Стабилизатор на напрежението на 431. Проверка на източника на референтно напрежение tl431. Характеристики на работа tl431

Добър ден приятели!

Днес ще се запознаем с още един хардуер, който се използва в компютърните технологии. Не се използва толкова често, колкото, да речем, или, но също така заслужаващ внимание.

Какъв е този източник на референтно напрежение TL431?

В захранващите устройства за персонални компютри можете да намерите чип за източник на референтно напрежение (ION) TL431.

Можете да мислите за това като за регулируем ценеров диод.

Но това е точно микросхема, тъй като в нея са поставени повече от дузина транзистори, без да се броят други елементи.

Ценеровият диод е такова нещо, което поддържа (търси се да поддържа) постоянно напрежение в товара. "Защо е необходимо това?" - ти питаш.

Факт е, че микросхемите, които изграждат компютър - големи и малки - могат да работят само в определен (не много голям) диапазон на захранващо напрежение. Ако диапазонът е надвишен, тяхната повреда е много вероятно.

Следователно, в (не само компютърните) схеми и компоненти се използват за стабилизиране на напрежението.

При определен диапазон от напрежения между анода и катода (и определен диапазон от катодни токове), микросхемата осигурява на своя изход ref референтно напрежение от 2,5 V спрямо анода.

Използвайки външни вериги (резистори), можете да променяте напрежението между анода и катода в доста широк диапазон - от 2,5 до 36 V.

Така не е нужно да търсим ценерови диоди за определено напрежение! Можете просто да промените стойностите на резистора и да получите нивото на напрежение, от което се нуждаем.

В компютърните захранвания има източник на напрежение в режим на готовност + 5VSB.

Ако захранващият щепсел е включен в мрежата, той присъства на един от щифтовете на главния захранващ конектор - дори ако компютърът не е включен.

В същото време част от компонентите на дънната платка на компютъра са под това напрежение..

Именно с него се стартира основната част от захранването - по сигнал от дънната платка. Чипът TL431 също често участва във формирането на това напрежение.

Когато се повреди, стойността на напрежението в режим на готовност може да се различава - и то доста силно - от номиналната стойност.

Как това може да ни застраши?

Ако напрежението + 5VSB е повече от необходимото, компютърът може да „замръзне“, тъй като част от чипсета на дънната платка се захранва от повишено напрежение.

Понякога това поведение на компютъра подвежда неопитен майстор. В края на краищата той измери основните захранващи напрежения на захранването +3,3 V, +5 V, +12 V - и видя, че са в допустими граници.

Той започва да копае другаде и прекарва много време в отстраняване на проблеми. И просто трябваше да измерите напрежението на дежурния източник!

Спомнете си, че напрежението +5VSB трябва да бъде в рамките на 5% толеранс, т.е. лежат в диапазона 4,75 - 5,25 V.

Ако напрежението на резервния източник е по-малко от необходимото, компютърът може изобщо да не стартира.

Как да проверя TL431?

Невъзможно е тази микросхема да се „излъчи“ като обикновен ценеров диод.

За да сте сигурни, че работи, трябва да сглобите малка верига за тестване.

В този случай изходното напрежение в първото приближение се описва с формулата

Vo = (1 + R2/R3) * Vref (вижте листа с данни*), където Vref е референтно напрежение от 2,5 V.

Когато бутонът S1 е затворен, изходното напрежение ще има стойност 2,5 V (референтно напрежение), когато е освободен, то ще има стойност 5 V.

По този начин, чрез натискане и натискане на бутона S1 и измерване на сигнала на изхода на веригата, можете да проверите изправността (или неизправността) на микросхемата.

Тестовата верига може да бъде направена като отделен модул с помощта на 16-пинов DIP конектор със стъпка 2,5 mm. Захранването и тестерните сонди са свързани към изходните клеми на модула.

За да проверите микросхемата, трябва да я поставите в конектора, да натиснете бутона и да погледнете дисплея на тестера.

Ако чипът не е поставен в гнездото, изходното напрежение ще бъде приблизително 10 V.

Това е всичко! Просто, нали?

* Листът с данни е референтни данни (листове с данни) за електронни компоненти. Могат да бъдат намерени с търсачка в интернет.

Виктор Геронда беше с вас. Ще се видим в блога!

Производството на интегрални схеми започва през далечната 1978 година и продължава и до днес. Микросхемата позволява производството на различни видове аларми и зарядни устройства за ежедневна употреба. Чипът tl431 намери широко приложение в домакинските уреди: монитори, магнетофони, таблети. TL431 е вид програмируем регулатор на напрежение.

Схема на превключване и принцип на действие

Принципът на действие е доста прост. Стабилизаторът има постоянна стойност на еталонното напрежение, и ако подаденото напрежение е по-малко от тази стойност, тогава транзисторът ще бъде затворен и няма да позволи преминаването на ток. Това може ясно да се види на следната диаграма.

Ако тази стойност бъде превишена, регулируемият ценеров диод ще отвори P-N прехода на транзистора и токът ще тече по-нататък към диода, от плюс към минус. Изходното напрежение ще бъде постоянно. Съответно, ако токът падне под стойността на референтното напрежение, управляваният операционен усилвател ще се затвори.

Pinout и технически параметри

Операционният усилвател се предлага в различни опаковки. Първоначално това беше кутията TO-92, но с течение на времето беше заменена от по-нова версия на SOT-23. Pinout и типовете кутии са показани по-долу, като се започне от най-„древния“ и завърши с актуализираната версия.

На фигурата можете да видите, че за tl431 щифтовете се променят в зависимост от вида на корпуса. tl431 има вътрешни аналози KR142EN19A, KR142EN19A. Има и чуждестранни аналози на tl431: KA431AZ, KIA431, LM431BCM, AS431, 3s1265r, които по никакъв начин не са по-ниски от местната версия.

Функция TL431

Този операционен усилвател работи с напрежение от 2,5 V до 36 V. Работният ток на усилвателя варира от 1A до 100 mA, но има един важен нюанс: ако се изисква стабилност при работата на стабилизатора, силата на тока не трябва да пада под 5 mA на входа. TL431 има референтна стойност на напрежението, което се определя от 6-та буква в маркировката:

Ако няма буква, то точността е - 2%.
Буквата А в маркировката показва - 1% точност.
Буквата B говори за - 0,5% точност.

По-подробна техническа характеристика е показана на фиг.4

В описанието на tl431A можете да видите, че количеството ток е доста малко и възлиза на декларираните 100 mA, а количеството мощност, което тези кутии разсейват, не надвишава стотици миливати. Това не е достатъчно. Ако трябва да работите с по-сериозни токове, тогава би било по-правилно да използвате мощни транзистори с подобрени параметри.

Проверка на стабилизатора

Веднага възниква уместният въпрос за как да тествам tl431 с мултицет. Както показва практиката, проверката с един мултицет няма да работи. За да проверите tl431 с мултицет, трябва да сглобите верига. За да направите това, ще ви трябват: три резистора (единият от тях е тример), светодиод или електрическа крушка, 5V DC източник.

Резисторът R3 трябва да бъде избран по такъв начин, че да ограничава тока до 20 mA в захранващата верига. Стойността му е приблизително 100 ома. Резисторите R2 и R3 действат като балансьор. Веднага щом напрежението достигне 2,5 V на управляващия електрод, LED кръстовището ще се отвори и напрежението ще тече през него. Тази схема е добра, защото светодиодът действа като индикатор.

Източникът на постоянен ток - 5V е фиксиран, а чипът tl431 може да се управлява с помощта на променлив резистор R2. Когато към микросхемата не се подава захранване, диодът е изключен. След като съпротивлението се промени с помощта на тримера, светодиодът светва. След това мултиметърът трябва да се включи в режим на измерване на постоянен ток и да се измери напрежението на контролния изход, което трябва да бъде 2,5. Ако има напрежение и светодиодът свети, тогава елементът може да се счита за работещ.

Въз основа на операционния усилвател на ток tl431 можете да създадете прост стабилизатор. За да се създаде желаната стойност на U, ще са необходими три резистора. Необходимо е да се изчисли стойността на програмираното напрежение на стабилизатора. Изчислението може да се направи по формулата: Uout \u003d Vref (1 + R1 / R2). Съгласно формулата U на изхода зависи от стойността на R1 и R2. Колкото по-голямо е съпротивлението на R1 и R2, толкова по-ниско е напрежението на изходния етап. След получаване на стойността на R2, стойността на R1 може да се изчисли, както следва: R1 = R2 (Uout / Vref - 1). Регулируемият стабилизатор може да се включи по три начина.

Необходимо е да се вземе предвид важен нюанс: съпротивлението R3 може да се изчисли по формулата, по която е изчислена стойността на R2 и R2. Не инсталирайте полярен или неполярен електролит в изходното стъпало, за да избегнете смущения в изхода.

зарядно за мобилен телефон

Стабилизаторът може да се използва като вид ограничител на тока. Това свойство ще бъде полезно в устройства за зареждане на мобилен телефон.

Ако напрежението в изходния етап не достигне 4,2 V, има ограничение на тока в силовите вериги. След достигане на декларираните 4,2 V, стабилизаторът намалява стойността на напрежението - следователно текущата стойност също пада. Елементите на веригата VT1 VT2 и R1-R3 са отговорни за ограничаване на тока във веригата. Съпротивлението R1 шунтира VT1. След превишаване на индикатора от 0,6 V, елементът VT1 се отваря и постепенно ограничава захранването на биполярния транзистор VT2.

На базата на транзистора VT3 токът рязко намалява. Има постепенно затваряне на преходите. Напрежението пада, което води до спад на тока. Веднага щом U достигне 4,2 V, стабилизаторът tl431 започва да намалява стойността си в изходните етапи на устройството и зареждането спира. За производството на устройството трябва да използвате следния набор от елементи:

Необходимо обърнете специално внимание на транзистора az431. За равномерно намаляване на напрежението в изходните етапи е желателно да поставите транзистора точно az431, листът с данни на биполярния транзистор може да се види в таблицата.

Именно този транзистор плавно намалява силата на напрежението и тока. Волт-амперните характеристики на този елемент са много подходящи за решаване на проблема.

Операционният усилвател TL431 е многофункционален елемент и ви позволява да проектирате различни устройства: зарядни устройства за мобилни телефони, алармени системи и много други. Както показва практиката, операционният усилвател има добри характеристики и не е по-нисък от чуждестранните аналози.

Тук имах нужда от евтин източник на референтно напрежение. След като разгледах каталозите, избрах чипа TL431 за 20 рубли. Сега ще ви кажа какъв вид насекомо е и как да го използвате.

TL431

TL431 е така нареченият програмируем ценеров диод. Използва се като източник на референтно напрежение и захранване за вериги с ниска мощност. Произвежда се от няколко производителя и в различни случаи го взех от Texas Instruments в пакет SOT23.

Спецификации:

Изходно напрежение от 2,5 до 36 V
- работен ток от 1 до 100 mA
- изходен импеданс 0,2 ома
- точност 0.5%, 1% и 2%

Има три изхода. Две като стандартен ценеров диод - анод и катод. И изхода на референтното напрежение, който е свързан към катода или средната точка на делителя на напрежението. На чужди схеми е посочено, както следва:

Минималната превключваща верига изисква един резистор и ви позволява да получите референтно напрежение от 2,5 V.

Резисторът в тази верига се изчислява по следната формула:

където Ist е токът на TL431, а Il е токът на натоварване. Входният ток на референтния щифт не се взема предвид, тъй като е ~2 µA.

В пълната схема на превключване към TL431 се добавят още два резистора, но в този случай може да се получи произволно изходно напрежение.

Стойностите на резистора на делителя на напрежението и изходното напрежение на TL431 са свързани, както следва:

, където Uref = 2,5 V, Iref = 2 μA. Това са типични стойности и имат известно разсейване (вижте листа с данни).

Като се има предвид стойността на един от резисторите и изходното напрежение, може да се изчисли стойността на втория резистор.

И знаейки изходното напрежение и входния ток, можете да изчислите стойността на резистора R1:

, където Iin е входният ток на веригата, който е сумата от работния ток на TL431, тока на делителя на напрежението и тока на натоварване.

Ако TL431 се използва за получаване на референтно напрежение, тогава резисторите R2 и R3 трябва да се вземат с точност от 1% от серията E96.

Изчисляване на регулатора на напрежението на TL431

Изходни данни

Входно напрежение Uin = 9 V
Необходимо изходно напрежение Uout = 5 V
Ток на натоварване Il = 10 mA

Данни от листа с данни:

Ist = 1..100 mA
Iref = 2 uA
Uref = 2,495 V

Изчисляване

Задаваме стойността на резистора R2. Максималната стойност на този резистор е ограничена от тока Iref = 2 μA. Ако вземем стойността на резистора R2, равна на единици / десетки kOhm, тогава това ще свърши работа. Нека R2 = 10 kOhm.

Тъй като TL431 се използва като захранване, тук не е необходима висока точност и терминът Iref*R2 може да бъде пренебрегнат.

Закръглената стойност на R3 ще бъде равна на 10 kΩ.

Токът на делителя на напрежението е Uout/(R1+R2) = 5/20000 = 250 µA.

Токът на TL431 може да бъде от 1 до 100 mA. Ако приемем тока Ist > 2 mA, токът на делителя може да бъде пренебрегнат.

Тогава входният ток ще бъде равен на Iin = Ist + Il = 2 + 10 = 12 mA.

И стойността R1 = (Uin - Uout) / Iin = (9 - 5) / 0,012 = 333 Ohm. Закръглете до 300.

Мощността, разсейвана от резистора R1, е (9 - 5) * 0,012 = 0,05 W. На другите резистори ще бъде още по-малко.

R1 = 300 ома
R2 = 10 kOhm
R3 = 10 kOhm

Приблизително така, без да се вземат предвид нюансите.

Товароносимост

Ако използвате TL431 и окачите кондензатор на изхода, тогава микросхемата може да "бръмчи". Вместо да намали шума на изхода, на катода ще се появи периодичен трионообразен сигнал от няколко миливолта.

Капацитетът на натоварване, при който TL431 се държи стабилно, зависи от катодния ток и изходното напрежение. Възможните стойности на капацитета са показани на снимката от листа с данни. Стабилните области са тези извън графиките.

Вече е писано много за светодиодите, сега читателите не знаят как да ги захранват правилно, така че да не изгорят преди време. Сега продължавам бързо да попълвам раздела за захранвания, стабилизатори на напрежение и преобразуватели на ток.

Десетте най-популярни електронни компонента включват регулируемия стабилизатор TL431 и неговия брат, PWM контролера TL494. В захранващите устройства той действа като „програмируем референтен източник на напрежение, превключващата верига е много проста. В импулсните захранвания на TL431 понякога се прилага обратна връзка и референтно напрежение.

Запознайте се с характеристиките и спецификациите на други ИС, използвани за захранване.

1. Спецификации
2. Схеми на свързване на TL431
3. Pinout TL431
4. Лист с данни на руски език
5. Графики на електрически характеристики

Спецификации

Той получи широко приложение поради прохладата на техническите си характеристики и стабилността на параметрите при различни температури. Отчасти функционалността е подобна на добре познатата, само че работи при ниска сила на тока и е предназначена за настройка. Всички характеристики и типични превключващи вериги са посочени в листа с данни на руски език. Аналогът на TL431 ще бъде вътрешният KR142EN19 и внесеният K1156EP5, техните параметри са много сходни. Не съм виждал други аналози.

Основни характеристики:

изходен ток до 100mA;
изходно напрежение от 2,5 до 36V;
мощност 0.2W;
температурен диапазон TL431C от 0° до 70°;
за TL431A от -40° до +85°;
цена от 28 рубли за 1 брой.

Подробни характеристики и режими на работа са посочени в листа с данни на руски език в края на тази страница или можете да изтеглите

Пример за използване на дъската

Стабилността на параметрите зависи от температурата на околната среда, много е стабилна, има малко шум на изхода и напрежението плава +/- 0,005 V според листа с данни. В допълнение към битовата модификация TL431C от 0° до 70° се предлага версия с по-широк температурен диапазон TL431A от -40° до 85°. Избраната от вас опция зависи от предназначението на устройството. Аналозите имат напълно различни температурни параметри.

Невъзможно е да се провери здравето на микросхемата с мултиметър, тъй като се състои от 10 транзистора. За да направите това, е необходимо да сглобите тестова превключваща верига, чрез която можете да определите степента на експлоатационна годност, елементът не винаги се проваля напълно, той може просто да изгори.

Електрически схеми TL431

Работните характеристики на стабилизатора се задават от два резистора. Възможностите за използване на тази микросхема може да са различни, но тя е получила максимално разпространение в захранващи устройства с регулируемо и фиксирано напрежение. Често се използва в стабилизатори на ток в USB зарядни устройства, индустриални захранвания, принтери и други домакински уреди.

TL431 е в почти всяко ATX захранване от компютър, можете да вземете назаем от него. Има и захранващи елементи с радиатори, диодни мостове.

На този чип са реализирани много зарядни вериги за литиеви батерии. Радио конструкторите се произвеждат за самостоятелно сглобяване със собствените си ръце. Броят на опциите за приложение е много голям, добри схеми могат да бъдат намерени на чужди сайтове.

Pinout TL431

Както показва практиката, pinout TL431 може да бъде различен и зависи от производителя. Изображението показва pinout от листа с данни на Texas Instruments. Ако го премахнете от някаква завършена дъска, тогава pinout на краката може да се види на самата дъска.

Лист с данни на руски

Много радиолюбители не знаят много добре английски и технически термини. Владея доста добре езика на предполагаемия враг, но когато се развивам, все още ме дразни постоянно да си спомням превода на електрически термини на руски. Преводът на листа с данни TL431 на руски беше направен от наш колега, на когото благодарим.

Николай Петрушов

TL431, що за "звяр" е това?

Ориз. един TL431.

TL431 е създаден в края на 70-те години и в момента се използва широко в индустрията и в радиолюбителските дейности.
Но въпреки значителната си възраст, не всички радиолюбители са запознати отблизо с това прекрасно тяло и неговите възможности.
В предложената статия ще се опитам да запозная радиолюбителите с тази микросхема.

Като начало, нека да видим какво има вътре в него и да се обърнем към документацията за микросхемата, „листа с данни“ (между другото, аналозите на тази микросхема са KA431 и нашите микросхеми KR142EN19A, K1156EP5x).
И вътре има дузина транзистора и само три изхода, така че какво е това?

Ориз. 2устройство TL431.

Оказва се, че всичко е много просто. Вътре има конвенционален операционен усилвател (триъгълник в блоковата диаграма) с изходен транзистор и опорно напрежение.
Само тук тази схема играе малко по-различна роля, а именно ролята на ценеров диод. Нарича се още "Контролиран ценеров диод".
Как работи той?
Разглеждаме блоковата диаграма на TL431 на фигура 2. От диаграмата може да се види, че операционният усилвател има (много стабилно) вградено референтно напрежение от 2,5 волта (малък квадрат), свързано към инвертирания вход, един директен вход (R), транзистор на изхода на операционния усилвател, колектор ( K) и емитер (A), който е комбиниран със захранващите клеми на усилвателя и защитен диод срещу обръщане на полярността. Максималният ток на натоварване на този транзистор е до 100 mA, максималното напрежение е до 36 волта.

Ориз. 3Цокъл TL431.

Сега, използвайки примера на проста схема, показана на фигура 4, ще анализираме как работи всичко.
Вече знаем, че вътре в микросхемата има вграден източник на референтно напрежение - 2,5 волта. В първите издания на микросхеми, които се наричаха TL430, напрежението на вградения източник беше 3 волта, в по-късните издания достига 1,5 волта.
Това означава, че за да се отвори изходният транзистор, е необходимо да се приложи напрежение към входа (R) на операционния усилвател, което е малко по-високо от референтните 2,5 волта (префиксът "леко" може да бъде пропуснат, тъй като разликата е няколко миливолта и в бъдеще ще приемем, че на входа трябва да се приложи напрежение, равно на еталонното), тогава на изхода на операционния усилвател ще се появи напрежение и изходният транзистор ще се отвори.
Казано по-просто, TL431 е нещо като полеви транзистор (или просто транзистор), който се отваря, когато на входа му се подаде напрежение от 2,5 волта (или повече). Прагът на отваряне-затваряне на изходния транзистор тук е много стабилен поради наличието на вграден стабилен източник на референтно напрежение.

Ориз. четириСхема на TL431.

От схемата (фиг. 4) се вижда, че делител на напрежение от резистори R2 и R3 е свързан към входа R на микросхемата TL431, резисторът R1 ограничава тока на светодиода.
Тъй като разделителните резистори са еднакви (захранващото напрежение е разделено наполовина), изходният транзистор на усилвателя (TL-ki) ще се отвори, когато захранващото напрежение е 5 волта или повече (5/2 = 2,5). В този случай 2,5 волта ще бъдат подадени към входа R от разделителя R2-R3.
Тоест, нашият светодиод ще светне (изходният транзистор ще се отвори), когато захранващото напрежение е 5 волта или повече. Той ще изгасне съответно, когато напрежението на източника е по-малко от 5 волта.
Ако увеличите съпротивлението на резистора R3 в рамото на разделителя, тогава ще е необходимо да увеличите напрежението на източника на захранване с повече от 5 волта, за да може напрежението на входа R на микросхемата, захранвана от разделителя R2- R3 да достигне отново 2,5 волта и изходният транзистор TL отваря -ki.

Оказва се, че ако този делител на напрежението (R2-R3) е свързан към изхода на PSU, а катодът TL към основата или портата на контролния транзистор на PSU, тогава чрез промяна на рамената на делителя, например, чрез промяна на стойността на R3, ще бъде възможно да промените изходното напрежение на този PSU, тъй като в този случай стабилизиращото напрежение на TL-ki (напрежението на отваряне на изходния транзистор) също ще се промени - тоест ще получим контролиран ценеров диод .
Или ако изберете делител, без да го променяте в бъдеще, можете да направите изходното напрежение на PSU строго фиксирано на определена стойност.

Заключение;- ако микросхемата се използва като ценеров диод (основната му цел), тогава чрез избиране на съпротивленията на разделителя R2-R3 можем да направим ценеров диод с всяко стабилизиращо напрежение в диапазона от 2,5 - 36 волта (максималното ограничение според към „листа с данни“).
Стабилизиращо напрежение от 2,5 волта - получава се без разделител, ако входът на TL-ki е свързан към неговия катод, т.е. затворете изводи 1 и 3.

Тогава възникват още въпроси. Възможно ли е, например, да се замени TL431 с конвенционален opamp?
- Възможно е, само ако има желание за проектиране, но ще е необходимо да сглобите собствен източник на референтно напрежение от 2,5 волта и да захранвате операционния усилвател отделно от изходния транзистор, тъй като токът на неговото потребление може да отвори задвижващия механизъм . В този случай можете да направите референтното напрежение каквото искате (не непременно 2,5 волта), след което ще трябва да преизчислите съпротивлението на делителя, използван заедно с TL431, така че при дадено изходно напрежение на PSU, подаваното напрежение към входа на микросхемата е равен на референтния.

Още един въпрос - възможно ли е да се използва TL431 като обикновен компаратор и да се сглоби върху него, да речем, термостат или нещо подобно?

Възможно е, но тъй като се различава от конвенционалния компаратор чрез наличието на вграден източник на референтно напрежение, веригата ще бъде много по-проста. Например това;

Ориз. 5Термостат на TL431.

Тук термисторът (термисторът) е температурен сензор и той намалява съпротивлението си с повишаване на температурата, т.е. има отрицателен TCR (температурен коефициент на съпротивление). PTC термистори, т.е. чието съпротивление нараства с повишаване на температурата – наричат се позистори.
В този термостат, когато температурата надвиши зададеното ниво (регулирано от променлив резистор), ще работи реле или някакъв задвижващ механизъм и контактите ще изключат товара (нагреватели) или, например, ще включат вентилаторите, в зависимост на задачата.
Тази верига има малък хистерезис и за да го увеличите, е необходимо да въведете OOS между щифтове 1-3, например настройващ резистор от 1,0 - 0,5 mOhm и да изберете стойността му експериментално, в зависимост от необходимия хистерезис.
Ако е необходимо задвижващият механизъм да работи при спад на температурата, тогава сензорът и регулаторите трябва да бъдат сменени, т.е. термисторът трябва да бъде включен в горното рамо, а променливото съпротивление с резистор в долното.
И в заключение, можете лесно да разберете как работи чипът TL431 в мощната захранваща верига за трансивъра, която е показана на фигура 6, и каква роля играят резисторите R8 и R9 тук и как са избрани.

Ориз. 6Мощно захранване за 13 волта, 22 ампера.