Меню

Tl431 расчет опорного напряжения



Введение

Понадобился мне тут недорогой источник опорного напряжения. Полистав каталоги, я остановил свой выбор на микросхеме TL431 за 20 рублей. Сейчас расскажу, что это за букашка и как ее использовать.

TL431

TL431 — это так называемый программируемый стабилитрон. Применяется в качестве источника опорного напряжения и источника питания для малопотребляющих схем. Выпускается несколькими производителями и в разных корпусах, мне досталась от Texas Instruments в корпусе SOT23.

— выходное напряжение от 2.5 до 36 В
— рабочий ток от 1 до 100 мА
— выходное сопротивление 0.2 Ом
— точность 0.5%, 1% и 2%

Имеет три вывода. Два как у стандартного стабилитрона — анод и катод. И вывод опорного напряжения, который подключается к катоду или средней точке делителя напряжения. На зарубежных схемах обозначается так:

Минимальная схема включения требует один резистор и позволяет получать опорное напряжение 2.5 В.

Схема включения TL431

Резистор в этой схеме рассчитывается по следующей формуле:

где Ist — ток TL431, а Il — ток нагрузки. Входной ток опорного вывода не учитывается, так как он

В полной схеме включения к TL431 добавляются еще два резистора, но в этом случае можно получить произвольное выходное напряжение.

Полная схема включения TL431

Номиналы резисторов делителя напряжения и выходное напряжение TL431 связаны следующим соотношением:

,где Uref = 2.5 В, Iref = 2 мкА. Это типовые значения и они имеют определенный разброс (смотрите даташит).

Если задаться значением одного из резисторов и выходным напряжением, то можно рассчитать значение второго резистора.

А зная выходное напряжение и входной ток, можно рассчитать номинал резистора R1:

,где Iin — входной ток схемы, который складывается из рабочего тока TL431, тока делителя напряжения и тока нагрузки.

Если TL431 используется для получения опорного напряжения, то резисторы R2 и R3 нужно брать с точностью 1% из ряда E96.

Расчет стабилизатора напряжения на TL431

Источник напряжения на TL431

Входное напряжение Uin = 9 В
Требуемое выходное напряжение Uout = 5 В
Ток нагрузки Il = 10 мА

Данные из даташита:

Ist = 1..100 мА
Iref = 2 мкА
Uref = 2.495 В

Задаемся значением резистора R2. Максимальное значение этого резистора ограничено током Iref = 2 мкА. Если брать номинал резистора R2 равным единицам/десяткам кОм, то это подойдет. Пусть R2 = 10 кОм.

Так как TL431 используется в качестве источника питания, высокая точность здесь не нужна и членом Iref*R2 можно пренебречь.

Округленное значение R3 будет равно 10 кОм.

Чтобы рассчитать R1 нужно прикинуть входной ток схемы. Он складывается из тока TL431, тока нагрузки и тока делителя напряжения.

Ток делителя напряжения равен Uout/(R1+R2) = 5/20000 = 250 мкА.

Ток TL431 может быть от 1 до 100 мА. Если взять ток Ist > 2 мА, то током делителя можно пренебречь.

Тогда входной ток будет равен Iin = Ist + Il = 2 + 10 = 12 мА.

А номинал R1 = (Uin — Uout)/Iin = (9 — 5)/0.012 = 333 Ом. Округляем до 300.

Мощнность, рассеиваемая на резисторе R1, равна (9 — 5)*0.012 = 0.05 Вт. На остальных резисторах она будет еще меньше.

R1 = 300 Ом
R2 = 10 кОм
R3 = 10 кОм

Примерно так, без учета нюансов.

Емкость нагрузки

Если будете использовать TL431 и повесите на выходе конденсатор, то микросхема может «загудеть». Вместо уменьшения выходного шума, на катоде появится периодический пилообразный сигнал в несколько милливольт.

Емкость нагрузки, при которой TL431 ведет себя стабильно, зависит от тока катода и выходного напряжения. Возможные значения емкости показаны на картинке из даташита. Стабильные области — это те, что за пределами графиков.

Источник

TL431 схема включения, TL431 цоколевка

TL431 одна из самых массово выпускаемых интегральных микросхем, с начала своего выпуска в 1978 году TL431 устанавливалась в большинство блоков питания компьютеров, ноутбуков, телевизоров, видео-аудио техники и другой бытовой электроники.
TL431 является прецизионным программируемым источником опорного напряжения. Такая популярность обусловлена низкой стоимостью, высокой точностью и универсальностью.

Принцип работы TL431 легко понять по структурной схеме: если напряжение на входе источника ниже опорного напряжения Vref, то и на выходе операционного усилителя низкое напряжение соответственно транзистор закрыт и ток от катода к аноду не протекает (точнее он не превышает 1 мА). Если входное напряжение станет превышать Vref, то операционный усилитель откроет транзистор и от катода к аноду начнет протекать ток.

TL431 структурная схема

Самый простейший тип стабилизатора – параметрический, можно легко построить на TL431: для задания напряжения стабилизации понадобятся два резистора R1 и R2, напряжение на которое будет ‘запрограммирована’ TL431 можно определить по формуле:
Uвых=Vref( 1 + R1/R2 ).
Получается чем больше соотношение R1 к R2, тем больше выходное напряжение. Микросхема фактически стабилизирует напряжение на своем входе на уровне 2,5 В. Задавшись значением сопротивления R2 и требуемое выходное напряжение, рассчитать R1 можно по формуле:
R1=R2( Uвых/Vref – 1 ).
В данной схеме R3 рассчитывается точно также, как если бы использовался обычный стабилитрон, т.е. зависит от выходного напряжения, диапазона входного напряжения и диапазона токов нагрузки. Но есть и существенное отличие: в этой схеме на выход не стоит устанавливать конденсатор, так как этот конденсатор может вызвать генерацию паразитных колебаний. В схеме с обычным стабилитроном таких проблем не возникает.

параметрический стабилизатор на TL431 схема включения

TL431 цоколевка

TL431 выпускается в большом количестве разных корпусов, от древних TO-92 до современных SOT-23.

Также у TL431 имеется отечественный аналог: КР142ЕН19А.

Читайте также:  Импульсная схема преобразования напряжения

TL431 цоколевка

Основные технические характеристики TL431:

  • напряжение анод-катод: 2,5…36 вольт;
  • ток анод-катод: 1…100 мА (если нужна стабильная работа, то не стоит допускать ток менее 5мА);

Точность опорного источника напряжения TL431 зависит от 6-той буквы в обозначении:

  • без буквы — 2%;
  • буква A — 1%;
  • буква B — 0,5%.

Видно, что TL431 может работать в широком диапазоне напряжений, но вот токовые способности не так велики всего 100 мА, да и мощность рассеиваемая такими корпусами не превышает сотен мили Ватт. Для получения более серьезных токов интегральный стабилитрон стоит использовать как источник опорного напряжения, регулирующую функцию доверив мощным транзисторам.

компенсационный стабилизатор напряжения

Принцип компенсационного стабилизатора на TL431 такой же как и на обычном стабилитроне: разность напряжений между входом и выходом компенсирует мощный биполярный транзистор. Но точность стабилизации получается выше, за счет того что обратная связь берется с выхода стабилизатора. Резистор R1 нужно рассчитывать на минимальный ток 5 мА, R2 и R3 рассчитываются, также как для параметрического стабилизатора.

компенсационный стабилизатор на TL431 схема включения

Чтобы стабилизировать токи на уровне единиц и десятков Ампер одним транзистором в компенсационном стабилизаторе не обойтись, нужен промежуточный усилительный каскад. Оба транзистора работают по схеме с эмиттерного повторителя, т.е. происходит усиление тока, а напряжение не усиливается.
На рисунке представлена реальная схема компенсационного стабилизатора на TL431, в ней появились новые компоненты: резистор R2 ограничивающий ток базы VT1 (например 330 Ом), резистор R3 – компенсирующий обратный ток коллектора VT2 (что особенно актуально при нагреве VT2) (например 4,7 кОм) и конденсатор C1 – повышающий устойчивость работы стабилизатора на высоких частотах (например 0,01 мкФ).

мощный компенсационный стабилизатор на TL431 схема включения

Стабилизатор тока на TL431

Следующая схема представляет собой термостабильный стабилизатор тока. Резистор R2 является своеобразным шунтом на котором с помощью обратной связи поддерживается напряжения 2,5 В. Таким образом если пренебречь током базы по сравнению с током коллектора, то получим ток на нагрузке Iн=2,5/R2. Если значение подставлять в Омах, то ток будет в Амперах, если подставлять в кило Омах, то ток будет в мили Амперах.

TL431 схема включения для построения стабилизатора тока

Реле времени

TL431 нашел свое применение не только как источник опорного напряжения, а и во многих других применениях. Например благодаря тому что входной ток TL431 составляет 2-4мкА, то на основе этой микросхемы можно построить реле времени: при размыкании контакта S1 C1 начинает медленно заряжаться через R1, а когда напряжение на входе TL431 достигнет 2,5 В выходной транзистор DA1 откроется и через светодиод оптопары PC817 начнет протекать ток, соответственно откроется и фототранзистор и замкнет внешнюю цепь.
В этой схеме резистор R2 ограничивает ток через оптрон и стабилизатор (например 680 Ом), R3 нужен чтобы предупредить зажигание светодиода от тока собственных нужд TL431 (например 2 кОм).

Реле времени на TL431 схема включения

Простое зарядное устройство для литиевого аккумулятора.

Главное отличие зарядного устройства от блока питания – четкое ограничение зарядного тока. Следующая схема имеет два режима ограничения:

  • по току;
  • по напряжению;

Пока напряжение на выходе меньше 4,2 В ограничивается выходной ток, при достижении напряжением величины 4,2 В начинает ограничиватся напряжение и ток заряда снижается.
На следующей схеме ограничение тока осуществляют транзисторы VT1, VT2 и резисторы R1-R3. Резистор R1 выполняет функцию шунта, когда напряжение на нем превышает 0,6 В (порог открывания VT1), транзистор VT1 открывается и закрывает транзистор VT2. Из-за этого падает напряжение на базе VT3 он начинает закрываться и следовательно снижается выходное напряжение, а это ведет к снижению выходного тока. Таким образом работает обратная связь по току и его стабилизация. Когда напряжение подбирается к уровню 4,2 В в работу начинает вступать DA1 и ограничивать напряжение на выходе зарядного устройства.

tl431-zaryadnoe-litii

А теперь список номиналов компонентов схемы:

  • DA1 – TL431C;
  • R1 – 2,2 Ом;
  • R2 – 470 Ом;
  • R3 – 100 кОм;
  • R4 – 15 кОм;
  • R5 – 22 кОм;
  • R6 – 680 Ом (нужен для подстройки выходного напряжения);
  • VT1, VT2 – BC857B;
  • VT3 – BCP68-25;
  • VT4 – BSS138.

31 thoughts on “ TL431 схема включения, TL431 цоколевка ”

К1242ЕР1АП производства «Интеграл» Минск

Я бы не называл малоточность TL431 ее недостатком, это ведь не стабилизатор, как таковой, а источник опорного напряжения для него. Применяя различную периферию можно решать различные задачи по мощности, точности, надежности и т.д. Вот, внешние цепи могут быть любыми, а управляются одним и тем же устройством — TL431. Что и делает ее такой распространенной и востребованной.
Понравилась схема зарядки, где необходима регулировка и по току и по напряжению, применены и биполярный и униполярный транзисторы — каждый в своем режиме.

Да, конденсатор между анодом и катодом этого «стабилитрона» ставить не следует ни в коем случае. Я так столкнулся с самовозбуждением схемы стабилизатора напряжения, когда по неопытности решил, что с конденсатором на выходе источника опорного напряжения на TL431 схема будет работать стабильнее. Поставил конденсатор на 10 нФ, и схема «завелась», выдавая на выходе «кашу» из импульсов вместо постоянного напряжения. Что неудивительно, для операционного усилителя входящего в состав TL431 такой параметр как максимальная емкость нагрузки нужно учитывать как и для всякого другого ОУ.

Уже писал выше, что использовать источник прецизионного опорного напряжения в виде стабилизатора странно. Еще более странно, какой стабильности можно добиться емкостью в десяток нан. Стабильности задаваемого напряжения, шунтируя и устраивая паразитную ОС? Или выходного? Конечно возбудится.

Читайте также:  Что предохраняет холодильник от напряжения

А что там было о источнике опорного в виде стабилизатора? Опорное в стабилизаторе применялось в своем прямом назначении, в качестве опорного, с которым сравнивалось выходное ?

Думаю в русско язычной литературе вход опорное напряжение надо было назвать- напряжением порога или срабатывания. Интересно производитель пробовал U опр подавать на инвертирующий вход операционного усилителя может и не было само возбуждения.

Транзистор подключенный к выходу ОУ инвертирует сигнал.

Делал в свое время самодельный лабораторный блок питания с регулировкой напряжения и ограничения по току. Очень понравилась работа МС TL431 как регулятора тока. Практически исполнил регулировку от 0 до 10А, хотя она, действительно мало точная, но как управляющее звено очень даже то, что нужно.

Класс. Спасибо. Попробую этот вариант

Насчет использования TL431 не только как источника опорного напряжения… Если использовать в задающей цепи терморезистор, то можно, к примеру, прикрепив его на радиатор, регулировать вращение охлаждающего (этот радиатор) кулера. Очень удобно для блоков питания, работающих на динамическую нагрузку и лабораторных. Если же использовать фотоэлементы, то можно, к примеру регулировать подсветку, в зависимости от окружающего освещения. Очень удобно для уличных фонариков на солнечных батареях: светит солнце — заряжаются, село — начинают светить, чем темнее на улице, тем ярче.

Здравствуйте, не могли бы скинуть схему на терморезисторе для кулера, спасибо

А где же цокаллёвка

А можно ли заменить на схеме мощного стабилизатора напряжения дискретные транзисторы сборкой Дарлингтона, например TIP142?

Есть TL432 у нее другая распиновка.

Судя по «напряжение анод-катод: 2,5…36 вольт» Vref=2,5В? А то заострили внимание почему-то только на точности.

а как быстро сгорит vt2 в схеме зарядника, если контакты батареи случайно замкнутся? Или предполагается что R3 в 100к должен спасти ситуацию за счёт не очень высокой беты vt2? При 15 вольтах и средней бете, на нём будет рассеваться не менее 60 ма, это при максимальном токе в 100ма… По уму, последовательно с коллектором, или эмиттером vt2 должен стоять резистор ом в 350 и R3 уменьшен килоом до 5-10..

Нихрена не понял.. хоть бы параметры деталей указали.. так бы хоть чуть было понятнее что где и скоко.. А так хз.. какой транзистор, какой резистор и т.д.

на SOT-23-3 перепутаны местами катод и управляющий вывод.

на TO22/TO226 тоже маркировка не верная катод и управляющий наоборот.

А как ограничивается ток тл431 после окончания процесса зарядки?, через транзистор вт2, тл431 коротит на минус?!

Есть TL431 и TL432 распиновки зеркальные.

Мне одному кажется, что автор этой статьи упустил самое главное — спецификацию на эту микросхему?

это практическое применение, а спецификация есть в гугле)

Никогда не заморачивался сtl431 .Собирал схемы все работали.А сейчас мне надо в ИБП повысить с19 в до 24в.Все в гугле рекомендуют по плюсу .Тепер спасибо этой статье все получилось.

Автор молодец! Спасибо! Схема на стабилизацию напряжения работает на 100%.С точностью 0,02 вольта. При перепадах переменного напряжения в сети 40 вольт.

Здравствуйте, я правильно понимаю, что К142ЕН19 является отечественным аналогом? А можно как-то умощнить эту интегральную микросхему? Хотя бы даже Ваш пример на составных транзисторах подойдет?

Источник

Схемы и принципы работы стабилизатора TL431

Особенности работы, простота включения во многие схемы и хорошие характеристики сделали микросхему TL431 очень популярным регулируемым стабилизатором на рынке. С минимальным набором дополнительных электронных компонентов (нескольких резисторов и конденсаторов), она способна обеспечить рабочее напряжение в диапазоне от 2,5 до 36 В, при токе стабилизации от 1 до 100 мА. Для получения больших значений на выход ТЛ431 обычно добавляют мощные транзисторы.

Фотография стабилизатора ТЛ431

Это устройство еще называют управляемым программируемым стабилитроном. Его впервые представила миру американская компания Texas Instruments (TI) в далеком 1977 году. С тех пор оно постоянно совершенствовалось и теперь является неотъемлемой частью многих современных импульсных блоков питания, где выполняет роль источника опорного напряжения. Оно может быть отличной заменой для диодов Зенера, в различных электронных схемах.

  1. Цоколевка
  2. Технические характеристики TL431
  3. Рекомендуемые параметры эксплуатации
  4. Схемы включения TL431
  5. Расчет параметрической схемы стабилизации
  6. Регулировка напряжения стабилизации
  7. Аналоги TL431
  8. Как проверить мультиметром
  9. Производители

Цоколевка

тл431 цоколевка

Распиновка TL431 зависит от корпусного исполнения устройства, в котором она размещена. Всего существует пять его разновидностей: для установки в отверстия: ТО-92; для поверхностного монтажа: SOT-23, SOT-25, SOT-89 и SOP-8. У электронных схем находящихся внутри таких пластиковых упаковок всего 3 контакта, с назначением: 1 – управляющий электрод; 2 – анод; 3- катод. Металлических выводов у некоторых типов корпусов этой микросхемы больше, при этом они не используются или совмещены с соседними. Как это сделано, наглядно показано на рисунке.

Технические характеристики TL431

Рассмотрим максимально допустимые рабочие характеристики микросхемы. Если при его эксплуатации они будут превышены, то устройство неминуемо выйдет из строя. Продолжительная эксплуатация с параметрами, близкими к предельным значениям, также не допускается. Рассмотрим их подробней:

  • катодное выходное напряжение (VKA), по отношению к выводу анода до 37 В;
  • возможные значения токов: для непрерывного катодного на выходе (IKA) от –100 мА до 150 мА; для обратного на входе от -50 мА до 10 мА;
  • типовой импеданс до 0,22 Ом;
  • рассеиваемая мощность (для разных типов упаковки) PD: 0.8 Вт (SOT-89); 0,78 Вт (ТО-92); 0.75 Вт (SO-8); 0,33 Вт (SOT-23); 0,5 Вт (SOT-25);
  • температура кристалла (TJ): рабочая: 0…+70 О С; -40 … +125 О С (для некоторых автомобильных версий); максимальная (TJmax) до +150 О С;
  • тепловое сопротивление корпуса RθJC: 97 О С/Вт (D); 156 О С/Вт (LP); 28 О С/Вт (KTP); 127 О С/Вт (P); 52 О С/Вт (PK); 149 О С/Вт (PW);
  • температура хранения: -65… +150 О С.

Максимальную рассеиваемую мощность можно рассчитать по стандартной формуле PD= (TJmax-TA)/ RθJC. В ней ТА – это температура окружающей среды.

Рекомендуемые параметры эксплуатации

Схемы включения TL431

Простая схема стабилизации на TL431

Разберемся как работает TL431 на примере простейшей схемы стабилизации, состоящей из самого стабилитрона и одного резистора. К катоду подключается положительный, а к аноду отрицательный полюс питания. Для включения микросхемы, на её управляющий электрод подается опорное напряжение (Vref).

Читайте также:  Холодильник какое напряжение ток

Если его значение будет больше 2.5 В, то стабилитрон почти сразу откроется и начнет пропускать через себя ток (IKA), которым можно запитать соответствующую нагрузку. Его значение будет расти вместе с повышением уровня Vin . IKA можно определить по формуле IKA = (Vin— Vref)/R. При этом, выходное напряжение схемы будет стабилизировано на уровне опорного (VКА = Vref), не превышающего 2.5 В и независимо от подаваемого на входе Vin.

Максимальное значение IKA у TL431 ограничено не только 100 мА, но и мощностью рассеивания на её корпуса.

Расчет параметрической схемы стабилизации

Для получения на выходе микросхемы большего по величине напряжения (вплоть до 36 В), к её управляющему электроду дополнительно подсоединяют резистивный делитель. Он состоит из двух резисторов (R1 и R2) подключаемых между катодом и анодом. В этом случае внутреннее сопротивление стабилитрона возрастает на (1 + R1/R2) раз.

Для расчета схемы стабилизации на TL431 необходимы начальные данные о входном(VIN) и выходном (VКА) напряжениях, а также токах: стабилизации (IKA) и нагрузки (IL). Имея эти данные можно рассчитать значения других электронных компонентов, представленных на рисунке ниже.

Расчет параметрической схемы на TL431

Выходное напряжение и номиналы сопротивлений связаны между собой следующей формулой VКА= Vref *(1 + R1/R2)+ Iref *R1. Где Vref = 2495 мВ и Iref = 2 мкА -это типовые величины, они указаны в электрических параметрах из даташит на устройство.

Сопротивление R1 также можно взять из datasheet. Чаще всего берут с номиналами от 10 до 30 кОм. Значение R1 ограничено небольшим опорным током (Iref = 2 мкА), которым часто пренебрегают для расчетов схем стабилизации на TL431. Поэтому для вычисления значения R2, без учета Iref, можно использовать следующую формулу R2=R1/((VКА/Vref)-1).

Регулировка напряжения стабилизации

Для построения схем с возможностью ручной регулировки напряжения на выходе, вместо обычного R1 ставят потенциометр. Номинал ограничительного резистора R, оказывающего сопротивление току на входе (IIN), рассчитывают по формуле R=(VIN-VКА)/ IIN. Здесь IIN = IKA+ IL.

Несмотря на достоинства микросхемы TL431, есть у неё и весьма существенный недостаток– это маленький ток в нагрузке, который она способна выдержать. Для решения этой проблемы в схему включают мощные биполярные или полевые транзисторы.

Пример схемы стабилизации с транзистором

Примеры различных схем на основе стабилитрона TL431 можно посмотреть в следующем видео.

Аналоги TL431

Существует отечественная микросхема, похожая по своим параметрам на рассматриваемую. Это российский линейный стабилизатор КР142ЕН19. Наиболее полными аналогами TL431 является: IR943N, TL432, LM431. К устройствам с похожей цоколевкой, но немного другими электрическими параметрами можно отнести: HA17431A, KIA431. В качестве замены также можно попробовать использовать APL1431.

Как проверить мультиметром

TL431 нельзя проверить с помощью мультиметра, так как это не простой стабилитрон, а интегральная микросхема. Сопротивления между его выводами у разных производителей отличаются. Поэтому, для того чтобы убедится в её исправности обычно собирают простейшие схемы проверки.

Схема как проверить tl431

Для проверки в схеме изображенной на рисунке слева, на вход подается 12 В. Если устройство исправно, то на выходе должно появится напряжение 4.9-5.0 В, а при замыкании кнопки S1 – 2.5 В. Мультиметр, в данном случае, нужен для измерения результатов тестирования.

TL431 можно также проверить в другой тестовой схеме со светодиодом (рисунок справа). При изменении сопротивления R2 потенциометра, на управляющем электроде появится 2.5 В. Диод должен скачкообразно перейти в светящееся состояние. Это будет означать то, что устройство исправно. Данный принцип работы можно использовать для создания индикатора разряда аккумулятора.

Производители

Из-за своих хороших параметров, надежности и дешевизны, TL431 используется в различных технических решениях. Поэтому её производством занимаются многие зарубежных компаний. Существует даже полностью переведенный datasheet tl431 на русском от Texas Instruments (TI). А вот ссылки на некоторые даташит устройств продающихся в РФ: TI, ON Semiconductor, STMicroelectronics, Nexperia, HTC Korea, NXP Semiconductors. Есть еще изготовители этих изделий, но их трудно найти в российских магазинах. К ним относятся: Unisonic Technologies, Motorola, Fairchild Semiconductor, Diodes Incorporated, HIKE Electronics, Calogic, Sangdest Microelectronic (Nanjing), SeCoS Halbleitertechnologie GmbH, Hotchip Technology, Foshan Blue Rocket Electronics и др.

Источник