Ao projectar circuitos electrónicos, é frequentemente necessário um regulador de baixa tensão de potência ou uma fonte de tensão de referência. Uma série de tensões fixas são cobertas por reguladores de tensão integrados não regulados. As regulamentadas são construídas sobre Chip LM317mas tem certas desvantagens inerentes e muitas vezes uma funcionalidade excessiva. Em muitos casos, o chip TL431 resolve o problema fornecendo uma fonte de tensão estável e de baixa potência que pode ser regulada de 2,5V a 36V.
Conteúdos
O que é um chip TL431?
Desenvolvido nos anos 70, este microcircuito é frequentemente referido como um "regulador regulado", e no esquema é referido como um regulador com dois pinos clássicos - ânodo e cátodo. Há também uma terceira pista, cujo objectivo é discutido mais tarde. O conjunto de micro-interrupção assemelha-se a stabletron Não se parece nada com um microacoplador. Está disponível como um microcircuito normal, em várias variantes de caixa. Inicialmente só foram produzidas variantes de furos verdadeiros, com o desenvolvimento da tecnologia SMD o TL431 foi também embalado em caixas de montagem de superfície, incluindo o popular SOT com vários números de pinos. O número mínimo de pinos necessários para o funcionamento é de 3. Algumas embalagens têm mais pinos. Os pinos redundantes ou não estão ligados em qualquer lugar ou são duplicados.
Principais características do TL431
As principais características, sabendo qual é suficiente para realizar mais de 90 por cento das tarefas que surgem na concepção de circuitos electrónicos:
- Os limites de tensão de saída são de 2,5...36V (isto pode ser considerado um menos, visto que os reguladores modernos têm um limite inferior de 1,5V);
- A corrente máxima é de 100mA (não é muito, comparável a um regulador de potência média, por isso não sobrecarregue o microcircuito, ele não tem protecção);
- A resistência interna (impedância do equivalente bipolar) é de cerca de 0,22 ohms;
- resistência dinâmica - 0,2...0,5 Ohm;
- Uref=2,495 V, precisão - dependendo da série, de ±0,5% a ±2%;
- A gama de temperaturas de funcionamento para TL431C é de 0...+70°C, para TL431A - menos 40...+85°C.
Outras características, incluindo as curvas de dependência da temperatura, podem ser encontradas na ficha de dados. No entanto, na maioria dos casos, não necessitará deles.
Atribuição e operação de pinos
Ao olhar para a estrutura interna do CI é evidente que as comparações com os díodos Zener são relativas.
O TL431 assemelha-se mais a um comparador. Uma tensão de referência Vref de 2,5V é aplicada à saída inversa. Esta voltagem é estabilizada para que a saída também seja estável. A produção não-invertida é trazida para o exterior. Se a tensão aplicada for inferior à tensão de referência, a saída do comparador saída do comparador zeroO transístor está fechado e não há fluxos de corrente. Se a tensão na entrada directa exceder 2,5 V, a saída do amplificador diferencial torna-se positiva, o transístor abre-se e a corrente começa a fluir através dele. Esta corrente é limitada por uma resistência externa. Este comportamento é semelhante à ruptura por avalanche de um estabilizador quando lhe é aplicada uma tensão inversa. O díodo é concebido como protecção contra corrente inversa no microcircuito.
Importante! A saída da tensão de referência não deve ser deixada desconectada em nenhum lugar e requer uma corrente de pelo menos 4 µA.
De facto, este circuito é também um pouco condicional - só é útil para explicar a forma como as coisas funcionam. A aplicação efectiva segue um princípio diferente. Por exemplo, não é possível localizar um ponto com uma tensão de referência de 2,5V dentro do circuito.
Exemplos de diagramas de ligação
Uma das variantes do circuito TL431 é um comparador comum. Pode ser utilizado para construir alguns relés de limiar - por exemplo, relés de nível, relés de luz, etc. Apenas a sua fonte de tensão de referência é incorporada e não é ajustável, pelo que a corrente e a queda de tensão através do sensor são reguladas.
Assim que 2,5 V cai sobre o sensor, o transistor de saída do chip abre, a corrente flui através do LED e acende-se. Em vez do LED, pode ser utilizado um relé de baixa potência ou um interruptor transistor para mudar a carga. Resistor R1 pode ser usado para ajustar o nível de resposta do comparador. R2 serve de lastro e limita a corrente através do LED.
Mas tal inclusão não permite que o TL431 seja utilizado em todo o seu potencial - o comparador pode ser construído em qualquer outro chip mais adequado para tais relés. Esta mesma montagem foi concebida para um fim diferente.
O esquema mais simples é mudar o TL431 em modo estabilizador paralelo - uma fonte de tensão de referência de 2,5V. Tudo o que é necessário é um lastro resistorque irá limitar a corrente através do transistor de saída.
Importante! Em contraste com o circuito AVR clássico, um condensador não deve ser ligado em paralelo com a saída. Isto pode causar oscilações parasitárias. Em geral não é necessário, uma vez que os designers tomaram medidas para reduzir o ruído à saída. Mas por isso não pode ser utilizado como base para um gerador de ruído como um estabilitron convencional.
A capacidade do chip é mais plenamente explorada num circuito de feedback formado por resistências R1 e R2.
Quando é aplicada energia, a tensão de saída sobe e estabiliza durante alguns microssegundos (a taxa de variação não é normalizada). Ustab é dado por pelo divisore pode ser calculado de acordo com a fórmula Ustab=2,495*(1+R2/R1). Ao calcular, deve ter-se em mente que a resistência interna aumenta em (1+R2/R1) vezes com esta ligação.
É possível aumentar a capacidade de carga do AVR da forma clássica, incorporando um transístor bipolar.
Importante! O transístor deve ser incluído no circuito de retorno.
Esta inclusão transforma o circuito num regulador paralelo, exigindo que a tensão de entrada exceda a tensão de saída. A sua eficiência não pode exceder a relação Uin/Uin. Isto degrada o desempenho do regulador, pelo que é melhor utilizar um transistor de efeito de campo, que tem uma queda de tensão mais baixa.
Aqui a eficiência é maior devido à menor diferença necessária entre a tensão de entrada e de saída, mas é necessária uma fonte de alimentação adicional para a porta de transístor - a sua tensão deve ser superior a Uin/out.
Um regulador actual pode ser construído sobre o TL431.
A corrente de colectores será Istab=Vref/R1.
Se o mesmo circuito for comutado como um bipolar, é criado um limitador de corrente.
A corrente será limitada em Io=Vref/R1+Ika. A resistência de lastro deve ser classificada de acordo com as condições Rb=Uin (Io/hfe+Ika), onde hfe é o ganho do transistor. Isto pode ser medido com um multímetro que tem esta função.
Os radioamadores utilizam microcircuitos também em comutadores não-padronizados. O TL431 é propenso à auto-excitação, o que constitui uma desvantagem. Mas torna possível a sua utilização como oscilador de tensão controlada. Para este efeito, é instalado um condensador na saída.
O que são os análogos
O chip é muito popular no mundo da electrónica profissional e hobbyista. Por conseguinte, é produzido por muitos fabricantes. As empresas mundialmente famosas Texas Instruments (como desenvolvedor), Motorola, Fairchild Semiconductor e outras produzem o chip com o nome original. O TL430, com um Vref=2,75V e uma vez e meia a corrente máxima de funcionamento, não deve ser perdido. Mas este chip era menos procurado e não sobreviveu até à era da montagem SMD.
Outros fabricantes produzem reguladores de voltagem com outros índices de letras, mas necessariamente com os números 431 nos seus nomes (caso contrário o consumidor simplesmente não prestará atenção a um chip desconhecido). Estão presentes no mercado os seguintes produtos:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N
e outros circuitos integrados com funcionalidade semelhante. Mas os produtos de fabricantes obscuros e desconhecidos não têm a garantia de corresponder aos parâmetros.
Existe um análogo russo KR142EN19A produzido no pacote KT-26 (semelhante ao transístor de baixa potência). É completamente análogo ao chip original, mas algumas características são ligeiramente diferentes. Por exemplo, a sua resistência interna é normalizada para <0,5 Ohm.
O controlador SG6105 PWM também é digno de nota. Contém dois estabilizadores internos, absolutamente idênticos ao TL431. Têm pinos separados e podem ser utilizados como fontes de tensão de referência.
Como testar o chip TL431
O microcircuito tem uma estrutura interna bastante complicada, pelo que não é possível testá-lo com um único testador. Em qualquer caso, terá de montar algum tipo de circuito. Se houver uma fonte de alimentação ajustável, necessitará de três resistências e um LED.
A voltagem da fonte de alimentação não deve ser superior a 36V. R1 deve ser escolhido de modo a que, na tensão máxima, a corrente através do LED não exceda 10-15mA. A razão de R1 para R3 deve ser tal que na tensão máxima da fonte, mais de 2,5V ou melhor, mais de 3V cai sobre R3. Quando a tensão de saída sobe de 0V até o limiar ser atingido em R3, o LED pisca, o que significa que o chip está defeituoso. Não é necessário definir o LED, mas simplesmente medir a voltagem no cátodo - deve mudar drasticamente.
Se não houver uma fonte regulada, mas uma fonte de alimentação de tensão constante, terá de ser utilizado um potenciómetro em vez do R3. O LED deve ligar e desligar quando o selector é rodado em ambas as direcções.
O mercado de componentes electrónicos oferece uma gama muito ampla de reguladores de tensão integrados. Mas a gama de aplicações é também muito ampla, pelo que muitos tipos de CI têm o seu nicho no mercado. TL431 incluído.
Artigos relacionados:
