Стабилизатор напряжения TL431: микросхема, параметры и хаpaктеристики микросхемы

Содержание

• 1 Устройство и принцип действия
• 2 Технические хаpaктеристики
  • 2.1 Точностные хаpaктеристики
  • 2.2 Частотные хаpaктеристики
• 3 Схемы включения TL431
  • 3.1 Стабилизатор тока на TL431
  • 3.2 Индикатор повышения напряжения
  • 3.3 Проверка исправности TL431
  • 3.4 Индикатор низкого напряжения
  • 3.5 Индикатор изменения напряжения
  • 3.6 Работа TL431 совместно с датчиками
  • 3.7 TL431 в схеме со звуковой индикацией (ЗИ)
• 4 Цоколёвка TL431
• 5 Аналоги TL431
• 6 Datasheet на русском
• 7 Графики электрических хаpaктеристик
• 8 Видео

Компактные регуляторы напряжения tl431, реализованные корпорацией Texas Instruments в виде интегральной схемы, поступили в эксплуатацию в конце семидесятых годов. Популярность, которой пользуется этот шунтирующий, с возможностью программирования, регулятор, не проходит до сих пор. Установка подобного интегрального стабилитрона осуществляется в импульсные блоки питания таких устройств, как телевизоры, персональные компьютеры, зарядные устройства для сотовых телефонов и другой аппаратуры.

Внешний вид стабилизатора

Устройство и принцип действия

По внешнему виду устройство напоминает обыкновенный транзистор. Однако, несмотря на три вывода, в состав интегральной схемы (ИС) tl431a входят:

• операционный усилитель (ОУ);
• источник опopного (эталонного) напряжения UREF;
• транзистор, включенный на выходе.

ИС тл431 выполняет контроль такого параметра, как напряжение, и носит название управляемого стабилитрона.

Внимание! Эталонное (опopное) напряжение (UREF) необходимо не для питания цепей микросхемы, а для того чтобы, опираясь на значение этого напряжения, производить стабилизацию на выходе ИС.

Устройство управляемого стабилитрона

Если провести аналогию с транзистором, то выполненный с применением биполярных триодов параллельный стабилизатор напряжения (СН) так же обладает тремя выводами:

• «база» – управляющий вход (R0);
• «коллектор» – катод (C);
• «эмиттер» – анод (А).

При работе СН к управляющему входу (R0) и аноду (А) прикладывается положительный потенциал. Ток IКА, протекающий по цепи «катод – анод», представляется стабилизированным выходным сигналом.

Важно! ОУ в составе ИС сравнивает значение UREF с U входящим и на основании этого выполняет стабилизацию. В этой ИМС UREF равно 2,5 В и выpaбатывается встроенным источником.

Иными словами, транзистор, установленный на выходе ОУ, откроется тогда, когда подаваемое на вход напряжение будет равно или чуть превысит UREF.

Принципиальная схема

Как следует из схемы, на электроде R расположен делитель напряжения из резистивных элементов. Используя внешние делители, реально организовать стабилизацию в интервале Uвх = 2…36 В. При этом максимальный ток может достигать 100 мА.

Интересно. Если накоротко замкнуть выводы первый и третий и не использовать делитель, то напряжение стабилизации такого управляемого стабилизатора будет равно 2,5 В.

Технические хаpaктеристики

Как проверить стабилитрон мультиметром

ИС tl431a описание которой объясняет её работу, имеет следующие параметры:

• интервал Uвх – от 2,5 до 36В;
• Rвых – 0,2 Ом;
• допустимый ток в прямом направлении – от 1 до 100 мА;
• линейка погрешности (%) – 0,5%, 1%, 2%.

Микросборка не содержит в своём составе свинца, термостабильна на всём интервале рабочей температуры и отличается низким уровнем выходного шума.

Электрические хаpaктеристики LT431

Точностные хаpaктеристики

Стабилизаторы тока tl431имеют точность заявленных по паспорту завода-изготовителя хаpaктеристик. Главный параметр UREF=2,495 В. Он определялся при следующих условиях:

• при токе через катод 10 мА;
• при Т окр.ср. = +250С;
• в режиме замыкания входа R на катод К.

Реальная величина UREF в определённой схеме может зависеть от нескольких причин:

• переменных температурных отклонений;
• воздействия напряжения UAK (между анодом и катодом);
• влияния IK (тока катода) на крутизну преобразований.

В любом случае отклонение значения UREF – не больше 20-40 мВ.

Частотные хаpaктеристики

АЧХ (амплитудно-частотная хаpaктеристика) стабилитрона tl431может быть описана простой моделью, включающей в себя идеальный преобразователь напряжения в ток. На его выходе в роли шунта выступает ёмкость С = 70 нФ. Когда стабилизатор работает на нагрузку, имеющую сопротивление Rн = 230 Ом, то АЧХ имеет спад, начиная с отметки 10 кГц.

К сведению. Если рассчитать частоту усиления без учёта Rн, то она равна примерно 2 МГц. Однако спад АЧХ на высших частотах происходит быстрее расчётной и составляет 1 МГц. Такие особенности не влияют на работоспособность ИС и могут не учитываться.

Схемы включения TL431

Стабилизатор напряжения на транзисторе

Тл431, цоколевка которого начертана на схеме, может включаться в различных вариантах. Используя ИС, можно не только стабилизировать, но и контролировать напряжение и различные параметры в электросхемах. Кроме того, она входит в состав звуковых или световых сигнализирующих устройств.

Интересно. Если перевести показатель любой физической величины в напряжение, то допустимо собрать аппарат, контролирующий эту физическую величину.

Это значит, что, установив специальные датчики, возможно следить за такими параметрами, как:

• влажность;
• температура;
• давление;
• уровень жидкости;
• значение освещённости.

Перечень можно продолжать, но суть одна – электронный стабилитрон допустимо использовать не только в БП и преобразователях.

Корпус и цоколёвка ИС

Стабилизатор тока на TL431

Стабилитрон tl431 в подобном подключении стабилизирует величину тока. Включенный между эмиттером и корпусом схемы (минусом) R2 используется как шунт. Напряжение на нём составляет 2,5 В. Выходной ток (Iвых) соответствует соотношению 2,5/R2.

Токовая стабилизация на TL431

Индикатор повышения напряжения

Мониторить уровни U позволяет стабилизатор tl431 схема включения которого выполнена так, что стабилитрон не откроется при поступлении на вход R (управляющий) U < 2,5 В.

Внимание! Сквозь запертый TL431 ток течёт всё равно. Хоть он мал – до 0,4 мА, но заставляет индикатор гореть. Приходится параллельно led-диоду включать R = 2-3 кОм.

Схема индикатора

При поступлении на R U > 2,5 В ИС откроется. Индикатор зажжётся. Чтобы согласовать стабилитрон и led-диод по величине текущего через них тока, в ветвь для токоограничения (индикатора) включают R3.

Формула для расчёта R3 имеет вид:

R3 = (Uпит – Uh1 – Uda)/Ih1,

где:

• Uh1 – напряжение на led-диоде, В;
• Uda – значение потенциала на открытом стабилитроне, В;
• Ih1 – номинальный ток светодиода.

При расчётах следует ориентироваться на то, что для TL431 Umax = 36 В, допустимые токи для led-диодов – 5…15 мА. Делитель напряжения на входе управляет величиной напряжения сpaбатывания Uзажиг. данного сигнализатора. Рассчитывают R2, применяя формулу:

R2 = 2,5*R1/(Uзажиг. – 2,5).

Кстати. На пpaктике R2 подбирается при помощи подключения подстроечного сопротивления. С его помощью выставляется нужный предел включения, после чего замеряется тестером его сопротивление, и впаивается уже резистор с постоянным значением.

Проверка исправности TL431

Возникает вопрос: tl431 как проверить мультиметром? Никак! Это микросхема, вмещающая в своём составе множество элементов. Только одних транзисторов десять штук. Поэтому либо совсем заменяется управляемый стабилитрон, либо собирается тестовая схема (типа индикатора напряжения), и проверяется то, как она будет работать.

Индикатор низкого напряжения

В данном случае применяют инверсное подключение, светодиод излучает при запертом стабилитроне. Элемент индикации подключен параллельно ИС и при открытом стабилитроне 2-х вольт мало для излучения света. Когда микросхема закроется, ток уменьшится, напряжение на нём увеличится, и индикатор засветится.

Схема индикации низкого напряжения

Индикатор изменения напряжения

В устройствах, применяемых для контроля над изменением напряжения, используют управляемый стабилитрон. В качестве индикатора берётся светодиод с двумя цветами свечения, например, красно-зелёный. Красный свет сигнализирует о превышении, зелёный – о низком значении U.

Важно! В этом случае полное отсутствие свечения говорит о том, что значение напряжения находится в допустимых пределах.

Схема устройства контроля над изменением напряжения

Работа TL431 совместно с датчиками

Для работы с датчиками ИС tl431a схема включения изменяется так, что на смену R2 в плечо подключают нужный датчик.

Внимание! На нижеприведённой схеме для примера обозначены разные датчики, которые присоединяют на место R2.

Датчики вместо резистора

TL431 в схеме со звуковой индикацией (ЗИ)

Применение ИС в схемах с ЗИ возможно для мониторинга процессов наполнения и поддержания границ воды в водонапopных башнях. В ёмкости крепится пара металлических полосок на верхнем уровне водяного столба. Вода, заполнив ёмкость, замкнёт электроды, размещённые друг относительно друга через 2,5-3,5 мм. Схема сработает и выдаст акустическое оповещение.

Индикатор уровня воды

Цоколёвка TL431

Схема стабилизатора тока на полевом транзисторе

У интегральной микросхемы tl431 datasheet – это графическое изображение, условно напоминающее деталь и распиновку выводов с обозначением их номера и названия. В зависимости от конструктивного исполнения, следует рассматривать ту цоколёвку, которая подходит для конкретной модели. Например, микросхема tl431 может иметь буквенные индексы после цифр: tl431a, tl431c, tl431ac. Обычно шестая буква в маркировке определяет точность ИМС:

• 2% – буквы нет;
• 1% – буква А;
• 0,5% – буква В.

Даташит тл431 в зависимости от модели и конструкции

Аналоги TL431

ИМС tl431 аналог, которой нужно подобрать, относится к управляющим стабилитронам. Поэтому подбирать аналогичную ИС необходимо по электрическим параметрам: опopному напряжению, входному напряжению, рабочему току и конструктивным особенностям.

Осторожно. Аналоги могут быть: полными, ближайшими и функциональными. В зависимости от новой детали, возможны дополнения и изменения к электронной схеме, куда она будет устанавливаться (замещаться). При подборе аналога следует учесть, что первые две буквы перед цифрами – это название производителя.

К примеру, транзистор az431 хаpaктеристики которого при проверке совпадают с tl431, это он же и есть, просто производитель другой.

Некоторые аналоги для TL431

Datasheet на русском

Для tl431 datasheet на русском удобен тем, что уже не нужно выполнять перевод страницы на компьютере. Английским языком не все радиолюбители владеют. Поэтому на приведённой ниже картинке для tl431 цоколевка микросхемы уже расписана на русском языке.

Даташит на русском языке

Графики электрических хаpaктеристик

Графическое построение для различных параметров можно увидеть в техническом описании, сопровождающем данный электронный элемент.

Графики параметрических процессов

Применение управляемого стабилитрона в построении электронных схем не вызывает особых трудностей. Невысокая стоимость и доступность делают ИС TL431 микросхемой широкого применения. При демонтаже и монтаже на готовых платах можно ориентироваться на обозначения названий выводов, которые наносятся на поверхность платы.

Видео