Podczas projektowania układów elektronicznych często potrzebny jest regulator napięcia o niskim poborze mocy lub źródło napięcia odniesienia. Pewna liczba stałych napięć jest pokrywana przez nieregulowane zintegrowane regulatory napięcia. Te regulowane są zbudowane w oparciu o Układ scalony LM317ma jednak pewne wady i często nadmierną funkcjonalność. W wielu przypadkach układ TL431 rozwiązuje ten problem, zapewniając stabilne źródło napięcia o niskim poborze mocy, które może być regulowane w zakresie od 2,5 V do 36 V.
Spis treści
Co to jest układ scalony TL431?
Opracowany w latach 70. ubiegłego wieku mikroukład jest często nazywany "regulatorem regulowanym", a na schemacie jest on określany jako regulator z dwoma klasycznymi stykami - anodą i katodą. Istnieje także trzeci trop, którego cel zostanie omówiony później. Zespół mikroprzełączników wygląda następująco stabletron W ogóle nie wygląda jak mikroprzełącznik. Jest on dostępny jako zwykły mikroukład w kilku wariantach obudowy. Początkowo produkowane były tylko wersje z otworami, ale wraz z rozwojem technologii SMD układ TL431 był również pakowany w obudowy do montażu powierzchniowego, w tym popularne SOT z różną liczbą pinów. Minimalna liczba styków wymagana do działania to 3. Niektóre pakiety mają więcej styków. Nadmiarowe styki albo nie są nigdzie podłączone, albo są podwojone.
Główne cechy urządzenia TL431
Podstawowe cechy, których znajomość wystarczy do wykonania ponad 90 procent zadań pojawiających się przy projektowaniu układów elektronicznych:
- granice napięcia wyjściowego wynoszą 2,5...36 V (można to uznać za minus, ponieważ nowoczesne regulatory mają dolną granicę 1,5 V);
- Maksymalny prąd wynosi 100 mA (to niewiele, porównywalnie z przeciętnym regulatorem mocy, więc nie należy przeciążać mikroukładu, nie ma on zabezpieczenia);
- Rezystancja wewnętrzna (impedancja ekwiwalentu dwubiegunowego) wynosi około 0,22 oma;
- rezystancja dynamiczna - 0,2...0,5 Ohm;
- Uref=2,495 V, dokładność - w zależności od serii, od ±0,5% do ±2%;
- Zakres temperatur pracy dla TL431C wynosi 0...+70°C, dla TL431A - minus 40...+85°C.
Inne charakterystyki, w tym krzywe zależności od temperatury, można znaleźć w karcie katalogowej. Jednak w większości przypadków nie będą one potrzebne.
Przypisanie pinów i obsługa
Gdy przyjrzymy się wewnętrznej strukturze układu scalonego, okaże się, że porównania z diodami Zenera są względne.
Układ TL431 najbardziej przypomina komparator. Do wyjścia inwersyjnego jest przyłożone napięcie odniesienia Vref o wartości 2,5 V. Napięcie to jest stabilizowane, więc napięcie wyjściowe również będzie stabilne. Wyjście nieodwracające jest wyprowadzane na zewnątrz. Jeśli przyłożone napięcie jest mniejsze od napięcia odniesienia, wyjście komparatora wyjście komparatora zeroTranzystor jest zamknięty i nie płynie przez niego prąd. Jeśli napięcie na wejściu bezpośrednim przekroczy 2,5 V, wyjście wzmacniacza różnicowego stanie się dodatnie, tranzystor otworzy się i zacznie płynąć przez niego prąd. Prąd ten jest ograniczany przez zewnętrzny opornik. Zachowanie to jest podobne do lawinowego rozpadu stabilizatora po przyłożeniu do niego napięcia wstecznego. Dioda jest przeznaczona do ochrony przed prądem wstecznym w mikroobwodzie.
Ważne! Wyjście napięcia referencyjnego nie może pozostać nigdzie niepodłączone i wymaga prądu o natężeniu co najmniej 4 µA.
W rzeczywistości ten obwód jest również warunkowy - nadaje się tylko do wyjaśnienia sposobu działania. W rzeczywistości jest ona realizowana zgodnie z innymi zasadami. Na przykład, nie jest możliwe zlokalizowanie w obwodzie punktu o napięciu odniesienia 2,5 V.
Przykłady schematów połączeń
Jednym z wariantów układu TL431 jest zwykły komparator. Można go użyć do zbudowania niektórych przekaźników progowych - np. przekaźników poziomu, przekaźników światła itp. Tylko źródło napięcia odniesienia jest wbudowane i nie jest regulowane, więc prąd i spadek napięcia przez czujnik są regulowane.
Gdy tylko na czujniku spadnie napięcie 2,5 V, tranzystor wyjściowy układu otwiera się, prąd przepływa przez diodę LED i dioda się zapala. Zamiast diody LED do przełączania obciążenia można użyć przekaźnika małej mocy lub przełącznika tranzystorowego. Rezystor R1 może służyć do regulacji poziomu reakcji komparatora. R2 służy jako statecznik i ogranicza natężenie prądu przepływającego przez diodę LED.
Jednak takie rozwiązanie nie pozwala w pełni wykorzystać potencjału układu TL431 - komparator można zbudować na innym układzie scalonym, bardziej odpowiednim dla tego typu przekaźników. Ten sam zespół jest przeznaczony do innych celów.
Najprostszy schemat polega na przełączeniu układu TL431 w tryb stabilizatora równoległego - źródła napięcia odniesienia 2,5 V. Potrzebny jest tylko balast. rezystorco spowoduje ograniczenie prądu płynącego przez tranzystor wyjściowy.
Ważne! W przeciwieństwie do klasycznego obwodu AVR, nie należy umieszczać kondensatora równolegle do wyjścia. Może to powodować pasożytnicze oscylacje. Na ogół nie jest on potrzebny, ponieważ konstruktorzy podjęli działania mające na celu zmniejszenie szumów na wyjściu. Z tego powodu nie można go jednak wykorzystać jako podstawy do budowy generatora szumu, takiego jak konwencjonalny stabilitron.
Możliwości układu są pełniej wykorzystywane w obwodzie sprzężenia zwrotnego utworzonego przez rezystory R1 i R2.
Po włączeniu zasilania napięcie wyjściowe wzrasta i stabilizuje się na kilka mikrosekund (szybkość narastania nie jest znormalizowana). Ustab jest określony wzorem przez rozdzielaczi można ją obliczyć według wzoru Ustab=2,495*(1+R2/R1). Podczas obliczeń należy pamiętać, że opór wewnętrzny wzrasta przy tym połączeniu (1+R2/R1) razy.
Istnieje możliwość zwiększenia obciążalności AVR w klasyczny sposób, przez dołączenie dodatkowego tranzystor bipolarny.
Ważne! Tranzystor musi być włączony w obwód pętli sprzężenia zwrotnego.
To włączenie przekształca obwód w regulator równoległy, wymagający, aby napięcie wejściowe przewyższało napięcie wyjściowe. Jego sprawność nie może przekraczać współczynnika Uin/Uin. Pogarsza to wydajność AVR, dlatego lepiej jest użyć tranzystora polowego, który ma mniejszy spadek napięcia.
W tym przypadku sprawność jest wyższa ze względu na mniejszą wymaganą różnicę między napięciem wejściowym i wyjściowym, ale potrzebne jest dodatkowe zasilanie bramki tranzystora - jej napięcie musi być wyższe niż Uin/out.
Na układzie TL431 można zbudować regulator prądu.
Prąd kolektora będzie wynosił Istab=Vref/R1.
Jeśli ten sam obwód jest przełączany jako bipolarny, powstaje ogranicznik prądu.
Prąd będzie ograniczony do wartości Io=Vref/R1+Ika. Wartość znamionową rezystora statecznika należy dobrać zgodnie z zależnością Rb=Uin (Io/hfe+Ika), gdzie hfe jest wzmocnieniem tranzystora. Można to zmierzyć za pomocą multimetru wyposażonego w tę funkcję.
Również radioamatorzy używają mikroukładów w niestandardowych przełączeniach. Układ TL431 jest podatny na samowzbudzenia, co jest jego wadą. Umożliwia to jednak wykorzystanie go jako oscylatora sterowanego napięciem. W tym celu na wyjściu instaluje się kondensator.
Jakie są analogi
Ten układ scalony jest bardzo popularny w świecie elektroników i hobbystów. Dlatego jest produkowany przez wielu producentów. Znane na całym świecie firmy Texas Instruments (jako twórca), Motorola, Fairchild Semiconductor i inne produkują układy scalone pod oryginalną nazwą. Nie można pominąć układu TL430 o napięciu Vref=2,75 V i półtora raza większym maksymalnym prądzie roboczym. Jednak popyt na ten układ był mniejszy i nie przetrwał do ery montażu SMD.
Inni producenci produkują regulatory napięcia z innymi indeksami literowymi, ale koniecznie z cyframi 431 w nazwie (w przeciwnym razie konsument po prostu nie zwróci uwagi na nieznany układ scalony). Na rynku obecne są następujące produkty:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N
oraz inne układy scalone o podobnej funkcjonalności. Nie ma jednak gwarancji, że produkty pochodzące od nieznanych i mało znanych producentów będą spełniać określone parametry.
Istnieje rosyjski odpowiednik KR142EN19A produkowany w opakowaniu KT-26 (podobny do tranzystora małej mocy). Jest on całkowicie analogiczny do oryginalnego układu scalonego, ale niektóre jego cechy są nieco inne. Na przykład, jego rezystancja wewnętrzna jest znormalizowana do <0,5 Ohm.
Na uwagę zasługuje również sterownik PWM SG6105. Zawiera on dwa wewnętrzne stabilizatory, całkowicie identyczne jak TL431. Mają one oddzielne styki i mogą być używane jako źródła napięcia odniesienia.
Jak sprawdzić układ scalony TL431
Mikroukład ma dość skomplikowaną strukturę wewnętrzną, dlatego nie jest możliwe przetestowanie go za pomocą jednego testera. W każdym przypadku trzeba będzie zmontować jakiś obwód. Jeśli zasilacz jest regulowany, potrzebne będą trzy rezystory i dioda LED.
Napięcie zasilacza nie może być wyższe niż 36 V. R1 powinien być tak dobrany, aby przy maksymalnym napięciu prąd płynący przez diodę LED nie przekraczał 10-15 mA. Stosunek R1 do R3 powinien być taki, aby przy maksymalnym napięciu źródła, ponad 2,5 V lub lepiej, ponad 3 V padało na R3. Gdy napięcie wyjściowe wzrośnie od 0 V do osiągnięcia progu na R3, dioda LED zacznie migać, co oznacza, że układ jest uszkodzony. Nie trzeba ustawiać diody LED, lecz po prostu zmierzyć napięcie na katodzie - powinno się ono gwałtownie zmienić.
Jeśli nie ma źródła regulowanego, lecz zasilacz o stałym napięciu, zamiast R3 trzeba będzie użyć potencjometru. Dioda LED powinna się włączać i wyłączać podczas obracania suwaka w obu kierunkach.
Rynek podzespołów elektronicznych oferuje bardzo szeroki wybór zintegrowanych regulatorów napięcia. Jednak zakres zastosowań jest również bardzo szeroki, dlatego wiele typów układów scalonych ma swoją niszę na rynku. TL431 w zestawie.
Powiązane artykuły:
