Quando si progettano circuiti elettronici, si ha spesso bisogno di un regolatore di tensione a bassa potenza o di una fonte di tensione di riferimento. Un certo numero di tensioni fisse sono coperte da regolatori di tensione integrati non regolati. Quelli regolamentati sono costruiti su Chip LM317ma ha alcuni svantaggi intrinseci e una funzionalità spesso eccessiva. In molti casi, il chip TL431 risolve il problema fornendo una fonte di tensione stabile e a bassa potenza che può essere regolata da 2,5V a 36V.
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Cos'è un chip TL431?
Sviluppato negli anni '70, questo microcircuito è spesso chiamato "regolatore regolato", e nello schema è indicato come un regolatore con due pin classici - anodo e catodo. C'è anche una terza pista, il cui scopo è discusso più avanti. Il gruppo di microinterruttori si presenta come stabletron Non sembra affatto un microaccoppiatore. È disponibile come microcircuito ordinario, in diverse varianti di alloggiamento. Inizialmente furono prodotte solo varianti a foro vero, con lo sviluppo della tecnologia SMD il TL431 fu anche confezionato in involucri a montaggio superficiale, tra cui il popolare SOT con vari numeri di pin. Il numero minimo di pin richiesto per il funzionamento è 3. Alcuni pacchetti hanno più pin. I pin ridondanti non sono collegati da nessuna parte o sono raddoppiati.
Caratteristiche principali del TL431
Le caratteristiche principali, conoscere le quali è sufficiente per eseguire il 90+ per cento dei compiti che sorgono nella progettazione di circuiti elettronici:
- I limiti di tensione d'uscita sono 2,5...36V (questo può essere considerato un meno, dato che i regolatori moderni hanno un limite inferiore di 1,5V);
- La corrente massima è di 100mA (non è molto, paragonabile a un regolatore di potenza medio, quindi non sovraccaricate il microcircuito, non ha protezione);
- La resistenza interna (impedenza del bipolare equivalente) è di circa 0,22 ohm;
- resistenza dinamica - 0,2...0,5 Ohm;
- Uref=2,495 V, precisione - a seconda della serie, da ±0,5% a ±2%;
- Il campo di temperatura di funzionamento per il TL431C è 0...+70°C, per il TL431A - meno 40...+85°C.
Altre caratteristiche, incluse le curve di dipendenza dalla temperatura, possono essere trovate nel datasheet. Tuttavia, nella maggior parte dei casi non ne avrete bisogno.
Assegnazione e funzionamento dei pin
Guardando la struttura interna dell'IC è chiaro che i paragoni con un diodo Zener sono relativi.
Il TL431 assomiglia molto a un comparatore. Una tensione di riferimento Vref di 2.5V è applicata all'uscita invertente. Questa tensione è stabilizzata, quindi anche l'uscita sarà stabile. L'uscita non invertente viene portata all'esterno. Se la tensione applicata è inferiore alla tensione di riferimento, l'uscita del comparatore uscita del comparatore zeroIl transistor è chiuso e non scorre corrente. Se la tensione all'ingresso diretto supera i 2,5 V, l'uscita dell'amplificatore differenziale diventa positiva, il transistor si apre e la corrente inizia a fluire attraverso di esso. Questa corrente è limitata da una resistenza esterna. Questo comportamento è simile alla rottura a valanga di uno stabilizzatore quando gli viene applicata una tensione inversa. Il diodo è progettato come protezione contro la corrente inversa sul microcircuito.
Importante! L'uscita della tensione di riferimento non deve essere lasciata scollegata da nessuna parte e richiede una corrente di almeno 4 µA.
In effetti, anche questo circuito è un po' condizionato - è utile solo per spiegare come funzionano le cose. L'implementazione effettiva segue principi diversi. Per esempio, non è possibile localizzare un punto con una tensione di riferimento di 2,5 V all'interno del circuito.
Esempi di schemi di connessione
Una delle varianti del circuito TL431 è un comune comparatore. Può essere usato per costruire alcuni relè di soglia - per esempio relè di livello, relè di luce, ecc. Solo la sua fonte di tensione di riferimento è integrata e non è regolabile, quindi la corrente e la caduta di tensione attraverso il sensore sono regolate.
Non appena 2,5 V scendono sul sensore, il transistor di uscita del chip si apre, la corrente scorre nel LED e questo si accende. Al posto del LED, si può usare un relè a bassa potenza o un interruttore a transistor per commutare il carico. Il resistore R1 può essere usato per regolare il livello di risposta del comparatore. R2 serve da zavorra e limita la corrente attraverso il LED.
Ma una tale inclusione non permette di utilizzare il TL431 al suo pieno potenziale - il comparatore può essere costruito su qualsiasi altro chip più adatto a tali relè. Questo stesso gruppo è progettato per uno scopo diverso.
Lo schema più semplice è quello di commutare il TL431 in modalità stabilizzatore parallelo - una fonte di tensione di riferimento di 2.5V. Tutto ciò che serve è una zavorra resistenzache limiterà la corrente attraverso il transistor di uscita.
Importante! Contrariamente al circuito classico del regolatore, un condensatore non deve essere messo in parallelo all'uscita. Questo può causare oscillazioni parassite. In generale non è necessario, poiché i progettisti hanno preso misure per ridurre il rumore in uscita. Ma a causa di questo non può essere usato come base per un generatore di rumore come uno stabilitron convenzionale.
La capacità del chip è più pienamente sfruttata in un circuito di feedback formato dalle resistenze R1 e R2.
Quando si applica l'alimentazione, la tensione di uscita sale e si stabilizza per alcuni microsecondi (lo slew rate non è standardizzato). Ustab è dato da dal divisoree può essere calcolato secondo la formula Ustab=2,495*(1+R2/R1). Durante il calcolo, bisogna tenere presente che la resistenza interna aumenta di (1+R2/R1) volte con questo collegamento.
È possibile aumentare la capacità di carico del regolatore nel modo classico, incorporando un ulteriore transistor bipolare.
Importante! Il transistor deve essere incluso nel circuito di feedback loop.
Questa inclusione trasforma il circuito in un regolatore parallelo, richiedendo che la tensione di ingresso superi la tensione di uscita. La sua efficienza non può superare il rapporto Uin/Uin. Questo degrada le prestazioni del regolatore, quindi è meglio usare un transistor a effetto di campo, che ha una caduta di tensione inferiore.
Qui l'efficienza è più alta grazie alla minore differenza richiesta tra la tensione di ingresso e di uscita, ma è necessaria un'ulteriore alimentazione per il gate del transistor - la sua tensione deve essere superiore a Uin/out.
Un regolatore di corrente può essere costruito sul TL431.
La corrente di collettore sarà Istab=Vref/R1.
Se lo stesso circuito viene commutato come bipolare, si crea un limitatore di corrente.
La corrente sarà limitata a Io=Vref/R1+Ika. Il valore della resistenza di zavorra deve essere scelto in base a Rb=Uin (Io/hfe+Ika), dove hfe è il guadagno del transistor. Questo può essere misurato con un multimetro che ha questa funzione.
I radioamatori usano i microcircuiti anche in commutazioni non standard. Il TL431 è incline all'autoeccitazione, il che è uno svantaggio. Ma permette di usarlo come un oscillatore controllato in tensione. A questo scopo un condensatore è installato all'uscita.
Quali sono gli analoghi
L'IC è molto popolare nel mondo professionale e hobbistico dell'elettronica. Perciò è prodotto da molti produttori. Le ditte di fama mondiale Texas Instruments (come sviluppatore), Motorola, Fairchild Semiconductor e altre producono il chip con il nome originale. Il TL430, con una Vref=2,75V e una volta e mezzo la corrente massima di funzionamento, non è da perdere. Ma questo chip era meno richiesto e non è sopravvissuto fino all'era dell'assemblaggio SMD.
Altri produttori producono regolatori di tensione con altri indici di lettere, ma necessariamente con i numeri 431 nei loro nomi (altrimenti il consumatore semplicemente non presterà attenzione a un chip sconosciuto). Sono presenti sul mercato:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N
e altri circuiti integrati con funzionalità simili. Ma i prodotti di produttori oscuri e sconosciuti non sono garantiti per soddisfare i parametri.
C'è un analogo russo KR142EN19A prodotto nel pacchetto KT-26 (simile al transistor di bassa potenza). È completamente analogo al chip originale, ma alcune caratteristiche sono leggermente diverse. Per esempio, la sua resistenza interna è normalizzata a <0,5 Ohm.
Anche il controller PWM SG6105 è degno di nota. Contiene due stabilizzatori interni, assolutamente identici al TL431. Hanno pin separati e possono essere utilizzati come fonti di tensione di riferimento.
Come testare il chip TL431
Il microcircuito ha una struttura interna piuttosto complicata, quindi non è possibile testarlo con un solo tester. In ogni caso dovrete assemblare un qualche tipo di circuito. Se c'è un'alimentazione regolabile avrete bisogno di tre resistenze e un LED.
La tensione dell'alimentazione non deve superare i 36V. R1 dovrebbe essere scelto in modo che alla massima tensione la corrente attraverso il LED non superi i 10-15mA. Il rapporto tra R1 e R3 dovrebbe essere tale che alla massima tensione della sorgente, più di 2.5V o meglio, più di 3V cadranno su R3. Quando la tensione di uscita sale da 0V fino al raggiungimento della soglia in R3, il LED lampeggia, il che significa che il chip è difettoso. Non è necessario impostare il LED, ma semplicemente misurare la tensione al catodo - dovrebbe cambiare drasticamente.
Se non c'è una fonte regolata, ma un'alimentazione a tensione costante, si dovrà usare un potenziometro al posto di R3. Il LED dovrebbe accendersi e spegnersi quando il cursore viene ruotato in entrambe le direzioni.
Il mercato dei componenti elettronici offre una gamma molto ampia di regolatori di tensione integrati. Ma la gamma di applicazioni è anche molto ampia, quindi molti tipi di circuiti integrati hanno la loro nicchia sul mercato. TL431 incluso.
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