayor debido a la menor diferencia requerida entre la tensión de entrada y la de salida, pero se necesita una fuente de alimentación adicional para la puerta del transistor: su tensión debe ser mayor que Uin/out.
Se puede construir un regulador de corriente en el TL431.
La corriente de colector será Istab=Vref/R1.
Si el mismo circuito se conmuta como bipolar, se crea un limitador de corriente.
La corriente estará limitada a Io=Vref/R1+Ika. La resistencia de balasto debe estar dimensionada según las condiciones Rb=Uin (Io/hfe+Ika), donde hfe es la ganancia del transistor. Esto se puede medir con un multímetro que tenga esta función.
Los radioaficionados también utilizan microcircuitos en conmutaciones no estándar. El TL431 es propenso a la autoexcitación, lo cual es una desventaja. Pero permite utilizarlo como un oscilador controlado por tensión. Para ello se instala un condensador en la salida.
Cuáles son los análogos
El CI es muy popular en el mundo de la electrónica profesional y de los aficionados. Por lo tanto, es producido por muchos fabricantes. Las empresas mundialmente conocidas Texas Instruments (como desarrolladora), Motorola, Fairchild Semiconductor y otras producen el chip con el nombre original. El TL430, con una Vref=2,75V y una vez y media la corriente máxima de funcionamiento, no puede faltar. Pero este chip tuvo menos demanda y no sobrevivió hasta la era del montaje SMD.
Otros fabricantes producen reguladores de tensión con otros índices de letras, pero necesariamente con los números 431 en sus nombres (de lo contrario, el consumidor simplemente no prestará atención a un chip desconocido). Los siguientes están presentes en el mercado:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N
y otros circuitos integrados con funciones similares. Pero los productos de fabricantes oscuros y desconocidos no garantizan que se ajusten a los parámetros.
Existe un análogo ruso KR142EN19A producido en el paquete KT-26 (similar al transistor de baja potencia). Es completamente análogo al chip original, pero algunas características son ligeramente diferentes. Por ejemplo, su resistencia interna está normalizada a <0,5 Ohm.
También cabe destacar el controlador PWM SG6105. Contiene dos estabilizadores internos, absolutamente idénticos a los del TL431. Tienen pines separados y pueden utilizarse como fuentes de tensión de referencia.
Cómo probar el chip TL431
El microcircuito tiene una estructura interna bastante complicada, por lo que no es posible probarlo con un solo comprobador. En cualquier caso, tendrás que montar algún tipo de circuito. Si hay una fuente de alimentación ajustable, necesitarás tres resistencias y un LED.
La tensión de la fuente de alimentación no debe ser superior a 36V. R1 debe elegirse de forma que, a la máxima tensión, la corriente que pase por el LED no supere los 10-15mA. La relación entre R1 y R3 debe ser tal que a la máxima tensión de la fuente, más de 2,5V o mejor, más de 3V caigan sobre R3. Cuando la tensión de salida sube de 0V hasta alcanzar el umbral en R3 el LED parpadeará, lo que significa que el chip está defectuoso. No hace falta que pongas el LED, sino que simplemente midas la tensión en el cátodo: debería cambiar drásticamente.
Si no hay una fuente regulada, sino una fuente de alimentación de tensión constante, habrá que utilizar un potenciómetro en lugar de R3. El LED debe encenderse y apagarse al girar el deslizador en ambas direcciones.
El mercado de componentes electrónicos ofrece una gama muy amplia de reguladores de tensión integrados. Pero el abanico de aplicaciones también es muy amplio, por lo que muchos tipos de CI tienen su hueco en el mercado. Incluye el TL431.
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