Pri návrhu elektronických obvodov často potrebujete nízkoenergetický regulátor napätia alebo zdroj referenčného napätia. Množstvo pevných napätí pokrývajú neregulované integrované regulátory napätia. Regulované sú postavené na Čip LM317má však určité nevýhody a často nadmernú funkčnosť. Čip TL431 v mnohých prípadoch rieši tento problém tým, že poskytuje zdroj stabilného napätia s nízkou spotrebou, ktorý možno regulovať od 2,5 V do 36 V.
Obsah
Čo je čip TL431?
Tento mikroobvod, vyvinutý v 70. rokoch 20. storočia, sa často označuje ako "regulovaný regulátor" a v schéme sa uvádza ako regulátor s dvoma klasickými vývodmi - anódou a katódou. Existuje aj tretie vedenie, ktorého účel je opísaný neskôr. Zostava mikrospínačov vyzerá takto stabletron Vôbec to nevyzerá ako mikrospojka. Je k dispozícii ako bežný mikroobvod v niekoľkých variantoch puzdra. Spočiatku sa vyrábali len varianty s pravým otvorom, s rozvojom technológie SMD sa TL431 balil aj do puzdier na povrchovú montáž, vrátane populárneho SOT s rôznym počtom vývodov. Minimálny počet pinov potrebných na prevádzku je 3. Niektoré balíky majú viac pinov. Zbytočné piny nie sú buď nikde pripojené, alebo sú zdvojené.
Hlavné vlastnosti modelu TL431
Hlavné charakteristiky, ktorých znalosť stačí na vykonanie viac ako 90 percent úloh vznikajúcich pri návrhu elektronických obvodov:
- Limity výstupného napätia sú 2,5...36V (to možno považovať za mínus, pretože moderné regulátory majú spodný limit 1,5V);
- Maximálny prúd je 100 mA (nie je to veľa, porovnateľné s priemerným regulátorom napájania, takže nepreťažujte mikroobvod, nemá žiadnu ochranu);
- Vnútorný odpor (impedancia ekvivalentného dvojpólu) je približne 0,22 ohmov;
- dynamický odpor - 0,2...0,5 Ohm;
- Uref = 2,495 V, presnosť - v závislosti od série, od ±0,5 % do ±2 %;
- Rozsah pracovných teplôt pre TL431C je 0...+70 °C, pre TL431A - mínus 40...+85 °C.
Ďalšie charakteristiky vrátane kriviek teplotnej závislosti nájdete v technickom liste. Vo väčšine prípadov ich však nebudete potrebovať.
Priradenie pinov a prevádzka
Pri pohľade na vnútornú štruktúru integrovaného obvodu je jasné, že porovnanie so Zenerovými diódami je relatívne.
TL431 sa najviac podobá komparátoru. Na invertujúci výstup sa privádza referenčné napätie Vref 2,5 V. Toto napätie je stabilizované, takže aj výstup bude stabilný. Neinvertujúci výstup je vyvedený von. Ak je privedené napätie menšie ako referenčné napätie, výstup komparátora výstup komparátora nulaTranzistor je uzavretý a netečie ním žiadny prúd. Ak napätie na priamom vstupe prekročí 2,5 V, výstup diferenciálneho zosilňovača sa stane kladným, tranzistor sa otvorí a začne ním pretekať prúd. Tento prúd je obmedzený vonkajším odporom. Toto správanie je podobné lavínovému prierazu stabilizátora, keď sa naň privedie spätné napätie. Dióda je určená ako ochrana proti spätnému prúdu v mikroobvode.
Dôležité! Výstup referenčného napätia nesmie zostať nikde nezapojený a vyžaduje prúd aspoň 4 µA.
V skutočnosti je tento obvod tiež trochu podmienený - je užitočný len na vysvetlenie toho, ako veci fungujú. Skutočná implementácia sa riadi inými zásadami. Napríklad v rámci obvodu nie je možné lokalizovať bod s referenčným napätím 2,5 V.
Príklady diagramov pripojenia
Jedným z variantov obvodu TL431 je bežný komparátor. Možno ho použiť na zostavenie niektorých prahových relé - napr. relé hladiny, svetelných relé atď. Zabudovaný je len zdroj referenčného napätia, ktorý nie je nastaviteľný, takže prúd a úbytok napätia cez senzor sú regulované.
Hneď ako na snímači klesne napätie 2,5 V, výstupný tranzistor mikroobvodu sa otvorí, LED diódou začne tiecť prúd a rozsvieti sa. Namiesto LED diódy sa na spínanie záťaže môže použiť nízkoenergetické relé alebo tranzistorový spínač. Rezistor R1 možno použiť na nastavenie úrovne odozvy komparátora. R2 slúži ako predradník a obmedzuje prúd cez LED.
Takéto zaradenie však neumožňuje využiť plný potenciál TL431 - komparátor možno zabudovať do akéhokoľvek iného čipu vhodnejšieho pre takéto relé. Tá istá zostava je určená na iný účel.
Najjednoduchšou schémou je prepnúť TL431 do režimu paralelného stabilizátora - 2,5 V referenčného zdroja napätia. Všetko, čo je potrebné, je záťaž rezistorčím sa obmedzí prúd cez výstupný tranzistor.
Dôležité! Na rozdiel od klasického zapojenia AVR by sa kondenzátor nemal umiestniť paralelne k výstupu. To môže spôsobiť parazitné oscilácie. Vo všeobecnosti to nie je potrebné, pretože konštruktéri prijali opatrenia na zníženie šumu na výstupe. Z tohto dôvodu ho však nemožno použiť ako základ pre generátor šumu, ako je to v prípade bežného stabilitrónu.
Schopnosti čipu sa lepšie využívajú v obvode spätnej väzby, ktorý tvoria rezistory R1 a R2.
Po pripojení napájania výstupné napätie stúpa a stabilizuje sa na niekoľko mikrosekúnd (rýchlosť posuvu nie je štandardizovaná). Ustab je daný vzťahom pri rozdeľovačia možno ho vypočítať podľa vzorca Ustab=2,495*(1+R2/R1). Pri výpočte treba mať na pamäti, že vnútorný odpor sa pri tomto zapojení zväčší (1+R2/R1) krát.
Záťažovú kapacitu AVR je možné zvýšiť klasickým spôsobom zabudovaním prídavného bipolárny tranzistor.
Dôležité! Tranzistor musí byť zahrnutý do obvodu spätnej väzby.
Týmto zaradením sa obvod zmení na paralelný regulátor, ktorý vyžaduje, aby vstupné napätie prekročilo výstupné napätie. Jeho účinnosť nemôže prekročiť pomer Uin/Uin. To zhoršuje výkon AVR, preto je lepšie použiť tranzistor s poľom, ktorý má nižší úbytok napätia.
Tu je účinnosť vyššia vďaka menšiemu požadovanému rozdielu medzi vstupným a výstupným napätím, ale je potrebné dodatočné napájanie hradla tranzistora - jeho napätie musí byť vyššie ako Uin/out.
Na TL431 je možné zabudovať regulátor prúdu.
Kolektorový prúd bude Istab=Vref/R1.
Ak sa ten istý obvod prepne ako bipolárny, vytvorí sa obmedzovač prúdu.
Prúd bude obmedzený pri Io=Vref/R1+Ika. Predradníkový odpor musí byť dimenzovaný podľa podmienok Rb=Uin (Io/hfe+Ika), kde hfe je zosilnenie tranzistora. Túto hodnotu možno zmerať pomocou multimetra, ktorý má túto funkciu.
Rádioamatéri používajú mikroobvody aj v neštandardných spínačoch. TL431 je náchylný na samovybudzovanie, čo je nevýhoda. Umožňuje však použiť ho ako oscilátor riadený napätím. Na tento účel je na výstupe nainštalovaný kondenzátor.
Aké sú analógy
Tento integrovaný obvod je veľmi obľúbený v profesionálnom a amatérskom svete elektroniky. Preto ho vyrába mnoho výrobcov. Svetoznáme firmy Texas Instruments (ako vývojár), Motorola, Fairchild Semiconductor a ďalšie vyrábajú čip pod pôvodným názvom. TL430 s Vref = 2,75 V a jedenapolnásobkom maximálneho prevádzkového prúdu nesmie chýbať. Tento čip bol však menej žiadaný a neprežil až do éry SMD montáže.
Ostatní výrobcovia vyrábajú regulátory napätia s inými písmenovými indexmi, ale nevyhnutne s číslami 431 v názve (inak by spotrebiteľ jednoducho nevenoval pozornosť neznámemu čipu). Na trhu sú prítomné tieto produkty:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N
a ďalšie integrované obvody s podobnou funkčnosťou. Výrobky od neznámych a neznámych výrobcov však zaručene nezodpovedajú parametrom.
Existuje ruský analóg KR142EN19A vyrábaný v obale KT-26 (podobne ako nízkovýkonný tranzistor). Je úplne analogický s pôvodným čipom, ale niektoré vlastnosti sú mierne odlišné. Napríklad jeho vnútorný odpor je normalizovaný na <0,5 Ohm.
Za zmienku stojí aj regulátor SG6105 PWM. Obsahuje dva vnútorné stabilizátory, úplne identické s modelom TL431. Majú samostatné vývody a môžu sa používať ako zdroje referenčného napätia.
Ako otestovať čip TL431
Mikroobvod má pomerne komplikovanú vnútornú štruktúru, takže ho nie je možné testovať jedným testerom. V každom prípade budete musieť zostaviť nejaký obvod. Ak je k dispozícii nastaviteľný zdroj napájania, budete potrebovať tri rezistory a LED diódu.
Napätie napájacieho zdroja nesmie byť vyššie ako 36 V. R1 by mal byť zvolený tak, aby pri maximálnom napätí prúd cez LED nepresiahol 10 - 15 mA. Pomer R1 k R3 by mal byť taký, aby pri maximálnom napätí zdroja na R3 dopadalo viac ako 2,5 V alebo lepšie viac ako 3 V. Keď výstupné napätie stúpne z 0 V až po dosiahnutie prahovej hodnoty na R3, LED dióda začne blikať, čo znamená, že čip je chybný. LED diódu nemusíte nastavovať, ale jednoducho zmerajte napätie na katóde - malo by sa výrazne zmeniť.
Ak nie je k dispozícii regulovaný zdroj, ale zdroj konštantného napätia, namiesto R3 sa musí použiť potenciometer. LED dióda by sa mala zapínať a vypínať pri otáčaní posuvníka v oboch smeroch.
Trh s elektronickými komponentmi ponúka veľmi širokú škálu integrovaných regulátorov napätia. Rozsah aplikácií je však tiež veľmi široký, takže mnohé typy integrovaných obvodov majú na trhu svoju medzeru. TL431 je súčasťou balenia.
Súvisiace články:
