Při návrhu elektronických obvodů je často potřeba nízkopříkonový regulátor napětí nebo zdroj referenčního napětí. Řada pevných napětí je uzavřena neregulovanými integrovanými stabilizátory. Nastavitelná stavba na čip LM317, ale má určité přirozené nedostatky a často zbytečné funkce. V mnoha případech problém vyřeší čip TL431, který vám umožní získat stabilní zdroj napětí s nízkou spotřebou, který lze nastavit od 2,5 do 36 V.
Obsah
Co je čip TL431
Tento mikroobvod, vyvinutý v 70. letech dvacátého století, se často nazývá „nastavitelná zenerova dioda“ a je na schématu označen jako zenerova dioda se dvěma klasickými závěry - anodou a katodou. Existuje také třetí závěr, o jehož účelu bude řeč později. Vypadá to jako mikrosestava Zenerova dioda vůbec nevzpomíná. Vyrábí se jako běžný mikroobvod v několika variantách balení. Zpočátku byly možnosti vyráběny pouze pro desku s otvory (skutečný otvor), s rozvojem technologií SMD se TL431 začaly „balit“ do obalů pro povrchovou montáž, včetně oblíbených SOTů s různým počtem pinů. Minimální počet nožiček potřebných pro provoz jsou 3. Některá pouzdra obsahují více kolíků. Přebytečné nohy buď nejsou nikde připojeny, nebo jsou zdvojené.
Klíčové vlastnosti TL431
Hlavní charakteristiky, jejichž znalost je dostatečná k provedení více než 90 procent úkolů, které vznikají při vývoji elektronických obvodů:
- limity výstupního napětí - 2,5 ... 36 V (to lze přičíst mínusům, protože moderní regulátory mají spodní limit 1,5 V);
- nejvyšší proud je 100 mA (je malý, srovnatelný se středně výkonnou zenerovou diodou, takže byste neměli přetěžovat mikroobvod, nemá žádnou ochranu);
- vnitřní odpor (impedance ekvivalentní dvousvorkové sítě) - asi 0,22 Ohm;
- dynamický odpor - 0,2 ... 0,5 Ohm;
- hodnota pasu Uref = 2,495 V, přesnost - v závislosti na sérii od ± 0,5 % do ± 2 %;
- rozsah provozních teplot pro TL431С – 0…+70 °С, pro TL431A – mínus 40…+85 °С.
Další charakteristiky včetně grafů závislosti parametrů na teplotě naleznete v datasheetu. Ale ve většině případů nebudou potřeba.
Účel závěrů a princip fungování
Při analýze vnitřní struktury mikroobvodu je zřejmé, že srovnání se zenerovou diodou je spíše libovolné.
Struktura TL431 ze všeho nejvíc připomíná komparátor. Na invertující výstup je přivedeno referenční napětí Vref 2,5 V.Toto napětí je stabilizované, takže výstup bude také stabilní. Neinvertující výstup je vyveden. Pokud napětí, které je na něj použito, nepřekročí referenční napětí, výstup komparátoru nula, tranzistor je uzavřen, neteče proud. Pokud napětí na přímém vstupu překročí 2,5 V, objeví se na výstupu diferenciálního zesilovače kladná úroveň, tranzistor se otevře a začne jím protékat proud. Tento proud je omezen vnějším odporem. Toto chování připomíná lavinový rozpad zenerovy diody, když je na ni aplikováno zpětné napětí. Dioda je určena k ochraně proti zpětnému zapnutí mikroobvodu.
Důležité! Napěťový referenční kolík nesmí zůstat nezapojený a vyžaduje proud minimálně 4µA.
Ve skutečnosti je toto schéma podmíněné - je vhodné pouze pro vysvětlení povahy práce. Ve skutečnosti je vše realizováno podle jiných principů. Takže uvnitř obvodu nemůžete najít bod s referenčním napětím 2,5 V.
Příklady spínacích obvodů
Jednou z možností pro spínací obvod TL431 je klasický komparátor. Můžete na něm postavit nějaká prahová relé - například hladinové relé, relé osvětlení atd. Zabudován je pouze zdroj referenčního napětí a nelze jej nastavovat, proto je regulován proud a úbytek napětí snímačem.
Jakmile na snímači poklesne 2,5 V, otevře se výstupní tranzistor mikroobvodu, LED protéká proud a ta se rozsvítí. Místo LED můžete použít nízkopříkonové relé nebo tranzistorový spínač, který spíná zátěž. Rezistor R1 lze použít k nastavení úrovně provozu komparátoru. R2 slouží jako předřadník a omezuje proud procházející LED.
Takové zahrnutí však neumožňuje využít všechny funkce TL431 - komparátor může být postaven na jakémkoli jiném mikroobvodu, který je pro taková relé vhodnější.Stejná sestava je určena pro jiné účely.
Nejjednodušší obvod pro zapnutí TL431 v režimu paralelního regulátoru je zdroj referenčního napětí 2,5 V. K tomu je potřeba pouze předřadník odpor, který omezí proud výstupním tranzistorem.
Důležité! Na rozdíl od klasického spínacího obvodu zenerovy diody byste neměli paralelně s výstupem instalovat kondenzátor. To může vést k parazitním oscilacím. Obecně to není potřeba, protože vývojáři přijali opatření ke snížení výstupního hluku. Ale kvůli tomu nemůže být mikroobvod použit jako základ pro generátor šumu, jako je konvenční zenerova dioda.
Plněji jsou schopnosti mikroobvodu využity ve zpětnovazebním obvodu tvořeném odpory R1 a R2.
Po připojení napájení výstupní napětí vzroste a stabilizuje se během několika mikrosekund (rychlost přeběhu není standardizována). Ustab je nastaven dělič, lze jej vypočítat podle vzorce Ustab=2,495*(1+R2/R1). Při výpočtu je třeba mít na paměti, že vnitřní odpor s takovým zařazením se zvyšuje o (1 + R2 / R1) krát.
Nosnost stabilizátoru zvýšíte klasickým způsobem zapnutím přídavného bipolární tranzistor.
Důležité! Tranzistor je nezbytně součástí obvodu zpětnovazební smyčky.
Takové zahrnutí převádí obvod na paralelní regulátor, který vyžaduje, aby vstupní napětí překročilo výstupní napětí. Jeho účinnost nemůže překročit poměr Uout/Uin. Tím se zhoršují parametry stabilizátoru, proto je lepší použít tranzistor s efektem pole, úbytek napětí na něm je menší.
Zde je účinnost vyšší z důvodu menšího požadovaného rozdílu mezi vstupním a výstupním napětím, ale pro hradlo tranzistoru je potřeba přídavný zdroj energie - jeho napětí musí přesáhnout Vin.
Na TL431 můžete sestavit stabilizátor proudu.
Proud v kolektorovém obvodu tranzistoru se bude rovnat Istab \u003d Vref / R1.
Pokud je stejný obvod zahrnut ve formě dvousvorkové sítě, získá se omezovač proudu.
Proud bude omezen na Io=Vref/R1+Ika. Hodnotu předřadného odporu je nutné zvolit z podmínek Rb=Uin(Io/hfe+Ika), kde hfe je zesílení tranzistoru. Lze jej měřit multimetrem, který má tuto funkci.
Radioamatéři používají mikroobvody v nestandardních inkluzích. TL431 má tendenci k samobuzení, což je nevýhoda. To však umožňuje jeho použití jako generátory řízené napětím. K tomu je na výstupu instalován kondenzátor.
Jaké jsou analogy
Mikroobvod má vysokou popularitu ve světě profesionálů a nadšenců elektroniky. Proto jej vyrábí mnoho výrobců. Mikroobvod pod původním názvem vyrábějí světoznámé firmy Texas Instruments (jako vývojář), Motorola, Fairchild Semiconductor a další. Nelze nezmínit dříve vydaný stabilizátor TL430 s Vref = 2,75 V a maximálním provozním proudem zvýšeným jedenapůlkrát. Tento mikroobvod byl však méně žádaný a nedožil se až do začátku éry montáže SMD.
Jiní výrobci vyrábějí regulátor napětí s jinými písmennými indexy, ale ve svých názvech mají vždy čísla 431 (jinak spotřebitel jednoduše nebude věnovat pozornost neznámému mikroobvodu). Na trhu jsou:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N
a další mikroobvody podobné funkčnosti. Produkty málo známých a neznámých výrobců ale nezaručují dodržení parametrů.
Existuje domácí analog - KR142EN19A, vyráběný v balení KT-26 (podobně jako nízkovýkonový tranzistor). Je zcela podobný původnímu čipu, ale některé vlastnosti se mírně liší. Vnitřní odpor je tedy normalizován v rozsahu <0,5 Ohm.
Za zmínku stojí PWM řadič SG6105. Obsahuje dva vnitřní stabilizátory, naprosto shodné s TL431. Mají samostatné svorky a lze je použít jako zdroje referenčního napětí.
Jak zkontrolovat výkon čipu TL431
Mikroobvod má poměrně složitou vnitřní strukturu, takže jej nemůže zkontrolovat jeden tester. V každém případě budete muset shromáždit nějaký druh schématu. Pokud existuje regulované napájení, pak jsou zapotřebí tři odpory a LED.
Napětí zdroje nesmí být větší než 36 V. R1 je zvoleno tak, aby při maximálním napětí proud přes LED nepřesáhl 10-15 mA. Poměr R1 a R3 by měl být takový, aby při maximálním zdrojovém napětí připadalo na R3 více než 2,5 V a nejlépe více než 3. Když výstupní napětí stoupne z 0 V na prahovou hodnotu na R3, LED bude blikat, což znamená, že mikroobvod funguje. Nemůžete nainstalovat LED, ale jednoduše změřte napětí na katodě - mělo by se náhle změnit.
Pokud není regulovaný zdroj, ale je tam zdroj s konstantním napětím, budete muset místo R3 použít potenciometr. Když se motor otáčí v obou směrech, LED by se měla rozsvítit a zhasnout.
Trh s elektronickými součástkami nabízí velmi širokou škálu integrovaných regulátorů napětí.Rozsah je však velmi rozsáhlý, takže mnoho typů mikroobvodů má své místo na trhu. Včetně TL431.
Podobné články:
