När du konstruerar elektroniska kretsar behöver du ofta en spänningsregulator med låg effekt eller en referensspänningskälla. Ett antal fasta spänningar täcks av oreglerade integrerade spänningsregulatorer. De reglerade systemen bygger på följande LM317-chipMen den har vissa nackdelar och ofta en överdriven funktionalitet. I många fall löser TL431-chipet problemet genom att tillhandahålla en stabil spänningskälla med låg effekt som kan regleras från 2,5V till 36V.
Innehåll
Vad är ett TL431-chip?
Denna mikrokrets, som utvecklades på 1970-talet, kallas ofta för en "reglerad regulator" och visas i schemat som en regulator med två klassiska stift - anod och katod. Det finns också en tredje ledtråd, vars syfte diskuteras senare. Mikrobrytningsaggregatet ser ut så här stabletron Den ser inte alls ut som en mikrokopplare. Den finns som en vanlig mikrokrets i flera olika varianter av höljen. Till en början tillverkades endast varianter med äkta hål, men med utvecklingen av SMD-teknik paketerades TL431 även i ytmonterade höljen, inklusive den populära SOT-varianten med olika antal stift. Det minsta antalet stift som krävs för att fungera är 3. Vissa paket har fler stift. Redundanta stift är antingen inte anslutna någonstans eller är dubblerade.
Huvudsakliga egenskaper hos TL431
De viktigaste egenskaperna, och det räcker att känna till dem för att utföra 90+ procent av de uppgifter som uppstår vid konstruktion av elektroniska kretsar:
- utgångsspänningsgränserna är 2,5...36V (detta kan betraktas som ett minus, eftersom moderna regulatorer har en nedre gräns på 1,5V);
- Den maximala strömmen är 100 mA (det är inte mycket, jämförbart med en genomsnittlig strömregulator, så överbelast inte mikrokretsen, den har inget skydd);
- Det inre motståndet (impedansen hos den likvärdiga bipolära enheten) är ungefär 0,22 ohm;
- dynamiskt motstånd - 0,2...0,5 Ohm;
- Uref=2,495 V, noggrannhet - beroende på serien, från ±0,5 % till ±2 %;
- Drifttemperaturområdet för TL431C är 0...+70 °C, för TL431A - minus 40...+85 °C.
Andra egenskaper, inklusive temperaturberoende kurvor, finns i databladet. I de flesta fall är de dock inte nödvändiga.
Pintilldelning och funktion
När man tittar på IC:ns inre struktur är det tydligt att jämförelser med Zenerdioder är relativa.
TL431 liknar mest en komparator. En referensspänning Vref på 2,5 V appliceras på den inverterande utgången. Denna spänning stabiliseras så att även utgången blir stabil. Den icke-inverterande utgången förs ut till utsidan. Om den applicerade spänningen är mindre än referensspänningen, kommer komparatorutgången att komparatorutgång. nollTransistorn är stängd och ingen ström flyter. Om spänningen vid den direkta ingången överstiger 2,5 V blir differentialförstärkarens utgång positiv, transistorn öppnas och strömmen börjar flöda genom den. Denna ström begränsas av ett externt motstånd. Detta beteende liknar den lavinartade nedbrytningen av en stabilisator när en omvänd spänning läggs på den. Dioden är avsedd som skydd mot omvänd ström i mikrokretsen.
Viktigt! Referensspänningens utgång får inte lämnas okopplad någonstans och kräver en ström på minst 4 µA.
Den här kretsen är faktiskt också lite villkorlig - den är bara användbar för att förklara hur saker och ting fungerar. Det faktiska genomförandet följer en annan princip. Det är till exempel inte möjligt att lokalisera en punkt med en referensspänning på 2,5 V i kretsen.
Exempel på anslutningsdiagram
En av TL431-kretsvarianterna är en vanlig komparator. Den kan användas för att bygga vissa tröskelreläer - t.ex. nivåreläer, ljusreläer osv. Endast dess referensspänningskälla är inbyggd och kan inte justeras, så strömmen och spänningsfallet genom sensorn regleras.
Så snart 2,5 V faller på sensorn öppnas chipets utgångstransistor, strömmen går genom lysdioden och den lyser. Istället för lysdioden kan ett relä eller en transistor med låg effekt användas för att koppla om belastningen. Motståndet R1 kan användas för att justera komparatorns responsnivå. R2 fungerar som förkoppling och begränsar strömmen genom lysdioden.
Men en sådan inkludering gör det inte möjligt att använda TL431 till sin fulla potential - komparatorn kan byggas på något annat chip som är mer lämpligt för sådana reläer. Samma montering är utformad för ett annat syfte.
Det enklaste systemet är att växla TL431 i parallellt stabiliseringsläge - en 2,5 V referensspänningskälla. Allt som behövs är en ballast motståndvilket begränsar strömmen genom utgångstransistorn.
Viktigt! I motsats till den klassiska AVR-kretsen ska en kondensator inte anslutas parallellt med utgången. Detta kan orsaka parasitära svängningar. I allmänhet behövs det inte, eftersom konstruktörerna har vidtagit åtgärder för att minska bruset vid utgången. Men därför kan den inte användas som grund för en bullergenerator som en konventionell stabilitron.
Chipets kapacitet utnyttjas bättre i en återkopplingskrets som består av motstånden R1 och R2.
När strömmen tillförs stiger utgångsspänningen och stabiliseras under några mikrosekunder (svängningshastigheten är inte standardiserad). Ustab ges av följande genom delarenoch kan beräknas enligt formeln Ustab=2,495*(1+R2/R1). Vid beräkningen måste man komma ihåg att det inre motståndet ökar med (1+R2/R1) gånger med denna anslutning.
Det är möjligt att öka belastningskapaciteten hos AVR på det klassiska sättet genom att bygga in ytterligare en bipolär transistor.
Viktigt! Transistorn måste ingå i återkopplingskretsen.
Detta gör att kretsen blir en parallellregulator som kräver att ingångsspänningen överstiger utgångsspänningen. Dess effektivitet får inte överstiga förhållandet Uin/Uin. Detta försämrar AVR:s prestanda, så det är bättre att använda en fälteffekttransistor som har ett lägre spänningsfall.
Här är effektiviteten högre på grund av mindre skillnad mellan ingångs- och utgångsspänning, men det krävs ytterligare strömförsörjning för transistorns grind - dess spänning måste vara högre än Uin/out.
En strömregulator kan byggas på TL431.
Kollektorströmmen blir Istab=Vref/R1.
Om samma krets kopplas om till en bipolär krets skapas en strömbegränsare.
Strömmen begränsas till Io=Vref/R1+Ika. Förkopplingsmotståndet måste väljas enligt Rb=Uin (Io/hfe+Ika), där hfe är transistorförstärkningen. Detta kan mätas med en multimeter som har denna funktion.
Radioamatörer använder också mikrokretsar i icke-standardiserade kopplingar. TL431 har en tendens till självutlösning, vilket är en nackdel. Men det gör det möjligt att använda den som en spänningsstyrd oscillator. För detta ändamål installeras en kondensator i utgången.
Vilka är analogerna?
IC:n är mycket populär bland elektronikproffs och hobbyister. Därför tillverkas den av många tillverkare. De världsberömda företagen Texas Instruments (som utvecklare), Motorola, Fairchild Semiconductor och andra tillverkar chipet under det ursprungliga namnet. TL430, med en Vref=2,75V och en och en halv gång den maximala driftströmmen, är inte att missa. Men detta chip var mindre efterfrågat och överlevde inte förrän SMD-monteringens era började.
Andra tillverkare tillverkar spänningsregulatorer med andra bokstavsbeteckningar, men nödvändigtvis med siffrorna 431 i namnet (annars kommer konsumenten helt enkelt inte att bry sig om ett okänt chip). Följande produkter finns på marknaden:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N
och andra IC med liknande funktionalitet. Men produkter från okända tillverkare kan inte garanteras motsvara parametrarna.
Det finns en rysk analog KR142EN19A som tillverkas i KT-26-paket (liknar en transistor med låg effekt). Det är helt analogt med det ursprungliga chipet, men vissa egenskaper är något annorlunda. Till exempel är dess inre motstånd normaliserat till <0,5 Ohm.
SG6105 PWM-regulatorn är också anmärkningsvärd. Den innehåller två interna stabilisatorer som är helt identiska med TL431. De har separata stift och kan användas som referensspänningskällor.
Hur man testar TL431-chipet
Mikrokretsen har en ganska komplicerad inre struktur, så det är inte möjligt att testa den med en enda testare. I vilket fall som helst måste du montera någon form av krets. Om det finns ett justerbart nätaggregat behöver du tre motstånd och en lysdiod.
Spänningen i strömförsörjningen får inte vara högre än 36 V. R1 bör väljas så att strömmen genom lysdioden inte överstiger 10-15 mA vid maximal spänning. Förhållandet mellan R1 och R3 bör vara sådant att R3 får mer än 2,5 V eller bättre mer än 3 V vid maximal källspänning. När utgångsspänningen stiger från 0 V tills tröskelvärdet nås vid R3 kommer lysdioden att blinka, vilket innebär att chipet är felaktigt. Du behöver inte ställa in lysdioden, utan kan helt enkelt mäta spänningen vid katoden - den bör förändras dramatiskt.
Om det inte finns någon reglerad källa, utan en konstant spänning, måste en potentiometer användas i stället för R3. Lysdioden ska tändas och släckas när reglaget vrids i båda riktningarna.
Marknaden för elektroniska komponenter erbjuder ett mycket brett utbud av integrerade spänningsregulatorer. Men användningsområdena är också mycket breda, så många typer av integrerade kretsar har sin nisch på marknaden. TL431 ingår.
Relaterade artiklar:
