Стабилизатор напряжения на 431. Стабилитрон TL431: схема включения. Можно ли заряжать литий-ионный аккумулятор без контроллера
Николай Петрушов
TL431, что это за "зверь" такой?
Рис. 1 TL431.
TL431 была создана в конце 70-х и по настоящее время широко используется в промышленности и в радиолюбительской деятельности.
Но не смотря на её солидный возраст, не все радиолюбители близко знакомы с этим замечательным корпусом и его возможностями.
В предлагаемой статье я постараюсь ознакомить радиолюбителей с этой микросхемой.
Для начала давайте посмотрим, что у неё внутри и обратимся к документации на микросхему, "даташиту" (кстати, аналогами этой микросхемы являются - КА431, и наши микросхемы КР142ЕН19А, К1156ЕР5х).
А внутри у неё с десяток транзисторов и всего три вывода, так что же это такое?
Рис. 2
Устройство TL431.
Оказывается всё очень просто. Внутри находится обычный операционный усилитель ОУ (треугольник на блок-схеме) с выходным транзистором и источником опорного напряжения.
Только здесь эта схема играет немного другую роль, а именно - роль стабилитрона. Ещё его называют "Управляемый стабилитрон".
Как он работает?
Смотрим блок-схему TL431 на рисунке 2. Из схемы видно, ОУ имеет (очень стабильный) встроенный источник опорного напряжения 2,5 вольт (маленький квадратик) подключенный к инверсному входу, один прямой вход (R), транзистор на выходе ОУ, коллектор (К) и эмиттер (А), которого объединены с выводами питания усилителя и защитный диод от переполюсовки. Максимальный ток нагрузки этого транзистора до 100 мА, максимальное напряжение до 36 вольт.
Рис. 3
Цоколёвка TL431.
Теперь на примере простой схемы, изображенной на рисунке 4, разберём, как это всё работает.
Мы уже знаем, что внутри микросхемы имеется встроенный источник опорного напряжения - 2,5 вольт. У первых выпусков микросхем, которые назывались TL430 - напряжение встроенного источника было 3 вольта, у более поздних выпусков, доходит до 1,5 вольта.
Значит для того, чтобы открылся выходной транзистор, необходимо на вход (R) операционного усилителя, подать напряжение - чуть превышающее опорное 2,5 вольт, (приставку "чуть" можно опустить, так как разница составляет несколько милливольт и в дальнейшем будем считать, что на вход нужно подать напряжение равное опорному), тогда на выходе операционного усилителя появится напряжение и выходной транзистор откроется.
Если сказать по простому, TL431 - это что то типа полевого транзистора (или просто транзистора), который открывается при напряжении 2,5 вольта (и более), подаваемого на его вход. Порог открытия-закрытия выходного транзистора здесь очень стабильный из-за наличия встроенного стабильного источника опорного напряжения.
Рис. 4
Схема на TL431.
Из схемы (рис. 4) видно, что на вход R микросхемы TL431, включен делитель напряжения из резисторов R2 и R3, резистор R1 ограничивает ток светодиода.
Так как резисторы делителя одинаковые (напряжение источника питания делится пополам), то выходной транзистор усилителя (ТЛ-ки) откроется при напряжении источника питания 5 вольт и более (5/2=2,5). На вход R в этом случае с делителя R2-R3 будет подаваться 2,5 вольт.
То есть светодиод у нас загорится (откроется выходной транзистор) при напряжении источника питания - 5 вольт и более. Потухнет соответственно при напряжении источника менее 5-ти вольт.
Если увеличить сопротивление резистора R3 в плече делителя, то необходимо будет увеличить и напряжение источника питания больше 5 вольт, для того, что-бы напряжение на входе R микросхемы, подаваемое с делителя R2-R3 опять достигло 2,5 вольт и открылся выходной транзистор ТЛ-ки.
Получается, что если данный делитель напряжения (R2-R3) подключить на выход БП, а катод ТЛ-ки к базе или затвору регулирующего транзистора БП, то изменением плеч делителя, например изменяя величину R3 - можно будет изменять выходное напряжение данного БП, потому что при этом будет изменяться и напряжение стабилизации ТЛ-ки (напряжение открытия выходного транзистора) - то есть мы получим управляемый стабилитрон.
Или если подобрать делитель не изменяя его в дальнейшем - можно сделать выходное напряжение БП строго фиксированным при определённом значении.
Вывод;
- если микросхему использовать как стабилитрон (основное её назначение), то мы можем с помощью подбора сопротивлений делителя R2-R3 сделать стабилитрон с любым напряжением стабилизации в пределах 2,5 - 36 вольт (максимальное ограничение по "даташиту").
Напряжение стабилизации в 2,5 вольта - получается без делителя, если вход ТЛ-ки подключить к её катоду, то есть замкнуть выводы 1 и 3.
Тогда возникают ещё вопросы. можно ли например заменить TL431 обычным операционником?
- Можно, только если есть желание конструировать, но необходимо будет собрать свой источник опорного напряжения на 2,5 вольт и подать питание на операционник отдельно от выходного транзистора, так как ток его потребления может открыть исполнительное устройство. В этом случае можно сделать опорное напряжение какое угодно (не обязательно 2,5 вольта), тогда придётся пересчитать сопротивления делителя, используемое совместно с TL431, чтобы при заданном выходном напряжении БП - напряжение подаваемое на вход микросхемы было равно опорному.
Ещё один вопрос - а можно использовать TL431, как обычный компаратор и собрать на ней, допустим, терморегулятор, или что то подобное?
Можно, но так как она отличается от обычного компаратора уже наличием встроенного источника опорного напряжения, схема получится гораздо проще. Например такая;
Рис. 5
Терморегулятор на TL431.
Здесь терморезистор (термистор) является датчиком температуры, и он уменьшает своё сопротивление при повышении температуры, т.е. имеет отрицательный ТКС (Температурный Коэффициент Сопротивления). Терморезисторы с положительным ТКС, т.е. сопротивление которых при увеличении температуры увеличивается - называются позисторы.
В этом терморегуляторе при превышении температуры выше установленного уровня (регулируется переменным резистором), сработает реле или какое либо исполнительное устройство, и контактами отключит нагрузку (тэны), или например включит вентиляторы в зависимости от поставленной задачи.
Эта схема обладает малым гистерезисом, и для его увеличения, необходимо вводить ООС между выводами 1-3, например подстроечный резистор 1,0 - 0,5 мОм и величину его подобрать экспериментальным путём в зависимости от необходимого гистерезиса.
Если необходимо, чтобы исполнительное устройство срабатывало при понижении температуры, то датчик и регуляторы нужно поменять местами, то есть термистор включить в верхнее плечо, а переменное сопротивление с резистором - в нижнее.
И в заключении, Вы уже без труда разберётесь, как работает микросхема TL431 в схеме мощного блока питания для трансивера, которая приведена на рисунке 6, и какую роль здесь играют резисторы R8 и R9, и как они подбираются.
Рис. 6 Мощный блок питания на 13 вольт, 22 ампера.
TL431- это интегральный стабилитрон. В цепи он играет роль источника опорного напряжения. Используется представленный элемент, как правило, в блоках питания. Устройство у стабилитрона довольно простое. Всего у модели используется три выхода. В зависимости от модификации в корпусе могут располагаться до десяти транзисторов. Отличительной чертой TL431 считается хорошая термостабильность.
Схема включения на 2.48 В
У стабилитрона TL431 схема включения на 2.48 В имеет одноступенчатый преобразователь. В среднем рабочий ток в системе достигает уровня 5.3 А. Резисторы для передачи сигнала могут использоваться с различной проводимостью напряжения. Точность стабилизаций в указанных устройствах колеблется в районе 2 %.
Для повышения чувствительности стабилитрона используются различные модуляторы. Как правило, подбираются именно дипольного типа. В среднем емкость их не более 3 пФ. Однако в данном случае многое зависит от проводимости тока. Чтобы снизить риск перегрева элементов, используются расширители. Подключение стабилитронов осуществляется через катод.
Включение устройства на 3.3 В
У стабилитрона TL431 схема включения на 3.3В подразумевает использование одноступенчатого преобразователя. Резисторы для передачи импульса применяются селективного типа. Еще у стабилитрона TL431 схема включения 3.3 вольта имеет модулятор небольшой емкости. Чтобы снизить риск применяют предохранители. Устанавливаются они, как правило, за стабилитронами.
Для усиления сигнала не обойтись без фильтров. В среднем пороговое напряжение колеблется в районе 5 Вт. Рабочий ток системы составляет не более 3.5 А. Как правило, точность стабилизации не превышает 3%. Также важно отметить, что подключение стабилитрона может осуществляться через векторный переходник. В этом случае транзистор подбирается резонного типа. В среднем емкость модулятора должна составлять 4.2 пФ. Тиристоры используются как фазового, так и открыто типа. Чтобы увеличить проводимость тока, необходимы триггеры.
На сегодняшний день указанные элементы оснащаются усилителями разной мощности. В среднем пороговое напряжение в системе достигается 3.1 Вт. Показатель рабочего тока колеблется в районе 3.5 А. Также важно учитывать выходное сопротивление. Представленный параметр обязан составлять не более 80 Ом.
Подключение к цепи 14 В
У стабилитрона TL431 схема включения 14V подразумевает использование скалярного преобразователя. В среднем пороговое напряжение равняется 3 Вт. Как правило, рабочий ток не превышает 5 А. При этом допустимая перегрузка колеблется в районе 4 Ач. Также у стабилитрона TL431 схема включения 14V имеет усилители как однополюсного, так и двухполюсного типа. С целью улучшения проводимости не обойтись без тетрода. Использоваться он может с одним или двумя фильтрами.
Стабилитроны серии A
Для блоков питания и инверторов используются серии A TL431. Как проверить правильность подключения элемента? На самом деле это можно сделать при помощи тестера. Показатель порогового сопротивления обязан составлять 80 Ом. Работать устройство способно через преобразователи одноступенчатого и векторного типа. Резисторы в данном случае используются с обкладкой.
Если говорить про параметры, то цепи не превышает 5 Вт. В данном случае рабочий ток колеблется в районе 3.4 А. Чтобы снизить риск перегревов транзисторов, применяются расширители. Для моделей серии A они подходят только коммутируемого типа. Чтобы увеличить чувствительность устройства, необходимы мощные модуляторы. В среднем параметр выходного сопротивления не превышает 70 Ом.
Устройства серии CLP
Стабилитронов TL431 схема включения имеет одноступенчатые преобразователи. Встретить модель CLP можно как в инверторах, так и во многих бытовых устройствах. Пороговое напряжение стабилитрона колеблется в районе 3 Вт. Непосредственно рабочий ток составляет 3.5 А. Точность стабилизации у элементов не превышает 2.5%. Для регулировки выходного сигнала используются модуляторы разных типов. Триггеры в данном случае подбираются с усилителями.
Стабилитроны серии ACLP
Стабилитронов TL431 схема включения имеет векторные или скалярные преобразователи. Если рассматривать первый вариант, то уровень рабочего тока составляет не более 4 А. В данном случае точность стабилизации составляет примерно 4%. Для усиления сигнала используются триггеры, а также тиристоры.
Если рассматривать схему подключения со скалярным преобразователем, то модуляторы применяются с емкостью около 6 пФ. Непосредственно транзисторы используются резонансного типа. Для усиления сигнала подойдут обычные триггеры. Также важно отметить, что показатель чувствительности устройства колеблется в районе 20 мВ.
Модели AC
Для дипольных инверторов часто используются чери АС стабилитроны TL431. Как проверить работоспособность подсоединенного элемента? Сделать это можно при помощи обычного тестера. Параметр выходного сопротивления обязан составлять не более 70 Ом. Также важно отметить, что устройства этой серии включаются через векторный преобразователь.
В данном случае скалярные модификации не подходят. Во многом это связано с низким порогом проводимости тока. Также важно отметить, что показатель номинального напряжения не превышает 4 Вт. Рабочий ток в цепи поддерживается на уровне 2 А. Для понижения тепловых потерь используются различные тиристоры. На сегодняшний день выпускаются расширительные и фазовые модификации.
Модели с корпусом КТ-26
В бытовых электроприборах часто встречаются с корпусом КТ-26 стабилитроны TL431. Схема включения подразумевает использование дипольных модуляторов. Производятся они с различной проводимостью тока. Параметр предельной чувствительности системы колеблется в районе 430 мВ.
Непосредственно выходное сопротивление достигает не более 70 Ом. Триггеры в данном случае используются лишь с усилителями. Для уменьшения риска возникновения коротких замыканий применяются фильтры открытого и закрыто типа. Непосредственно подключение стабилитрона осуществляется через катод.
Корпус КТ-47
TL431 (стабилизатор) с корпусом КТ-47 можно встретить в блоках питания различной мощности. Схема включения элемента подразумевает использование векторных преобразователей. Модулятор для цепей подходит емкостью до 4 пФ. Непосредственно выходное сопротивление устройств составляет примерно 70 Ом. Для улучшения проводимости стабилитронов используются тетроды только лучевого типа. Как правило, точность стабилизации не превышает 2%.
Для блоков питания на 5 В
В блоках питания 5 В включение TL431 осуществляется через усилители с различной проводимостью тока. Непосредственно преобразователи используются одноступенчатого типа. Также в некоторых случаях применяются векторные модификации. В среднем выходное сопротивление составляет около 90 Ом. Показатель точности стабилизации в устройствах составляет 2%. Расширители для блоков используются как коммутируемого, так и открыто типа. Триггеры можно использовать только с фильтрами. На сегодняшний день они производятся с одним и несколькими элементами.
Схема включения для блоков на 10 В
Схема включения стабилитрона в блок питания подразумевает использование одноступенчатого либо векторного преобразователя. Если рассматривать первый вариант, то модулятор подбирается с емкостью на уровне 4 пФ. В данном случае триггер используется лишь с усилителями. Иногда для повышения чувствительности стабилитрона применяются фильтры. Пороговое напряжение цепи в среднем составляет 5.5 Вт. Рабочий ток системы колеблется в районе 3.2 А.
Параметр стабилизации, как правило, не превышает 3%. Если рассматривать схему с векторным преобразователем, то тут не обойтись без трансивера. Использоваться он может либо открытого, либо хроматического типа. Модулятор устанавливается с емкостью на уровне 5.2 пФ. Расширитель встречается довольно редко. В некоторых случаях он способен повысить чувствительность стабилитрона. Однако важно учитывать, что тепловые потери элемента значительно возрастают.
Схема для блоков на 15 В
Стабилитрона TL431 схема включения через блок на 15 В осуществляется при помощи одноступенчатого преобразователя. В свою очередь, модулятор подходит с емкостью на уровне 5 пФ. Резисторы применяются исключительно селективного типа. Если рассматривать модификации с триггерами, то параметр порогового напряжения не превышает 3 Вт. Точность стабилизации находится в районе 3%. Фильтры для системы подходят как открытого, так и закрытого типа.
Также важно отметить, что в цепи может устанавливаться расширитель. На сегодняшний день модели выпускаются в основном коммутируемого типа. У модификаций с трансиверами проводимость тока не превышает 4 мк. В данном случае показатель чувствительности стабилитрона колеблется в районе 30 мВ. Выходное сопротивление при этом достигает примерно 80 Ом.
Для автомобильных инверторов
Для часто используются серии АС стабилитроны TL431. Схема включения в данном случае подразумевает использование двухразрядных триодов. Непосредственно фильтры применяются открытого типа. Если рассматривать схемы без расширителя, то пороговое напряжение колеблется в районе 10 Вт.
Непосредственно рабочий ток составляет 4 А. Параметр перегрузки системы допускается в 3 мА. Если рассматривать модификации с расширителями, то в данном случае устанавливаются высокоемкостные модуляторы. Резисторы используются стандартно селективного типа.
В некоторых случаях применяются разной мощности усилители. Параметр порогового напряжения, как правило, не превышает 12 Вт. Выходное сопротивление системы может колебаться от 70 до 80 Ом. Показатель точности стабилизации равняется примерно 2%. Рабочий ток у систем составляет не более 4.5 А. Непосредственно подключение стабилитронов происходит через катод.
Стабилизатор интегральный TL431, как правило, используется в блоках питания. Но для него еще можно подобрать немало сфер использования. Некоторые из данных схем опишем в этой статье, а также расскажем о полезных и простых устройствах, выполненных с помощью микросхемы TL431. Но в данном случае не надо пугаться термина «микросхема», у нее только три выхода, и внешне она схожа с простым маломощным транзистором TO90.
Что такое микросхема TL431?
Уж так сложилось, что все электронщики знают магические цифры TL431, аналог 494. Что это такое?
Предприятие «Texas Instrument» находилось у истоков разработки полупроводников. Они всегда были на первых местах в производстве электронных компонентов, постоянно удерживаясь в первой десятке мировых лидеров. Первая интегральная схема была разработана еще в 1958 г. работником этой фирмы Джеком Килби.
Сегодня фирма TI производит большой ассортимент микросхем, их название начинается с букв SN и TL. Это соответственно логические и аналоговые микросхемы, навсегда вошедшие в историю предприятия TI, и до сих пор имеют широкое использование.
В числе фаворитов в перечне «магических» микросхем нужно, вероятней всего, интегральный стабилизатор TL431 . В 3-х выходном корпусе данной микросхемы установлено 10 транзисторов, а функция, исполняемая ей, идентична с простым стабилитроном (диод Зеннера).
Но благодаря этому усложнению, микросхема имеет повышенную крутизну характеристик и более высокую термостабильность. Основная же ее особенность заключается в том, что с помощью наружного разделителя напряжение стабилизации можно менять ток в диапазоне 2,6…32 Вольт. У современных TL431 аналог нижнего порога имеет 1,25 Вольт.
TL431 аналог разработал инженер Барни Холандом, когда он занимался копированием схемы стабилизатора другой фирмы. В нашей бы стране сказали сдирание, а не копирование. И Холанд позаимствовал из изначальной схемы источник опорного напряжения, и уже на этой основе разработал отдельную стабилизаторную микросхему. Вначале она имела название TL430, а после определенных доработок стана называться TL431.
С той поры прошло много времени, но нет сегодня ни одного блока питания для компьютера, где бы она не была установлена. Схема также нашла применение почти во всех импульсных немощных источниках питания. Один из этих источников сегодня есть в любом доме – это зарядка для мобильных телефонов. Этому долгожительству можно лишь позавидовать.
Также Холандом была разработана не менее известная и до сегодняшнего дня востребованная схема TL494. Это двухчастотный ШИМ - контроллер , на основе которого изготовлено множество видов источников питания. Потому цифра 494 также по праву является к «магической». Но перейдем к рассмотрению разных изделий на основе TL431.
Сигнализаторы и индикаторы
Схемы TL431 аналог может использоваться не только по своему непосредственному предназначению в качестве стабилитронов в блоках питания. На основе этой микросхемы возможно создание разных звуковых сигнализаторов и индикаторов освещения. При помощи этих устройств можно проверять множество разных параметров.
Для начала, это обычное напряжение электричества . Если же какую-то физическую величину при помощи датчиков представить в качестве напряжения, то можно создать оборудование, контролирующее, к примеру:
- влажность и температуру;
- уровень воды в баке;
- давление газа или жидкости;
- освещенность.
Принцип работы этого сигнализатор основан на том, что во время напряжения на электроде управления стабилитрона DA1 (выход 1) меньше 2,6 Вольт стабилитрон закрыт, сквозь него проходит только невысокий ток, обычно не больше 0.20…0.30 мА. Но данного тока хватает для слабого свечения диода HL1. Чтобы такого явления не происходило, можно параллельно диоду подсоединить резистор сопротивлением приблизительно 1…2 КОм
.
Если напряжение на электроде управления более 2,6 Вольт, то стабилитрон откроется и загорится диод HL1. Требуемое ограничение напряжения через стабилитрон DA1 и диод HL1 создает R3. Наибольший ток стабилитрона имеет 100 мА, при этом такой же параметр у диода HL1 только 22 мА. Именно из данного условия и можно вычислить сопротивление резистора R3. Более точней сопротивление рассчитывается по нижеуказанной формуле.
R3=(Uпит – Uhl - Uda) / Ihl, где:
- Uda – ток на открытой микросхеме (как правило, 2 Вольт);
- Uhl – непосредственное падение тока на диоде;
- Uпит – ток питания;
- Ihl – напряжение диода (находится в диапазоне 4…12 мА).
Также нужно помнить о том, что наибольшее напряжение для TL431 только 36 Вольт. Данный параметр нельзя превышать.
Уровень включения сигнализатора
Ток на электроде управления, когда включается диод HL1 (Uз) задается разделителем R1, R2. Характеристики разделителя определяются по формуле:
R2=2.5хR1/(Uз – 2.5)
Для максимально точной подстройки порога включения можно вместо резистора R2 поставить подстроечный, с показателем раза в 1,5 выше, нежели получилось по расчету. Затем, когда настойка сделана, его можно поменять на постоянный резистор, его сопротивление должно равняться сопротивлению установленной части подстроечного.
Как TL431 проверить схему включения? Чтобы проконтролировать несколько уровней тока будет необходимо 3 этих сигнализатора, каждый из них настраивается на определенное напряжение. Таким способом можно сделать целую линейку шкалы и индикаторов.
Для электропитания цепи индикации, которая состоит из резистора R3 и диода HL1, можно использовать отдельный даже нестабилизированный источник питания. В данном случае контролируемый ток подается на верхний по схеме выход резистора R1, который нужно отсоединить от резистора R3. При этом подключении контролируемый ток может быть в диапазоне от 3-х, до десятков вольт .
Отличие данной схемы от предыдущей заключается в том, что диод подсоединен по-другому. Это подключение называется инверсным, так как диод включается в лишь случае, если схема закрыта. В случае, когда контролируемый ток превышает порог заданный разделителем R1, R2 схема открыта, и ток проходит через резистор R3 и выходы 3 – 2 микросхемы.
На схеме в данном случае происходит падение напряжения до 2 Вольт, которого не хватает для включения светодиода. Чтобы диод гарантированно не включился, последовательно с ним устанавливают два диода.
Если контролируемый ток будет меньше заданного разделителем R1, R2 схема закроется, ток на ее выводе будет значительно больше 2 Вольт, потому диод HL1 включится .
Если нужно проконтролировать лишь изменение тока, то индикатор можно сделать по схеме.
В данном индикаторе использован 2-хцветный диод HL1. Если контролируемый ток превышает заданное значение, включается красный диод, а если ток ниже, то зеленый. В случае если напряжение расположено вблизи этого порога, погашены оба светодиода, потому что передаточное положение стабилитрона имеет некоторую крутизну.
Если нужно отследить изменение какой-то физической величины, то R2 заменяют датчиком, который изменяет сопротивление под воздействием окружающей среды.
Условно на схеме находится одновременно несколько датчиков. Если это фототранзистор, то будет фотореле. Пока света достаточно, фототранзистор открыт, и сопротивление у него небольшое. Потому ток на управляющем выходе DA1 ниже порогового , в результате этого диод не светит.
По мере уменьшения света сопротивление фототранзистора повышается, это приводит к увеличению напряжения на управляющем выходе DA1. Если данное напряжение будет больше порогового (2,5 Вольт), то стабилитрон открывается и загорается диод.
Если подключить терморезистор, вместо фототранзистора, к входу микросхемы, к примеру, серии ММТ, то выйдет индикатор температуры: при уменьшении температуры диод будет включаться.
Порог срабатывания в любом случае задается при помощи резистора R1.
Помимо описанных световых индикаторов, на базе TL431 аналога можно сделать и звуковой индикатор. Для контроля воды, к примеру, в ванне, к схеме подсоединяется датчик из двух пластин нержавейки, которые находятся на расстоянии пары миллиметров между собой.
Если вода дойдет до датчика, то его сопротивление снижается, а микросхема с помощью R1, R2 войдет в линейный режим. Так, возникает автогенерация на резонансной частоте НА1 , в этом случае произойдет звуковой сигнал.
Подводя итог, хотелось бы сказать, что все-таки основная сфера использования микросхемы TL434, естественно же, блоки питания. Но, как можно убедиться, возможности микросхемы только этой функцией абсолютно не ограничены, и можно собрать множество устройств.
Есть много известных, знаковых, новаторских и одновременно простых конструкций интегральных схем, которые превзошли ожидания своих создателей, стали популярными и даже как-то повлияли на развитие электроники. Одна из них – управляемый стабилитрон tl431. Сделанная в 1978 году микросхема tl431 до сих пор широко применяется во многих профессиональных и любительских проектах.
Эксплуатационные характеристики tl431
Чтобы составить представление о конструкции tl431, надо изучить datasheet устройства или описание микросхемы на русском языке, которое можно найти в сети.
Часто tl431-ая система представлена в виде компаратора или конкретного транзистора с опорным напряжением 2,5 В и напряжением насыщения около 2 В. Транзистор открывается в момент достижения напряжения между анодной (Anode) и входной (Reference) клеммой 2,5 В, ток начинает протекать от анода к катоду. Если напряжение ниже величины открытия, транзистор запирается. Интерпретация схемы тл в виде такого транзистора облегчает понимание ее работы.
Фактически, это интегральная схема с расширенной внутренней структурой, состоящей из нескольких транзисторов, резисторов и конденсаторов.
В «даташите» представлены различные параметры системы, главными рабочими характеристиками являются:
- Максимальное катодное напряжение – 36 В;
- Источник очень стабилен, имеет температурный дрейф обычно около 3-7 мВ;
- Входной ток (Ref) составляет 1-5 мкА;
- Минимальное значение катодного тока рекомендуется 1 мА, максимальное – 100 мА.
Преимущества tl431 :
- регулируемое напряжение;
- потребляет мало энергии;
- защищает аккумулятор от глубокой разрядки;
- может использоваться, как регулируемый Z-диод и как управляемый усилитель;
- обладает только тремя контактами;
- низкая стоимость.
Цоколевка микросхемы зависит от фирмы-изготовителя и может различаться. Если радиолюбители выпаивают tl431 из какой-либо платы, то распиновка будет на ней видна.
Цоколёвка tl431 с несколькими разновидностями исполнения представлена на рисунке.
Схема включения
Для tl431 схема включения зависит от того, для каких целей предназначается устройство. Простейшее его применение – стабилизация напряжения заданной величины.
На вход tl431 подключается делитель напряжения, выполненный с помощью пары резисторов. С учетом технических данных микросхемы можно вычислить требуемые сопротивления.
Допустим, на выходе необходимо получить 5 В. Расчеты ведутся на основании формулы:
Vout = (1 + R1/R2) x Vref.
Полная формула записывается в виде:
Vout = (1 + R1/R2) x Vref + (Iref x R1), но вторую часть уравнения можно игнорировать, так как это очень маленькое значение, хотя все будет зависеть от используемой схемы.
- 5 В = (1 + R1/R2) х 2,5;
- R1/R2 = 1.
Так как соотношение сопротивлений равно 1, должны использоваться два резистора с одинаковым сопротивлением.
Второй пример для выходного напряжения 2,75 В:
- 2,75 В = (1 + R1/R2) х 2,5;
- R1/R2 = 0,1.
Например, если один резистор взят сопротивлением 1 кОм, то другой – должен быть 10 кОм.
В результате опорное напряжение сохраняется на уровне 2,5 В, останавливая свой выбор на различных сопротивлениях делителя, можно создать стабилизатор заданного значения напряжения.
Важно! В случае необходимости стабилизировать напряжение 2,5 В делитель не используется, а входной вывод tl431 соединяется с катодом.
Микросхема tl431 находит применение и как стабилизатор тока. Здесь для расчета сопротивления при желаемом токе применяется формула:
R2 = Vref/Io, где:
- R2 – сопротивление,
- Io – желаемый ток.
Так как напряжение Vref = 2,5 В, то R2 = 2,5/Io. При этом через сопротивление R2 выполняется обратная связь для сохранения уровня входного напряжения Vref.
Схемы с датчиками
Во многих схемах необходимо контролировать параметры при помощи различных датчиков (фоторезисторов, терморезисторов). Общая схема получается похожей, как для делителя, за исключением замены одного из сопротивлений. На его месте устанавливается, например, терморезистор, а катод tl431 подключается к катушке реле. Значение температуры устанавливается при помощи потенциометра. Когда температура превышает предел срабатывания, соотношение сопротивлений изменяется, напряжение на контакте управления tl431 превышает уровень открывания, ток пропускается на катушку реле, имеющую замыкающие контакты в цепи нагрузки.
Зарядное устройство
Для зарядных устройств важно ограничивать параметры тока и напряжения заряда во избежание повреждения аккумуляторов. Такая схема легко может быть реализована с применением интегральной микросхемы tl 431 и других элементов:
- Если выходное напряжение не достигло показателя 4,2 В, регулирование зарядного тока осуществляется посредством транзисторов и резисторов;
- По достижении значения 4,2 В выходное напряжение ЗУ контролируется tl431, не позволяя ему повышаться дальше.
Проверка микросхемы
Радиолюбители задаются вопросом, как проверить tl431 мультиметром? Простая прозвонка микросхемы невозможна, ведь она содержит много элементов. Но есть способ, как проверить работоспособность устройства, собрав специальную схему из резисторов, кнопки и самой ТЛ-схемы. Подключение мультиметра на выход схемы теперь поможет определить исправность tl431.
Электронный компонент tl 431 - это одна из интегральных микросхем, чьё производство поставлено на массовый поток, начиная, с 1978 года. Она широко используется в большинстве компьютерных блоков питания, телевизоров и другой бытовой технике в качестве прецизионного программируемого источника опорного напряжения. На практике сложилось несколько схем включения tl431.
Устройство электронного элемента
Микросхема обладает простой конструкцией, состоящей из следующих элементов: корпуса, операционного усилителя (ОУ), выходного tl431 транзистора, а также источника опорного напряжения. Особенностью этой микросхемы является то, что она выполняет функции стабилитрона.
Источник опорного напряжения на 2.5 вольта, обладающий высокой стабильностью, подключается к инверсному входу ОУ (-), эмиттеру транзистора и землёй с помощью двух общих точек в цепь опорного напорного также включён кремниевый диод. Он предназначен для предотвращения создания обратного тока и защищает от переполюсовки. Прямой вход ® предназначен для приёма сигнала с других плат, а также питания усилителя. Он подключается через диод к коллектору транзистора также через общую точку. Выход ОУ подключён к базе транзистора.
Следует помнить, что транзистор, используемый в микросхемах данной серии, способен выдержать нагрузки до 0.1 А и 36 В.
Принцип работы
Работа микросхемы основана на принципе превышения напряжения поданного на прямой вход ОУ над опорным. При U (напряжении на прямом входе) меньше или равным Vref (опорном напряжении на выходе) будет подобное низкое напряжение, из-за чего транзистор не откроется, а ток по цепи анод-катод не будет поступать. Как только U превысит Vref на выходе ОУ, образуется напряжение, способное открыть транзистор и заставить ток протекать от катода к аноду, что заставляет микросхему работать.
Цоколёвка tl341
TL 341 представляет собой трёхвыводную микросхему. Каждая ножка имеет собственное название 1 - reference (выход), 2 - anode (анод) и 3 - catode (катод).
На практике цоколёвка бывает различной и зависит от типа корпуса выбранного производителем при изготовлении изделия. TL431 выпускается в большом количестве разных корпусов, от древних TO-92 до современных SOT-23. Распиновка tl431 в зависимости от вида корпуса изображены на рисунке 3.
Аналогами tl431 отечественного производства являются микросхемы КР142ЕН19А и К1156ЕР5Т. К зарубежным аналогам можно отнести:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N;
- AME431BxxxxBZ;
- AS431A1D;
- LM431BCM.
Технические характеристики
Основными техническим характеристиками микросхемы tl 341 являются:
Из характеристик видно, что микросхему можно использовать при довольно обширном диапазоне напряжения, однако пропускная способность по току весьма невелика. Чтобы получить более серьёзные, к катодной цепи подключают мощные транзисторы, которые регулируют выходные параметры.
Схемы включения
Микросхема tl 431 представляет собой стабилитрон интегрального типа. Она обладает тремя схемами включения:
- на 2.48 В (1);
- на 3, 3 В (2);
- на 14 В.
Вариант 1: схема на 2,48 В.
Схема включения стабилитрона на 2.48 вольта оснащена одноступенчатым преобразователем. Среднее значение рабочего тока в подобной системе составляет 5.3 А. К выводу ref (цепь опорного напряжения) монтируется цепь, состоящая из двух параллельно соединённых резисторов (по 2.4 и 2.26 кОм). На эти резисторы предварительно подаётся напряжение равное 5 В, которое после прохождения цепи превращается в 2,48.
С целью повышения чувствительности стабилитрона применяются разнообразные модуляторы, в основном, дипольного типа с ёмкостью менее 3 пФ (пикофарад). Стабилитроны подключают к катоду.
Вариант 2: схема включения на 3,3 В.
В схеме включения на 3,3 В также используется одноступенчатый преобразователь и резистор на 1 кОм, подключённый к катоду. Перед сопротивлением ставится сторонний источник питания на 3 В. К выводу (ref) подключается конденсатор ёмкостью 10 нФ, соединённый с землёй. Анод в подобной схеме сажается напрямую на землю, а катодная и входная цепи соединяются двумя общими точками.
Проблемой этой схемы включения является большая вероятность возникновения короткого замыкания (КЗ). Для того чтобы снизить риск возникновения КЗ, после стабилитронов монтируют предохранитель.
Чтобы усиливать сигнал к выводу подключают специальные фильтры. В такой схеме включения средние показатели напряжения и тока составляют 5 В/ 3.5 А, а точность стабилизации менее 3%. Стабилитрон подключается через векторный переходник поэтому нужно подбирать транзистор резонного типа Средняя ёмкость модулятора должна составлять 4.2 пФ. Для увеличения проводимости тока можно использовать триггеры.
Независимые устройства на базе микросхемы
Эту микросхему используют в блоках питания телевизоров и компьютером. Однако на её базе можно составить независимые электрические схемы некоторыми, из которых являются:
- стабилизатор тока;
- звуковой индикатор.
Стабилизатор тока
Стабилизатор тока - это одна из самых простых схем, которые можно реализовать на микросхеме tl 341. Он состоит из следующих элементов:
- источника питания;
- сопротивления R 1, подключённого с помощью общей точки к + линии питания;
- шунтирующего сопротивления R 2 к - линии питания;
- транзистора, чей эмиттер подключён к - линии через резистор R 2, коллектор к выходу - линии, а база через общую точку к катоду микросхемы;
- микросхемы tl 341, чей анод подключён к - линии с помощью общей токи, а вывод ref включён в эмиттерную цепь транзистора также с помощью общей точки.
Основную роль в данной схеме выполняет шунтирующий резистор R 2, который за счёт обратной связи устанавливает значение, напряжение равное 2,5 В. Из-за этого выходной ток будет принимать следующий вид: I=2,5/R2.
Звуковой индикатор
Звуковой индикатор на базе tl 341 представляет собой простую схему, изображённую на рисунке 5
Такой звуковой индикатор можно использовать для отслеживания уровня воды в какой-либо ёмкости. Датчик представляет собой электронную схему в корпусе с двумя выводными электродами, изготовленными из нержавеющей стали, один из которых расположен на 20 мм выше другого.
В момент соприкосновения выводов датчика с водой происходит снижение сопротивления и осуществляется переход tl 341 в линейный режим через резисторы R 1и R 2. Это способствует появлению автогенирации на резонансной частоте и образованию звукового сигнала.
Проверка работоспособности с помощью мультиметра
Вопросом о том, как проверить tl431 с помощью мультиметра, задаются многие. Ответ на него достаточно прост для того, чтобы проверить микросхему tl341 или её модификации tl431a необходимо выполнить следующие действия:
- Собрать простую тестовую схему с использованием микросхемы и ключа.
- Замкнуть цепь переключателя и провести измерения. Мультиметр должен показывать значение опорного напряжения - 2,5 В.
- Разомкнуть цепь и провести измерения. На дисплее измерительного прибора должно быть 5 В.
