Pri načrtovanju elektronskih vezij pogosto obstaja potreba po regulatorju napetosti majhne moči ali viru referenčne napetosti. Številne fiksne napetosti pokrivajo neregulirani integrirani napetostni regulatorji. Regulirani so zgrajeni na LM317 čipvendar ima nekatere inherentne pomanjkljivosti in pogosto pretirano funkcionalnost. V mnogih primerih bo težavo rešil čip TL431, ki vam omogoča, da dobite vir nizke moči stabilne napetosti, ki jo je mogoče nastaviti od 2,5 do 36 V.
Vsebina
Kaj je čip TL431
To mikrovezje, razvito v sedemdesetih letih dvajsetega stoletja, pogosto imenujemo "regulirani regulator", na shemi pa je označeno kot regulator z dvema klasičnima pinoma - anodo in katodo. Obstaja tudi tretji vod, katerega namen bo obravnavan kasneje. Mikrosklop izgleda kot a Stabiltron Sploh ne izgleda kot mikrospojnik. Proizvaja se kot navadno mikrovezje, v več različicah ohišja.Sprva so bile različice narejene le za ploščo s pravo luknjo, z razvojem SMD-tehnologije so TL431 začeli "pakirati" v pakete za površinsko montažo, vključno s priljubljenimi SOT z različnim številom pinov. Najmanjše število zatičev, potrebnih za delovanje, je 3. Nekateri paketi vsebujejo več zatičev. Odvečni zatiči bodisi niso nikjer povezani ali pa so podvojeni.
Ključne lastnosti TL431
Glavne značilnosti, katerih poznavanje zadostuje za izvedbo 90+ odstotkov nalog, ki se pojavljajo pri načrtovanju elektronskih vezij:
- meje izhodne napetosti so 2,5 ... 36 V (to se lahko šteje za minus, saj imajo sodobni regulatorji spodnjo mejo 1,5 V);
- največji tok je 100 mA (je majhen in primerljiv s povprečnim regulatorjem moči, zato ni vredno preobremeniti mikrovezja, ker nima zaščite);
- notranji upor (impedanca ekvivalentnega bipolarja) je približno 0,22 Ohma;
- dinamični upor - 0,2...0,5 Ohm;
- Uref=2,495 V, natančnost - odvisno od serije od ±0,5% do ±2%;
- Delovno temperaturno območje za TL431C je 0...+70 °С, za TL431A - minus 40...+85 °С.
Druge značilnosti, vključno s temperaturnimi grafi, lahko najdete v podatkovnem listu. Vendar jih v večini primerov ne boste potrebovali.
Dodelitev pinov in delovanje
Pri analizi notranje strukture čipa postane jasno, da je primerjava z regulatorjem precej običajna.
TL431 je najbolj podoben primerjalniku. Invertni izhod ima referenčno napetost Vref 2,5 V. Ta napetost je stabilizirana, zato bo tudi izhod stabilen. Prikaže se neinvertirajoči izhod. Če napetost, uporabljena na njem, ne presega referenčne napetosti, izhod primerjalnika izhod primerjalnika nič, tranzistor je zaprt, tok ne teče.Če napetost na direktnem vhodu preseže 2,5 V, je izhod diferencialnega ojačevalnika pozitiven, tranzistor se odpre in skozenj začne teči tok. Ta tok je omejen z zunanjim uporom. To vedenje je podobno plazoviti razgradnji stabilizacijske diode, ko je nanjo priključena obratna napetost. Dioda je zasnovana za zaščito pred obratnim vezjem.
Pomembno! Pin referenčne napetosti ne sme biti nikjer nepriklopljen, potrebuje tok vsaj 4 µA.
Pravzaprav je tudi to vezje pogojno - primerno je le za razlago narave dela. V resnici se vse izvaja po drugih principih. Na primer, znotraj vezja ne najdete točke z referenčno napetostjo 2,5 V.
Primeri povezovalnih diagramov
Ena od možnosti za vezje TL431 je navaden primerjalnik. Na njem lahko vgradite nekaj mejnih relejev - na primer nivojske releje, svetlobne releje itd. Vgrajen je le njegov vir referenčne napetosti in ga ni mogoče nastaviti, zato regulirajte tok in padec napetosti preko senzorja.
Takoj, ko senzor pade za 2,5 V, se izhodni tranzistor čipa odpre, tok steče skozi LED in ta zasveti. Namesto LED lahko uporabite rele z nizko močjo ali tranzistorsko stikalo za preklop obremenitve. Z uporom R1 lahko nastavite nivo odziva primerjalnika. R2 služi kot balast in omejuje tok skozi LED.
Toda takšna vključitev ne omogoča uporabe vseh možnosti TL431 - primerjalnik je mogoče zgraditi na katerem koli drugem čipu, ki je bolj primeren za takšne releje. Ta isti sklop je zasnovan za druge namene.
Najenostavnejše vezje za vklop TL431 v načinu vzporednega stabilizatorja je vir referenčne napetosti 2,5 V. Vse kar potrebujete za to je balast upor, ki bo omejil tok skozi izhodni tranzistor.
Pomembno! V nasprotju s klasičnim vezjem AVR ne smete namestiti kondenzatorja vzporedno z izhodom. To lahko vodi do parazitskih nihanj. Na splošno ni potreben, ker so razvijalci sprejeli ukrepe za zmanjšanje hrupa na izhodu. Toda zaradi tega čipa ni mogoče uporabiti kot osnovo za generator šuma, kot je običajen stabiltron.
Zmogljivosti čipa so bolj izkoriščene v povratnem vezju, ki ga tvorita upora R1 in R2.
Ko se priključi napajanje, se izhodna napetost dvigne in stabilizira za nekaj mikrosekund (hitrost padanja ni regulirana). Ustab postavlja z delilnikom, se lahko izračuna po formuli Ustab=2,495*(1+R2/R1). Pri izračunu je treba upoštevati, da se s to povezavo notranji upor poveča (1+R2/R1)-krat.
Nosilnost regulatorja je mogoče povečati na klasičen način, z vključitvijo dodatnega bipolarni tranzistor.
Pomembno! Tranzistor mora biti vključen v vezje povratne zanke.
Takšna vključitev spremeni vezje v vzporedni stabilizator, ki zahteva, da vhodna napetost presega izhodno napetost. Njegova učinkovitost ne sme preseči razmerja Uin/Uin. To poslabša parametre regulatorja, zato je bolje uporabiti tranzistor z učinkom polja, ima manjši padec napetosti.
Tu je izkoristek višji zaradi manjše zahtevane razlike med vhodno in izhodno napetostjo, vendar potrebujete dodatno napajanje za vrata tranzistorja - njegova napetost mora biti višja od Uin/out.
S TL431 lahko sestavite regulator toka.
Tok kolektorskega kroga bo enak Istab=Vref/R1.
Če je isto vezje vključeno kot bipolarno, dobite omejevalnik toka.
Tok bo omejen na Io=Vref/R1+Ika. Moč balastnega upora je treba izbrati iz pogojev Rb=Uinh(Io/hfe+Ika), kjer je hfe ojačanje tranzistorja.Lahko se meri z multimetrom, ki ima tako funkcijo.
Radioamaterji uporabljajo mikrovezja tudi v nestandardnih vključkih. TL431 je nagnjen k samovzbujanju, kar je pomanjkljivost. Toda omogoča uporabo kot napetostno krmiljene oscilatorje. V ta namen je na izhodu nameščen kondenzator.
Kakšni so analogi
Mikrovezje je zelo priljubljeno v svetu profesionalcev in amaterjev elektronike. Zato ga proizvajajo številni proizvajalci. Svetovno priznana podjetja Texas Instruments (kot razvijalec), Motorola, Fairchild Semiconductor in drugi proizvajajo čip pod izvirnim imenom. Nemogoče je ne omeniti predhodno proizvedenega stabilizatorja TL430, z Vref=2,75 V in enoinpolkratnim največjim delovnim tokom. Toda po tem čipu je bilo manj povpraševanja in ni preživel do obdobja SMD-montaže.
Drugi proizvajalci izdelujejo napetostne regulatorje z drugimi črkovnimi indeksi, vendar nujno s številkami 431 v svojih imenih (sicer potrošnik preprosto ne bo pozoren na neznani čip). Na trgu so:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N
in druge čipe, ki so podobni po funkciji. Toda izdelki malo znanih in neznanih proizvajalcev ne zagotavljajo ujemanja parametrov.
Obstaja domači analog - KR142EN19A, proizveden v primeru KT-26 (podobno tranzistorju z nizko močjo). Je popolnoma analogen originalnemu čipu, vendar so nekatere lastnosti nekoliko drugačne. Na primer, notranji upor je normaliziran na <0,5 Ohma.
Omembe vreden je tudi krmilnik SG6105 PWM. Vsebuje dva notranja stabilizatorja, popolnoma enaka TL431. Imajo ločene nožice in se lahko uporabljajo kot viri referenčne napetosti.
Kako preveriti, ali čip TL431 deluje
Mikrovezje ima precej zapleteno notranjo strukturo, zato ga ni mogoče preizkusiti z enim testerjem.V vsakem primeru boste morali sestaviti nekakšno vezje. Če obstaja nastavljivo napajanje, boste potrebovali tri upore in LED.
Napetost napajalnika ne sme biti višja od 36 V. R1 je izbran tako, da pri največji napetosti tok skozi LED ne presega 10-15 mA. Razmerje med R1 in R3 mora biti takšno, da pri najvišji napetosti vira na R3 pade več kot 2,5 V, ali še bolje, več kot 3. Ko izhodna napetost naraste od 0 V, dokler ni dosežen prag na R3, bo LED utripala in to pomeni, da je čip v redu. LED ne morete nastaviti, ampak samo izmerite napetost na katodi - spreminjati se mora postopno.
Če ni reguliranega vira, obstaja pa napajalnik s konstantno napetostjo, morate namesto R3 uporabiti potenciometer. Ko vrtite drsnik v obe smeri, se mora LED dioda vklopiti in ugasniti.
Trg elektronskih komponent ponuja zelo široko paleto integriranih napetostnih regulatorjev. Toda tudi področje uporabe je zelo široko, tako da ima veliko vrst IC svojo nišo na trgu. TL431 vključen.
Povezani članki:
