Стабілізатор напруги 431. Стабілітрон TL431: схема включення. Чи можна заряджати літій-іонний акумулятор без контролера
Микола Петрушов
TL431, що це за "звір" такий?
Мал. 1 TL431.
TL431 була створена наприкінці 70-х і до теперішнього часу широко використовується в промисловості та в радіоаматорській діяльності.
Але незважаючи на її солідний вік, не всі радіоаматори близько знайомі з цим чудовим корпусом та його можливостями.
У пропонованій статті я постараюся ознайомити радіоаматорів із цією мікросхемою.
Для початку давайте подивимося, що у неї всередині і звернемося до документації на мікросхему, "датасіту" (до речі, аналогами цієї мікросхеми є - КА431, і наші мікросхеми КР142ЕН19А, К1156ЕР5х).
А всередині в неї з десяток транзисторів і всього три висновки, то що це таке?
Мал. 2Пристрій TL431.
Виявляється, все дуже просто. Усередині знаходиться звичайний операційний підсилювач ОУ (трикутник на блок-схемі) з вихідним транзистором та джерелом опорної напруги.
Тільки тут ця схема грає трохи іншу роль, а саме – роль стабілітрона. Ще його називають "Керований стабілітрон".
Як він працює?
Дивимося блок-схему TL431 на малюнку 2. Зі схеми видно, ОУ має (дуже стабільне) вбудоване джерело опорної напруги 2,5 вольт (маленький квадратик) підключений до інверсного входу, один прямий вхід (R), транзистор на виході ОУ, колектор ( К) та емітер (А), якого об'єднані з висновками живлення підсилювача та захисний діод від переполюсування. Максимальний струм навантаження транзистора до 100 мА, максимальна напруга до 36 вольт.
Мал. 3Цоколівка TL431.
Тепер на прикладі простої схеми, зображеної малюнку 4, розберемо, як усе працює.
Ми вже знаємо, що всередині мікросхеми є вбудоване джерело опорної напруги – 2,5 вольт. У перших випусків мікросхем, які називалися TL430 - напруга вбудованого джерела було 3 вольти, у пізніших випусків доходить до 1,5 вольта.
Значить для того, щоб відкрився вихідний транзистор, необхідно на вхід (R) операційного підсилювача, подати напругу - трохи перевищує опорну 2,5 вольт, (приставку "трохи" можна опустити, так як різниця становить кілька мілівольт і надалі вважатимемо, що на вхід потрібно подати напругу, що дорівнює опорному), тоді на виході операційного підсилювача з'явиться напруга і вихідний транзистор відкриється.
Якщо сказати по простому, TL431 - це щось типу польового транзистора (або просто транзистора), який відкривається при напрузі 2,5 вольта (і більше), що подається на його вхід. Поріг відкриття-закриття вихідного транзистора тут дуже стабільний із-за наявності вбудованого стабільного джерела опорної напруги.
Мал. 4Схема TL431.
Зі схеми (рис. 4) видно, що на вхід R мікросхеми TL431, включений дільник напруги з резисторів R2 і R3, резистор R1 обмежує струм світлодіода.
Так як резистори дільника однакові (напруга джерела живлення ділиться навпіл), вихідний транзистор підсилювача (ТЛ-ки) відкриється при напрузі джерела живлення 5 вольт і більше (5/2=2,5). На вхід R у цьому випадку з дільника R2-R3 подаватиметься 2,5 вольт.
Тобто світлодіод у нас загориться (відкриється вихідний транзистор) при напрузі джерела живлення – 5 вольт і більше. Погасне відповідно при напрузі джерела менше 5 вольт.
Якщо збільшити опір резистора R3 в плечі дільника, то необхідно буде збільшити і напругу джерела живлення більше 5 вольт, для того, щоб напруга на вході R мікросхеми, що подається з дільника R2-R3 знову досягла 2,5 вольт і відкрився вихідний транзистор ТЛ -ки.
Виходить, що якщо дільник напруги (R2-R3) підключити на вихід БП, а катод ТЛ-ки до бази або затвора регулюючого транзистора БП, то зміною плечей дільника, наприклад змінюючи величину R3 - можна буде змінювати вихідну напругу даного БП, тому що при цьому змінюватиметься і напруга стабілізації ТЛ-ки (напруга відкриття вихідного транзистора) - тобто ми отримаємо керований стабілітрон.
Або якщо підібрати дільник не змінюючи його надалі - можна зробити вихідну напругу БП суворо фіксованою при певному значенні.
Висновок;- якщо мікросхему використовувати як стабілітрон (основне її призначення), то ми можемо за допомогою підбору опорів дільника R2-R3 зробити стабілітрон з будь-якою напругою стабілізації в межах 2,5 - 36 вольт (максимальне обмеження за "датаситом").
Напруга стабілізації 2,5 вольта - виходить без дільника, якщо вхід ТЛ-ки підключити до її катоду, тобто замкнути висновки 1 і 3.
Тоді ще виникають питання. можна замінити TL431 звичайним операційним оператором?
- Можна тільки якщо є бажання конструювати, але необхідно буде зібрати своє джерело опорної напруги на 2,5 вольт і подати харчування на операційник окремо від вихідного транзистора, так як струм його споживання може відкрити виконавчий пристрій. У цьому випадку можна зробити опорну напругу яку завгодно (не обов'язково 2,5 вольта), тоді доведеться перерахувати опори дільника, що використовується спільно з TL431, щоб при заданому вихідному напрузі БП - напруга, що подається на вхід мікросхеми, була рівною опорному.
Ще одне питання - а чи можна використовувати TL431, як звичайний компаратор і зібрати на ній, припустимо, терморегулятор, або щось подібне?
Можна, але оскільки вона відрізняється від звичайного компаратора вже наявністю вбудованого джерела опорної напруги схема вийде набагато простіше. Наприклад, така;
Мал. 5Терморегулятор на TL431
Тут терморезистор (термістор) є датчиком температури, і зменшує свій опір у разі підвищення температури, тобто. має негативний ТКС (Температурний Коефіцієнт Опору). Терморезистори з позитивним ТКС, тобто. опір яких зі збільшенням температури збільшується - називаються позистори.
У цьому терморегуляторі при перевищенні температури вище встановленого рівня (регулюється змінним резистором), спрацює реле або якийсь виконавчий пристрій, і контактами відключить навантаження (тени), або наприклад включить вентилятори в залежності від поставленого завдання.
Ця схема має малий гістерезисом, і для його збільшення, необхідно вводити ООС між висновками 1-3, наприклад, підстроювальний резистор 1,0 - 0,5 мОм і величину його підібрати експериментальним шляхом в залежності від необхідного гістерезису.
Якщо необхідно, щоб виконавчий пристрій спрацьовував при зниженні температури, датчик і регулятори потрібно поміняти місцями, тобто термістор включити у верхнє плече, а змінний опір з резистором - в нижнє.
І на завершення, Ви вже легко розберетеся, як працює мікросхема TL431 у схемі потужного блоку живлення для трансівера, яка наведена на малюнку 6, і яку роль тут грають резистори R8 і R9, і як вони підбираються.
Мал. 6Потужний блок живлення на 13 вольт, 22 ампери.
TL431 - це інтегральний стабілітрон. У ланцюзі він відіграє роль джерела опорної напруги. Використовується представлений елемент, як правило, у блоках живлення. Пристрій у стабілітрона досить простий. Усього у моделі використовується три виходи. Залежно від модифікації в корпусі можуть бути до десяти транзисторів. Відмінною рисою TL431 вважається хороша термостабільність.
Схема включення на 2.48
У стабілітрона TL431 схема включення на 2.48 має одноступеневий перетворювач. У середньому робочий струм у системі досягає рівня 5.3 А. Резистори передачі сигналу можуть використовуватися з різною провідністю напруги. Точність стабілізацій у зазначених пристроях коливається близько 2 %.
Для підвищення чутливості стабілітрону використовуються різні модулятори. Зазвичай підбираються саме дипольного типу. У середньому ємність їх трохи більше 3 пФ. Однак у разі багато залежить від провідності струму. Щоб зменшити ризик перегріву елементів, використовуються розширювачі. Підключення стабілітронів здійснюється через катод.
Увімкнення пристрою на 3.3
У стабілітрона TL431 схема включення на 3.3В передбачає використання одноступеневого перетворювача. Резистори передачі імпульсу застосовуються селективного типу. Ще у стабілітрона TL431 схема включення 3.3 вольта має модулятор невеликої ємності. Щоб знизити ризик застосовують запобіжники. Встановлюються вони, зазвичай, за стабилитронами.
Для посилення сигналу не обійтись без фільтрів. У середньому гранична напруга коливається в районі 5 Вт. Робочий струм системи становить трохи більше 3.5 А. Зазвичай, точність стабілізації вбирається у 3%. Також важливо відзначити, що підключення стабілітрону може здійснюватися через векторний перехідник. І тут транзистор підбирається резонного типу. У середньому ємність модулятора має становити 4.2 пФ. Тиристори використовуються як фазового, так і відкритого типу. Щоб збільшити провідність струму, потрібні тригери.
На сьогоднішній день вказані елементи оснащуються підсилювачами різної потужності. У середньому гранична напруга в системі досягається 3.1 Вт. Показник робочого струму коливається в районі 3.5 А. Також важливо враховувати вихідний опір. Поданий параметр повинен становити трохи більше 80 Ом.
Підключення до ланцюга 14 В
У стабілітрона TL431 схема включення 14V має на увазі використання скалярного перетворювача. У середньому гранична напруга дорівнює 3 Вт. Як правило, робочий струм не перевищує 5 А. При цьому припустиме навантаження коливається в районі 4 Ач. Також у стабілітрона TL431 схема включення 14V має підсилювачі як однополюсного, так і двополюсного типу. З метою покращення провідності не обійтися без тетроду. Використовуватися може з одним або двома фільтрами.
Стабілітрони серії A
Для блоків живлення та інверторів використовуються серії ATL431. Як перевірити правильність підключення елемента? Насправді це можна зробити за допомогою тестера. Показник порогового опору має становити 80 Ом. Працювати пристрій здатний через перетворювачі одноступінчастого та векторного типу. Резистори у разі використовуються з обкладкою.
Якщо говорити про параметри, ланцюга не перевищує 5 Вт. У разі робочий струм коливається у районі 3.4 А. Щоб знизити ризик перегрівів транзисторів, застосовуються розширювачі. Для моделей серії A вони підходять тільки типу, що комутується. Щоб збільшити чутливість пристрою, потрібні потужні модулятори. У середньому параметр вихідного опору вбирається у 70 Ом.
Пристрої серії CLP
Стабілітронів TL431 схема включення має одноступінчасті перетворювачі. Зустріти модель CLP можна як у інверторах, і у багатьох побутових пристроях. Порогова напруга стабілітрону коливається в районі 3 Вт. Безпосередньо робочий струм становить 3.5 А. Точність стабілізації елементів не перевищує 2.5%. Для регулювання вихідного сигналу використовують модулятори різних типів. Тригери у разі підбираються з підсилювачами.
Стабілітрони серії ACLP
Стабілітрони TL431 схема включення має векторні або скалярні перетворювачі. Якщо розглядати перший варіант, то рівень робочого струму не перевищує 4 А. У цьому випадку точність стабілізації становить приблизно 4%. Для посилення сигналу використовуються тригери, а також тиристори.
Якщо розглядати схему підключення зі скалярним перетворювачем, модулятори застосовуються з ємністю близько 6 пФ. Саме транзистори використовуються резонансного типу. Для посилення сигналу підійдуть звичайні тригери. Також важливо відзначити, що показник чутливості пристрою коливається близько 20 мВ.
Моделі AC
Для дипольних інверторів часто використовують чері АС стабілітрони TL431. Як перевірити працездатність підключеного елемента? Зробити це можна за допомогою звичайного тестера. Параметр вихідного опору повинен становити трохи більше 70 Ом. Також важливо відзначити, що пристрої серії включаються через векторний перетворювач.
У разі скалярні модифікації не підходять. Багато в чому це пов'язано з низьким порогом провідності струму. Також важливо відзначити, що показник номінальної напруги вбирається у 4 Вт. Робочий струм у ланцюзі підтримується лише на рівні 2 А. Для зниження теплових втрат використовуються різні тиристори. На сьогоднішній день випускаються розширювальні та фазові модифікації.
Моделі з корпусом КТ-26
У побутових електроприладах часто зустрічаються з корпусом КТ-26 стабілізатори TL431. Схема включення передбачає використання дипольних модуляторів. Виробляються вони з різною провідністю струму. Параметр граничної чутливості системи коливається близько 430 мВ.
Безпосередньо вихідний опір сягає трохи більше 70 Ом. Тригери у разі використовуються лише з підсилювачами. Для зменшення ризику виникнення коротких замикань застосовуються фільтри відкритого та закритого типу. Безпосереднє підключення стабілітрону здійснюється через катод.
Корпус КТ-47
TL431 (стабілізатор) з корпусом КТ-47 можна зустріти у блоках живлення різної потужності. Схема включення елемента передбачає використання векторних перетворювачів. Модулятор для ланцюгів підходить ємністю до 4 пФ. Безпосередньо вихідний опір пристроїв становить приблизно 70 Ом. Для поліпшення провідності стабілітронів використовуються тетроди лише променевого типу. Як правило, точність стабілізації не перевищує 2%.
Для блоків живлення на 5 В
У блоках живлення 5 включення TL431 здійснюється через підсилювачі з різною провідністю струму. Безпосередньо перетворювачі використовуються одноступінчастого типу. Також у деяких випадках застосовуються векторні модифікації. У середньому вихідний опір становить близько 90 Ом. Показник точності стабілізації у пристроях становить 2%. Розширювачі для блоків використовуються як комутованого, так і відкрито типу. Тригери можна використовувати лише з фільтрами. На сьогоднішній день вони виробляються з одним та кількома елементами.
Схема увімкнення для блоків на 10 В
Схема включення стабілітрона в блок живлення передбачає використання одноступеневого або векторного перетворювача. Якщо розглядати перший варіант, то модулятор підбирається з ємністю лише на рівні 4 пФ. У разі тригер використовується лише з підсилювачами. Іноді підвищення чутливості стабилитрона застосовуються фільтри. Порогова напруга ланцюга в середньому становить 5.5 Вт. Робочий струм системи коливається у районі 3.2 А.
Параметр стабілізації зазвичай не перевищує 3%. Якщо розглядати схему з векторним перетворювачем, тут не обійтися без трансивера. Використовуватися може або відкритого, або хроматичного типу. Модулятор встановлюється із ємністю на рівні 5.2 пФ. Розширювач трапляється досить рідко. У деяких випадках він здатний підвищити чутливість стабілітрону. Однак важливо враховувати, що теплові втрати елемента значно зростають.
Схема для блоків 15 В
Стабілітрона TL431 схема включення через блок на 15 здійснюється за допомогою одноступеневого перетворювача. У свою чергу модулятор підходить з ємністю на рівні 5 пФ. Резистори застосовуються виключно селективного типу. Якщо розглядати модифікації з тригерами, параметр порогового напруги вбирається у 3 Вт. Точність стабілізації перебуває у районі 3%. Фільтри для системи підходять як відкритого, так і закритого типу.
Також важливо відзначити, що в ланцюзі може встановлюватися розширювач. На сьогоднішній день моделі випускаються в основному комутованого типу. У модифікацій з трансіверами провідність струму вбирається у 4 мк. У разі показник чутливості стабилитрона коливається близько 30 мВ. Вихідний опір при цьому досягає приблизно 80 Ом.
Для автомобільних інверторів
Для найчастіше використовуються серії АС стабілітрони TL431. Схема включення у разі передбачає використання дворозрядних тріодів. Безпосередньо фільтри використовуються відкритого типу. Якщо розглядати схеми без розширювача, то гранична напруга коливається в районі 10 Вт.
Безпосередньо робочий струм становить 4 А. Параметр перевантаження системи допускається 3 мА. Якщо розглядати модифікації з розширювачами, то в даному випадку встановлюються високоємні модулятори. Резистори використовуються стандартно селективного типу.
У деяких випадках застосовуються різної потужності підсилювачі. Параметр порогової напруги зазвичай не перевищує 12 Вт. Вихідний опір системи може коливатися від 70 до 80 Ом. Показник точності стабілізації дорівнює приблизно 2%. Робочий струм у систем становить трохи більше 4.5 А. Безпосередньо підключення стабілітронів відбувається через катод.
Інтегральний стабілізатор TL431, як правило, використовується в блоках живлення. Але для нього можна підібрати чимало сфер використання. Деякі з цих схем опишемо в цій статті, а також розповімо про корисні та прості пристрої, виконані за допомогою мікросхеми TL431. Але в даному випадку не треба лякатися терміна «мікросхема», у неї тільки три виходи, і зовні вона схожа на простий малопотужний транзистор TO90.
Що таке мікросхема TL431?
Так склалося, що всі електронники знають магічні цифри TL431, аналог 494. Що це таке?
Підприємство «Texas Instrument»було біля витоків розробки напівпровідників. Вони завжди були на перших місцях у виробництві електронних компонентів, постійно утримуючись у першій десятці світових лідерів. Перша інтегральна схема була розроблена ще 1958 р. працівником цієї фірми Джеком Кілбі.
Сьогодні фірма TI виробляє великий асортимент мікросхем, їхня назва починається з букв SN і TL. Це відповідно логічні та аналогові мікросхеми, що назавжди увійшли в історію підприємства TI, і досі мають широке використання.
У числі лідерів у списку «магічних» мікросхем необхідно, найімовірніше, інтегральний стабілізатор TL431. У 3-х вихідному корпусі даної мікросхеми встановлено 10 транзисторів, а функція, яку вона виконує, ідентична з простим стабілітроном (діод Зеннера).
Але завдяки цьому ускладненню, мікросхема має підвищену крутість характеристик та більш високу термостабільність. Основна її особливість полягає в тому, що за допомогою зовнішнього роздільника напруга стабілізації можна змінювати струм в діапазоні 2,6...32 Вольт. У сучасних TL431 аналог нижнього порогу має 1,25 Вольт.
TL431 аналог розробив інженер Барні Холанд, коли він займався копіюванням схеми стабілізатора іншої фірми. У нашій країні сказали б здирання, а не копіювання. І Холанд запозичив із початкової схеми джерело опорної напруги, і вже на цій основі розробив окрему стабілізаторну мікросхему. Спочатку вона мала назву TL430, а після певних доопрацювань стану називатися TL431.
З того часу пройшло багато часу, але немає сьогодні жодного блоку живлення для комп'ютера, де б вона не була встановлена. Схема також знайшла застосування майже у всіх імпульсних немічних джерелах живлення. Одне з цих джерел сьогодні є у будь-якому будинку – це зарядка для мобільних телефонів. Цьому довгожиттю можна лише позаздрити.
Також Холандом була розроблена не менш відома і до сьогодні затребувана схема TL494. Це двочастотний ШІМ - контролер, на основі якого виготовлено безліч видів джерел живлення Тому цифра 494 також є по праву до «магічної». Але перейдемо до різних виробів на основі TL431.
Сигналізатори та індикатори
Схеми TL431 аналог може використовуватися не тільки за своїм безпосереднім призначенням як стабілітрони в блоках живлення. На основі цієї мікросхеми можливе створення різних звукових сигналізаторів та індикаторів освітлення. За допомогою цих пристроїв можна перевіряти багато різних параметрів.
Для початку, це звичайна напруга електрики. Якщо ж якусь фізичну величину за допомогою датчиків уявити як напругу, то можна створити обладнання, яке контролює, наприклад:
- вологість та температуру;
- рівень води у баку;
- тиск газу чи рідини;
- освітленість.
Принцип роботи цього сигналізатор заснований на тому, що під час напруги на електроді управління стабілітрона DA1 (вихід 1) менше 2,6 Вольт стабілітрон закритий, крізь нього проходить тільки низький струм, зазвичай не більше 0.20 ... 0.30 мА. Але цього струму вистачає для слабкого світіння діода HL1. Щоб такого явища не відбувалося, можна паралельно діоду приєднати резистор опором приблизно 1…2 КІМ.
Якщо напруга на електроді управління більше 2,6 Вольт, то стабілітрон відкриється та загориться діод HL1. Необхідне обмеження напруги через стабілітрон DA1 та діод HL1 створює R3. Найбільший струм стабілітрону має 100 мА, при цьому такий же параметр у діода HL1 лише 22 мА. Саме з цієї умови можна обчислити опір резистора R3. Більш точніше опір розраховується за вказаною нижче формулою.
R3 = (Upit - Uhl - Uda) / Ihl, де:
- Uda - струм на відкритій мікросхемі (як правило, 2 Вольт);
- Uhl - безпосереднє падіння струму на діоді;
- Uпіт - струм харчування;
- Ihl - напруга діода (перебуває в діапазоні 4 ... 12 мА).
Також потрібно пам'ятати про те, що найбільша напруга для TL431 лише 36 Вольт. Цей параметр не можна перевищувати.
Рівень увімкнення сигналізатора
Струм на електроді управління, коли вмикається діод HL1 (Uз) задається роздільником R1, R2. Характеристики роздільника визначаються за такою формулою:
R2=2.5хR1/(Uз – 2.5)
Для максимально точного підстроювання порога включення можна замість резистора R2 поставити підстроювальний, з показником в 1,5 рази вище, ніж вийшло за розрахунком. Потім, коли настойка зроблена, його можна поміняти на постійний резистор, його опір має дорівнювати опору встановленої частини підстроювального.
Як TL431 перевірити схему включення? Щоб проконтролювати кілька рівнів струму потрібно 3 цих сигналізатора, кожен з них налаштовується на певну напругу. У такий спосіб можна зробити цілу лінійку шкали та індикаторів.
Для електроживлення ланцюга індикації, що складається з резистора R3 та діода HL1, можна використовувати окреме навіть нестабілізоване джерело живлення. В даному випадку контрольований струм подається на верхній схемою вихід резистора R1, який потрібно від'єднати від резистора R3. При цьому підключенні контрольований струм може бути в діапазоні від 3-х до десятків вольт.
Відмінність даної схеми від попередньої у тому, що діод приєднаний інакше. Це підключення називається інверсним, так як діод включається лише у випадку, якщо схема закрита. У разі коли контрольований струм перевищує поріг заданий роздільником R1, R2 схема відкрита, і струм проходить через резистор R3 і виходи 3 - 2 мікросхеми.
На схемі у разі відбувається падіння напруги до 2 Вольт, якого бракує включення світлодіода. Щоб діод гарантовано не ввімкнувся, послідовно з ним встановлюють два діоди.
Якщо контрольований струм буде меншим від заданого роздільником R1, R2 схема закриється, струм на її виведенні буде значно більше 2 Вольт, тому діод HL1 увімкнеться.
Якщо потрібно проконтролювати лише зміна струму, індикатор можна зробити за схемою.
У цьому індикаторі використаний 2-колірний діод HL1. Якщо контрольований струм перевищує задане значення, включається червоний діод, а якщо нижчий струм, то зелений. Якщо напруга розташована поблизу цього порога, погашені обидва світлодіоди, тому що передатне положення стабілітрона має деяку крутість.
Якщо потрібно відстежити зміну якоїсь фізичної величини, то R2 замінюють датчиком, який змінює опір під впливом навколишнього середовища.
Умовно на схемі є одночасно кілька датчиків. Якщо фототранзистор, то буде фотореле. Поки світла достатньо, фототранзистор відкритий і опір у нього невеликий. Тому струм на керуючому виході DA1 нижче пороговогоВ результаті цього діод не світить.
У міру зменшення світла опір фототранзистора підвищується, це призводить до збільшення напруги на вихідному виході DA1. Якщо ця напруга буде більшою за порогову (2,5 Вольт), то стабілітрон відкривається і спалахує діод.
Якщо підключити терморезистор замість фототранзистора до входу мікросхеми, наприклад, серії ММТ, то вийде індикатор температури: при зменшенні температури діод буде включатися.
Поріг спрацьовування в будь-якому випадку визначається за допомогою резистора R1.
Крім описаних світлових індикаторів, на базі аналога TL431 можна зробити і звуковий індикатор. Для контролю води, наприклад, у ванні, до схеми приєднується датчик із двох пластин нержавіючої сталі, які знаходяться на відстані пари міліметрів між собою.
Якщо вода дійде до датчика, його опір знижується, а мікросхема з допомогою R1, R2 увійде в лінійний режим. Так, виникає автогенерація на резонансній частоті НА1, у цьому випадку відбудеться звуковий сигнал.
Підсумовуючи, хотілося б сказати, що все-таки основна сфера використання мікросхеми TL434, звичайно ж, блоки живлення. Але, як можна переконатись, можливості мікросхеми тільки цією функцією абсолютно не обмежені, і можна зібрати безліч пристроїв.
Є багато відомих, знакових, новаторських та водночас простих конструкцій інтегральних схем, які перевершили очікування своїх творців, стали популярними та навіть якось вплинули на розвиток електроніки. Одна з них – керований стабілітрон tl431. Зроблена у 1978 році мікросхема tl431 досі широко застосовується у багатьох професійних та аматорських проектах.
Експлуатаційні характеристики tl431
Для того, щоб скласти уявлення про конструкцію tl431, необхідно вивчити dataheet пристрою або опис мікросхеми російською мовою, яку можна знайти в мережі.
Часто tl431 система представлена у вигляді компаратора або конкретного транзистора з опорною напругою 2,5 В і напругою насичення близько 2 В. Транзистор відкривається в момент досягнення напруги між анодною (Anode) і вхідною (Reference) клемою 2,5 В, струм починає протікати від анода до катода. Якщо напруга нижче за величину відкриття, транзистор замикається. Інтерпретація схеми тл як такого транзистора полегшує розуміння її роботи.
Фактично це інтегральна схема з розширеною внутрішньою структурою, що складається з декількох транзисторів, резисторів і конденсаторів.
У «датасіті» представлені різні параметри системи, головними робочими характеристиками є:
- Максимальна катодна напруга – 36 В;
- Джерело дуже стабільне, має температурний дрейф зазвичай близько 3-7 мВ;
- Вхідний струм (Ref) становить 1-5 мкА;
- Мінімальне значення катодного струму рекомендується 1 мА, максимальне – 100 мА.
Перевагиtl431:
- регульована напруга;
- споживає мало енергії;
- захищає акумулятор від глибокої розрядки;
- може використовуватися як регульований Z-діод і як керований підсилювач;
- має тільки три контакти;
- низька вартість.
Цоколівка мікросхеми залежить від фірми-виробника і може відрізнятися. Якщо радіоаматори випоюють tl431 з будь-якої плати, то розпинування буде на ній видно.
Цокольівка tl431 з кількома різновидами виконання представлена на малюнку.
Схема включення
Для tl431 схема включення залежить від цього, яких цілей призначається пристрій. Найпростіше його застосування – стабілізація напруги заданої величини.
На вхід tl431 підключається дільник напруги, виконаний за допомогою пари резисторів. З урахуванням технічних даних мікросхеми можна обчислити необхідні опори.
Припустимо, на виході необхідно отримати 5 ст. Розрахунки ведуться на підставі формули:
Vout = (1 + R1/R2) x Vref.
Повна формула записується у вигляді:
Vout = (1 + R1/R2) x Vref + (Iref x R1), але другу частину рівняння можна ігнорувати, так як це дуже маленьке значення, хоча все залежатиме від використовуваної схеми.
- 5 В = (1 + R1/R2) х 2,5;
- R1/R2 = 1.
Оскільки співвідношення опорів дорівнює 1, повинні використовуватися два резистори з однаковим опором.
Другий приклад для вихідної напруги 2,75 В:
- 2,75 В = (1 + R1/R2) х 2,5;
- R1/R2 = 0,1.
Наприклад, якщо один резистор узятий опором 1 ком, то інший – має бути 10 ком.
В результаті опорна напруга зберігається на рівні 2,5, зупиняючи свій вибір на різних опорах дільника, можна створити стабілізатор заданого значення напруги.
Важливо!У разі необхідності стабілізувати напругу 2,5 дільник не використовується, а вхідний висновок tl431 з'єднується з катодом.
Мікросхема tl431 знаходить застосування як стабілізатор струму. Тут для розрахунку опору при бажаному струмі застосовується формула:
R2 = Vref/Io, де:
- R2 - опір,
- Io – бажаний струм.
Оскільки напруга Vref = 2,5, то R2 = 2,5/Io. При цьому через опір R2 виконується зворотний для збереження рівня вхідної напруги Vref.
Схеми із датчиками
Багато схемах необхідно контролювати параметри з допомогою різних датчиків (фоторезисторів, терморезисторів). Загальна схема виходить схожою, як для дільника, крім заміни одного з опорів. На його місці встановлюється, наприклад терморезистор, а катод tl431 підключається до котушки реле. Значення температури встановлюється за допомогою потенціометра. Коли температура перевищує межу спрацьовування, співвідношення опорів змінюється, напруга на контакті управління tl431 перевищує рівень відкривання, струм пропускається на котушку реле, що має замикаючі контакти ланцюга навантаження.
Зарядний пристрій
Для зарядних пристроїв важливо обмежувати параметри струму та напруги заряду, щоб уникнути пошкодження акумуляторів. Така схема легко може бути реалізована із застосуванням інтегральної мікросхеми.tl431 та інших елементів:
- Якщо вихідна напруга не досягла показника 4,2, регулювання зарядного струму здійснюється за допомогою транзисторів і резисторів;
- Після досягнення значення 4,2 вихідну напругу ЗУ контролюється tl431, не дозволяючи йому підвищуватися далі.
Перевірка мікросхеми
Радіоаматори запитують, як перевірити tl431 мультиметром? Просте продзвонювання мікросхеми неможливе, адже воно містить багато елементів. Але є спосіб, як перевірити працездатність пристрою, зібравши спеціальну схему з резисторів, кнопки та самої ТЛ-схеми. Підключення мультиметра на вихід схеми допоможе визначити справність tl431.
Електронний компонент tl 431 – це одна з інтегральних мікросхем, чиє виробництво поставлене на масовий потік, починаючи з 1978 року. Вона широко використовується в більшості комп'ютерних блоків живлення, телевізорів та іншої побутової техніки як прецизійне програмоване джерело опорної напруги. Насправді склалося кілька схем включення tl431.
Влаштування електронного елемента
Мікросхема має просту конструкцію, що складається з наступних елементів: корпусу, операційного підсилювача (ОУ), вихідного tl431 транзистора, а також джерела опорної напруги. Особливістю цієї мікросхеми і те, що виконує функції стабилитрона.
Джерело опорної напруги на 2.5 вольта, що має високу стабільність, підключається до інверсного входу ОУ (-), емітера транзистора і землею за допомогою двох загальних точок у ланцюг опорного напірного також включений кремнієвий діод. Він призначений для запобігання створенню зворотного струму та захищає від переполюсування. Прямий вхід призначений для прийому сигналу з інших плат, а також живлення підсилювача. Він підключається через діод до колектора транзистора через загальну точку. Вихід ОУ підключено до бази транзистора.
Слід пам'ятати, що транзистор, який використовується в мікросхемах даної серії, здатний витримати навантаження до 0.1 А та 36 Ст.
Принцип роботи
p align="justify"> Робота мікросхеми заснована на принципі перевищення напруги поданого на прямий вхід ОУ над опорним. При U (напрузі на прямому вході) менше або рівним Vref (опорному напрузі на виході) буде подібна низька напруга, через що транзистор не відкриється, а струм по ланцюгу анод-катод не надходитиме. Як тільки U перевищить Vref на виході ОУ, утворюється напруга, здатна відкрити транзистор і змусити струм протікати від катода до анода, що змушує мікросхему працювати.
Цокольівка tl341
TL 341 є трививідною мікросхемою. Кожна ніжка має власну назву 1 – reference (вихід), 2 – anode (анод) та 3 – catode (катод).
На практиці цоколівка буває різною і залежить від типу корпусу обраного виробником під час виготовлення виробу. TL431 випускається у великій кількості різних корпусів від стародавніх TO-92 до сучасних SOT-23. Розпинування tl431 залежно від виду корпусу зображено малюнку 3.
Аналогами tl431 вітчизняного виробництва є мікросхеми КР142ЕН19А та К1156ЕР5Т. До зарубіжних аналогів можна віднести:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N;
- AME431BxxxxBZ;
- AS431A1D;
- LM431BCM.
Технічні характеристики
Основними технічними характеристиками мікросхеми tl 341 є:
З характеристик видно, що мікросхему можна використовувати при досить широкому діапазоні напруги, проте пропускна здатність струму дуже невелика. Щоб отримати більш серйозні, до катодного кола підключають потужні транзистори, які регулюють вихідні параметри.
Схеми включення
Мікросхема tl 431 є стабілітрон інтегрального типу. Вона володіє трьома схемами включення:
- на 2.48 (1);
- на 3, 3 (2);
- на 14 ст.
Варіант 1: схема на 2,48 Ст.
Схема включення стабілітрону на 2.48 вольта оснащена одноступеневим перетворювачем. Середнє значення робочого струму в подібній системі становить 5.3 А. До висновку ref (ланцюг опорної напруги) монтується ланцюг, що складається з двох паралельно з'єднаних резисторів (2.4 і 2.26 кОм). На ці резистори попередньо подається напруга рівну 5, яке після проходження ланцюга перетворюється на 2,48.
З метою підвищення чутливості стабілітрона застосовуються різноманітні модулятори, переважно дипольного типу з ємністю менше 3 пФ (пікофарад). Стабілітрони підключають до катода.
Варіант 2: схема включення на 3,3 Ст.
У схемі включення на 3,3 також використовується одноступеневий перетворювач і резистор на 1 кОм, підключений до катода. Перед опором ставиться стороннє джерело живлення на 3 В. До виводу (ref) підключається конденсатор ємністю 10 нФ, з'єднаний із землею. Анод у подібній схемі садиться безпосередньо на землю, а катодна та вхідна ланцюга з'єднуються двома загальними точками.
Проблемою цієї схеми включення є ймовірність виникнення короткого замикання (КЗ). Щоб знизити ризик виникнення КЗ, після стабілітронів монтують запобіжник.
Щоб підсилювати сигнал до виводу, підключають спеціальні фільтри. У такій схемі включення середні показники напруги та струму становлять 5/3.5 А, а точність стабілізації менше 3%. Стабілітрон підключається через векторний перехідник, тому потрібно підбирати транзистор резонного типу. Середня ємність модулятора повинна становити 4.2 пФ. Для збільшення провідності струму можна використовувати тригери.
Незалежні пристрої на базі мікросхеми
Цю мікросхему використовують у блоках живлення телевізорів та комп'ютером. Проте з її основі можна скласти незалежні електричні схеми деякими, у тому числі є:
- стабілізатор струму;
- звуковий індикатор.
Стабілізатор струму
Стабілізатор струму - це одна із найпростіших схем, які можна реалізувати на мікросхемі tl 341. Він складається з наступних елементів:
- джерела живлення;
- опору R 1, підключеного за допомогою загальної точки до лінії живлення;
- шунтуючого опору R 2 до - лінії живлення;
- транзистора, чий емітер підключений до лінії через резистор R 2, колектор до виходу лінії, а база через загальну точку до катода мікросхеми;
- мікросхеми tl 341, чий анод підключений до - лінії за допомогою загального струму, а виведення ref включений в емітерний ланцюг транзистора також за допомогою загальної точки.
Основну роль цій схемі виконує шунтуючий резистор R 2, який рахунок зворотний зв'язок встановлює значення, напруга рівне 2,5 У. Через це вихідний струм прийматиме такий вид: I=2,5/R2.
Звуковий індикатор
Звуковий індикатор на базі tl 341 є простою схемою, зображеною на малюнку 5
Такий звуковий індикатор можна використовувати для відстеження рівня води у будь-якій ємності. Датчик є електронною схемою в корпусі з двома похідними електродами, виготовленими з нержавіючої сталі, один з яких розташований на 20 мм вище іншого.
У момент зіткнення висновків датчика з водою відбувається зниження опору і здійснюється перехід tl 341 лінійний режим через резистори R 1і R 2. Це сприяє появі автогенірації на резонансній частоті та утворенню звукового сигналу.
Перевірка працездатності за допомогою мультиметра
Питанням про те, як перевірити tl431 за допомогою мультиметра, задаються багато хто. Відповідь на нього досить проста для того, щоб перевірити мікросхему tl341 або її модифікацію tl431a необхідно виконати такі дії:
- Зібрати просту тестову схему з використанням мікросхеми та ключа.
- Замкнути ланцюг перемикача та провести вимірювання. Мультиметр повинен показувати значення опорної напруги – 2,5 В.
- Розімкнути ланцюг та провести вимірювання. На дисплеї вимірювального приладу має бути 5В.
