Bij het ontwerpen van elektronische schakelingen hebt u vaak een spanningsregelaar met een laag vermogen of een referentiespanningsbron nodig. Een aantal vaste spanningen wordt gedekt door ongeregelde geïntegreerde spanningsregelaars. De gereguleerde zijn gebouwd op LM317 chipmaar het heeft bepaalde inherente nadelen en vaak buitensporige functionaliteit. In veel gevallen lost de TL431-chip het probleem op door te voorzien in een energiezuinige, stabiele spanningsbron die kan worden geregeld van 2,5V tot 36V.
Inhoud
Wat is een TL431 chip?
Deze microschakeling, die in de jaren 1970 werd ontwikkeld, wordt vaak een "gereguleerde regulator" genoemd, en wordt in het schema aangeduid als een regulator met twee klassieke pennen - anode en kathode. Er is ook een derde leiding, waarvan het doel later wordt besproken. De microschakelaars zien er zo uit stabletron Het lijkt helemaal niet op een microcoupler. Het is verkrijgbaar als een gewone microschakeling, in verschillende behuizingsvarianten. Aanvankelijk werden alleen true hole varianten geproduceerd, maar met de ontwikkeling van SMD technologie werd de TL431 ook verpakt in surface mount behuizingen, waaronder de populaire SOT met verschillende aantallen pinnen. Het minimumaantal pinnen dat nodig is voor de werking is 3. Sommige pakketten hebben meer pinnen. Overbodige pinnen zijn ofwel nergens op aangesloten of zijn dubbel uitgevoerd.
Belangrijkste kenmerken van de TL431
De belangrijkste kenmerken, die bekend zijn is voldoende om 90+ procent van de taken uit te voeren die zich voordoen bij het ontwerpen van elektronische schakelingen:
- Uitgangsspanningslimieten - 2,5...36V (dit kan als een min worden beschouwd, aangezien moderne regelaars een ondergrens van 1,5V hebben);
- De maximale stroom is 100mA (dat is niet veel, vergelijkbaar met een gemiddelde spanningsregelaar, dus overbelast de microschakeling niet, hij heeft geen beveiliging);
- De inwendige weerstand (impedantie van de equivalente bipolaire) is ongeveer 0,22 ohm;
- dynamische weerstand - 0,2...0,5 Ohm;
- Uref=2,495 V, nauwkeurigheid - afhankelijk van de serie, van ±0,5% tot ±2%;
- Het bedrijfstemperatuurbereik voor TL431C is 0...+70°C, voor TL431A - min 40...+85°C.
Andere kenmerken, waaronder temperatuurafhankelijkheidscurven, zijn te vinden in het gegevensblad. In de meeste gevallen zal dit echter niet nodig zijn.
Pinbezetting en werking
Als je naar de interne structuur van het IC kijkt, is het duidelijk dat vergelijkingen met een Zener-diode relatief zijn.
De TL431 lijkt het meest op een comparator. Een referentiespanning Vref van 2,5V wordt toegepast op de inverterende uitgang. Deze spanning wordt gestabiliseerd, zodat de uitgang ook stabiel zal zijn. De niet-inverterende uitgang wordt naar buiten gebracht. Als de aangelegde spanning lager is dan de referentiespanning, wordt de uitgang van de comparator comparatoruitgang nulDe transistor is gesloten en er vloeit geen stroom. Als de spanning op de directe ingang hoger wordt dan 2,5 V, wordt de uitgang van de verschilversterker positief, de transistor gaat open en er begint stroom door te lopen. Deze stroom wordt begrensd door een externe weerstand. Dit gedrag is vergelijkbaar met de lawine-uitval van een stabilisator wanneer er een sperspanning op wordt gezet. De diode is ontworpen als bescherming tegen omgekeerde stroom op de microschakeling.
Belangrijk! De uitgang van de referentiespanning mag nergens onaangesloten blijven en vereist een stroom van ten minste 4 µA.
In feite is deze schakeling ook een beetje voorwaardelijk - zij is alleen nuttig om uit te leggen hoe een en ander werkt. Bij de feitelijke uitvoering worden andere beginselen gevolgd. Het is bijvoorbeeld niet mogelijk een punt met een referentiespanning van 2,5 V binnen de schakeling te lokaliseren.
Voorbeelden van aansluitschema's
Een van de TL431 circuit varianten is een gewone comparator. Het kan worden gebruikt om een aantal drempelrelais te bouwen - b.v. niveau-relais, lichtrelais, enz. Alleen de referentiespanningsbron is ingebouwd en is niet instelbaar, zodat de stroom en de spanningsval door de sensor worden geregeld.
Zodra er 2,5 V op de sensor valt, gaat de uitgangstransistor van de chip open, loopt er stroom door de LED en gaat deze branden. In plaats van de LED kan een relais met laag vermogen of een transistorschakelaar worden gebruikt om de belasting te schakelen. Weerstand R1 kan worden gebruikt om het responsniveau van de comparator aan te passen. R2 dient als voorschakelapparaat en beperkt de stroom door de LED.
Maar een dergelijke opname laat niet toe het volledige potentieel van de TL431 te gebruiken - de comparator kan worden gebouwd op een andere chip die meer geschikt is voor dergelijke relais. Deze zelfde assemblage is ontworpen voor een ander doel.
Het eenvoudigste schema is om de TL431 in parallelle stabilisatormodus te schakelen - een 2,5V referentiespanningsbron. Alles wat nodig is, is een ballast weerstanddie de stroom door de uitgangstransistor zal beperken.
Belangrijk! In tegenstelling tot de klassieke AVR-schakeling moet een condensator niet parallel aan de uitgang worden geplaatst. Dit kan parasitaire oscillaties veroorzaken. In het algemeen is dit niet nodig, omdat de ontwerpers maatregelen hebben genomen om de ruis aan de uitgang te verminderen. Maar daardoor kan hij niet worden gebruikt als basis voor een ruisgenerator zoals een conventionele stabilitron.
Het vermogen van de chip wordt beter benut in een terugkoppelingscircuit dat wordt gevormd door de weerstanden R1 en R2.
Wanneer de stroom wordt aangelegd, stijgt de uitgangsspanning en stabiliseert zich gedurende enkele microseconden (de zwenksnelheid is niet gestandaardiseerd). Ustab wordt gegeven door door de verdeleren kan worden berekend aan de hand van de formule Ustab=2,495*(1+R2/R1). Bij de berekening moet men bedenken dat de inwendige weerstand met (1+R2/R1) maal toeneemt bij deze aansluiting.
Het is mogelijk om de belastbaarheid van de AVR op de klassieke manier te verhogen door een extra bipolaire transistor.
Belangrijk! De transistor moet worden opgenomen in de terugkoppelingskring.
Deze toevoeging verandert de schakeling in een parallelle regelaar, waarbij de ingangsspanning hoger moet zijn dan de uitgangsspanning. De efficiëntie mag de Uin/Uin-verhouding niet overschrijden. Dit vermindert de prestaties van de AVR, zodat het beter is een veldeffecttransistor te gebruiken, die een lagere spanningsval heeft.
Hier is het rendement hoger door een kleiner vereist verschil tussen ingangs- en uitgangsspanning, maar is een extra voeding voor de transistorpoort nodig - de spanning daarvan moet hoger zijn dan Uin/out.
Een stroomregelaar kan op de TL431 worden gebouwd.
De collectorstroom zal Istab=Vref/R1 zijn.
Als dezelfde schakeling als een bipolaire wordt geschakeld, ontstaat een stroombegrenzer.
De stroom zal worden begrensd bij Io=Vref/R1+Ika. De voorschakelweerstand moet een nominale waarde hebben die voldoet aan de voorwaarden Rb=Uin (Io/hfe+Ika), waarbij hfe de versterking van de transistor is. Dit kan worden gemeten met een multimeter die deze functie heeft.
Radioamateurs gebruiken ook microschakelingen in niet-standaard schakelingen. De TL431 is gevoelig voor zelfexcitatie, wat een nadeel is. Maar het maakt het mogelijk om het te gebruiken als een voltage gecontroleerde oscillator. Daartoe wordt aan de uitgang een condensator geïnstalleerd.
Wat zijn de analogen
Het IC is zeer populair in de professionele en hobbyistische wereld van de elektronica. Daarom wordt het door vele fabrikanten geproduceerd. De wereldberoemde bedrijven Texas Instruments (als ontwikkelaar), Motorola, Fairchild Semiconductor en anderen produceren de chip onder de oorspronkelijke naam. De TL430, met een Vref=2.75V en anderhalve maal de maximale bedrijfsstroom, is niet te missen. Maar naar deze chip was minder vraag en hij overleefde niet tot het tijdperk van de SMD-assemblage.
Andere fabrikanten produceren spanningsregelaars met andere letterindices, maar noodzakelijkerwijs met de cijfers 431 in hun naam (anders zal de consument eenvoudigweg geen aandacht besteden aan een onbekende chip). De volgende zijn op de markt aanwezig:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N
en andere IC's met soortgelijke functionaliteit. Maar producten van obscure en onbekende fabrikanten voldoen niet gegarandeerd aan de parameters.
Er is een Russische analoge KR142EN19A in KT-26-verpakking (vergelijkbaar met een transistor met laag vermogen). Hij is volledig analoog aan de originele chip, maar sommige kenmerken zijn lichtjes verschillend. De inwendige weerstand is bijvoorbeeld genormaliseerd op <0,5 Ohm.
De SG6105 PWM-controller is ook opmerkelijk. Hij bevat twee interne stabilisatoren, absoluut identiek aan de TL431. Zij hebben afzonderlijke pennen en kunnen worden gebruikt als referentiespanningsbronnen.
Hoe de TL431 chip te testen
De microschakeling heeft een vrij ingewikkelde interne structuur, zodat het niet mogelijk is deze met een enkele tester te testen. In ieder geval moet je een soort circuit in elkaar zetten. Als er een regelbare voeding is, hebt u drie weerstanden en een LED nodig.
De spanning van de voeding mag niet hoger zijn dan 36V. R1 moet zo worden gekozen dat bij maximale spanning de stroom door de LED niet meer dan 10-15 mA bedraagt. De verhouding tussen R1 en R3 moet zodanig zijn dat bij maximale bronspanning, meer dan 2,5V of beter, meer dan 3V op R3 zal vallen. Wanneer de uitgangsspanning stijgt van 0V tot de drempel bij R3 wordt bereikt, gaat de LED knipperen, hetgeen betekent dat de chip defect is. U hoeft de LED niet in te stellen, maar meet gewoon de spanning aan de kathode - deze zou drastisch moeten veranderen.
Indien er geen gereguleerde bron is, maar een constante spanningsbron, zal een potentiometer moeten worden gebruikt in plaats van R3. De LED moet aan en uit gaan wanneer de schuifknop in beide richtingen wordt gedraaid.
De markt van elektronische componenten biedt een zeer breed scala van geïntegreerde spanningsregelaars. Maar het scala van toepassingen is ook zeer breed, zodat vele soorten IC's hun niche in de markt hebben. TL431 inbegrepen.
Verwante artikelen:
