Tl431 схема включения как работает

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. 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.

TL431 цоколевка

TL431 выпускается в большом количестве разных корпусов, от древних TO-92 до современных SOT-23. Также у TL431 имеется отечественный аналог: КР142ЕН19А.

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.

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).

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.

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).

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.

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.

Запись опубликована 22.01.2016 автором в рубрике Электроника для начинающих.

33 thoughts on “ TL431 схема включения, TL431 цоколевка ”

solder28.01.2016 в 20:29 К1242ЕР1АП производства «Интеграл» Минск

1. Root31.03.2016 в 06:47 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 ��

1. Дмитрий08.11.2016 в 08:21 Транзистор подключенный к выходу ОУ инвертирует сигнал.

1. Сергей29.02.2020 в 23:43 Класс. Спасибо. Попробую этот вариант

1. Вит17.03.2018 в 13:04 Здравствуйте, не могли бы скинуть схему на терморезисторе для кулера, спасибо

1. D13c01.06.2019 в 20:39 думаю примерно так https://ibb.co/CsGRwXR

1. admin Автор записи 07.09.2017 в 11:44 Да, можно.

Описание и руководство по применению стабилизаторов TL431, TL432

Трёхвыводная микросхема TL431 – это регулируемый стабилизатор напряжения с нормированной (а соответственно, высокой) температурной стабильностью и низким выходным шумом. Предназначена TL431 для применения в роли источника опорного напряжения и может служить заменителем стабилитронов, особенно в тех случаях, когда к параметрам устройства предъявляются повышенные требования как по стабильности, так и по шумам и экономичности.
Микросхемы TL431C и TL431AC специфицированы для работы в диапазоне температур: от 0°C до 70°C, а микросхемы TL431A и TL431AI для работы: от –40°C до 85°C.

ИМС TL432 представляют собой такие же стабилизаторы напряжения, как и TL431, только упакованные в корпуса для поверхностного монтажа.

С полным описанием справочных характеристик микросхем на русском языке можно познакомиться на странице – Datasheet на TL431.

Функциональная схема ИМС TL431 (TL432) приведена на Рис.1.

Рис.1 Функциональная схема ИМС TL431 (TL432)

Функционально TL431 содержит источник опорного напряжения ≈2,5 В и операционный усилитель, сравнивающий Uref с опорным напряжением. В качестве выходного каскада TL431 выступает транзистор с открытым коллектором npn-структуры, управляющий током нагрузки и защищённый от обратных выбросов напряжения диодом. Каких-либо средств защиты от перегрева или перегрузки по току не предусмотрено.

Если управляющее напряжение Uref не превышает порога переключения, то выходной каскад закрыт, а управляющие им каскады потребляют в режиме покоя ток величиной 100…200 мкА. После превышения порога выходной каскад открывается, т. е. по сути TL431 – это своего рода аналог идеального ключевого транзистора с порогом открывания ≈2,5 В. База, коллектор и эмиттер такого транзистора у TL431 традиционно именуются соответственно: управляющим входом (R), катодом (C) и анодом (A).

На Рис.2 приведены базовые конфигурации линейных стабилизаторов, выполненных на ИМС TL431. Изначально именно такое включение TL431 подразумевалось под основным, так как микросхема позиционировалась как экономичная альтернатива дорогим прецизионным стабилитронам.

Рис.2 Базовые конфигурации линейных стабилизаторов на TL431

В простейшей схеме параллельного стабилизатора напряжения (Рис.2 слева) управляющий вход TL431 замыкается на катод, что превращает микросхему в аналог стабилитрона с фиксированным напряжением стабилизации ≈2,5 В.
Для стабилизации бо́льших напряжений к управляющему входу TL431 подключается резистивный делитель R1R2 (Рис.2 посередине).

Выходное напряжение и номиналы резисторов связаны между собой следующими соотношениями:
U_{вых.стаб} = V_ref×(1 + R1/R2) + R1×I_ref ;
R_B = (U_{вх.нест} — U_{вых.стаб}) /I_кат ,
где V_ref = 2,495 В и I_ref = 2 мкА – это типовые значения, указанные в datasheet на TL431, а I_кат – ток катода TL431.

Учитывая то, что для нормального функционирования TL431 минимальный ток катода должен быть не менее 1 мА, то максимальный ток нагрузки может составлять величину – не более (I_кат — 1) мА.
В случае использования умощняющего транзистора (Рис.2 справа) ток нагрузки может быть увеличен в h21 раз, где h21 – это коэффициент усиления транзистора по току.

Исходя из приведённых формул и заданных параметров стабилизатора, можно построить калькулятор по расчёту балластного резистора, а также резистивного делителя R1R2.
Единственное, о чём следует помнить, так это то, что для сохранения высокой температурной стабильности TL431 ток, протекающий через делитель должен как минимум в 100 раз превышать опорный ток Iref, то есть быть – не менее 0,2 мА. Правда, зачастую с целью повышения экономичности устройств этим фактором пренебрегают.

Онлайн калькулятор расчёта номиналов резисторов
для регулируемых стабилизаторов на TL431, TL432

При необходимости откорректировать значение тока через делитель R1R2 следует изменить номинал резистора R1.

При работе на резистивную нагрузку спад АЧХ TL431 начинается в районе 10 кГц, а частота единичного усиления составляет величину около 1 МГц.
Для увеличения устойчивости микросхема скомпенсирована встроенной ёмкостью.
Однако при шунтировании анода и катода внешней ёмкостью номиналом от нескольких нФ до нескольких МкФ, возникает довольно высокая вероятность самовозбуждения.

При малых и при больших ёмкостях TL431 устойчива. В области от 6 нФ до 4 мкФ самовозбуждение вероятно. При этом наихудшим является сочетание малых токов катода и малых напряжений анод-катод. При существенных же токах и напряжениях TL431 становится абсолютно устойчивой.

Часто для подавления возбуждения TL431 достаточно включить между анодом и ёмкостью нагрузки «антизвонное» сопротивление, номинал которого определяется сочетанием ёмкости нагрузки, I_KA и U_KA и, как правило, составляет величины: от десятка до нескольких сотен Ом.

В datasheet-е на TL431 приведено множество примеров и схем применения ИМС в разных электронных устройствах. Остановимся на двух самых распространённых:

Изображённый на Рис.4 прецизионный источник постоянного тока на TL431 хорош отсутствием эффекта Эрли и крайне высокой температурной стабильностью.

Рис.4 Прецизионный источник тока

Рис.5 Прецизионный ограничитель тока на TL431

Ограничитель тока (Рис.5) лимитирует максимальное значение тока, поступающего в нагрузку, на уровне I_нагр (А) = 2,495 (В) / R_CL (Ом) + I_катод (А) .

ИМС TL431 и TL432 производится в различных вариациях корпусов. Всевозможные варианты исполнения и цоколёвки приведены на Рис.6.

Рис.6 Варианты корпусов и цоколёвка TL431, TL432

Описание и руководство по применению стабилизаторов TL431, TL432

Регулируемые стабилизаторы напряжения на ИМС TL431, TL432:
характеристики, datasheet, схемы включения, цоколёвка, онлайн
калькулятор по расчёту номиналов резисторов

Трёхвыводная микросхема TL431 – это регулируемый стабилизатор напряжения с нормированной (а соответственно, высокой) температурной стабильностью и низким выходным шумом. Предназначена TL431 для применения в роли источника опорного напряжения и может служить заменителем стабилитронов, особенно в тех случаях, когда к параметрам устройства предъявляются повышенные требования как по стабильности, так и по шумам и экономичности.
Микросхемы TL431C и TL431AC специфицированы для работы в диапазоне температур: от 0°C до 70°C, а микросхемы TL431A и TL431AI для работы: от –40°C до 85°C.

ИМС TL432 представляют собой такие же стабилизаторы напряжения, как и TL431, только упакованные в корпуса для поверхностного монтажа.

С полным описанием справочных характеристик микросхем на русском языке можно познакомиться на странице – Datasheet на TL431.

Функциональная схема ИМС TL431 (TL432) приведена на Рис.1.

Рис.1 Функциональная схема ИМС TL431 (TL432)

Функционально TL431 содержит источник опорного напряжения ≈2,5 В и операционный усилитель, сравнивающий Uref с опорным напряжением. В качестве выходного каскада TL431 выступает транзистор с открытым коллектором npn-структуры, управляющий током нагрузки и защищённый от обратных выбросов напряжения диодом. Каких-либо средств защиты от перегрева или перегрузки по току не предусмотрено.

Если управляющее напряжение Uref не превышает порога переключения, то выходной каскад закрыт, а управляющие им каскады потребляют в режиме покоя ток величиной 100…200 мкА. После превышения порога выходной каскад открывается, т. е. по сути TL431 – это своего рода аналог идеального ключевого транзистора с порогом открывания ≈2,5 В. База, коллектор и эмиттер такого транзистора у TL431 традиционно именуются соответственно: управляющим входом (R), катодом (C) и анодом (A).

На Рис.2 приведены базовые конфигурации линейных стабилизаторов, выполненных на ИМС TL431. Изначально именно такое включение TL431 подразумевалось под основным, так как микросхема позиционировалась как экономичная альтернатива дорогим прецизионным стабилитронам.

Рис.2 Базовые конфигурации линейных стабилизаторов на TL431

В простейшей схеме параллельного стабилизатора напряжения (Рис.2 слева) управляющий вход TL431 замыкается на катод, что превращает микросхему в аналог стабилитрона с фиксированным напряжением стабилизации ≈2,5 В.
Для стабилизации бо́льших напряжений к управляющему входу TL431 подключается резистивный делитель R1R2 (Рис.2 посередине).

Выходное напряжение и номиналы резисторов связаны между собой следующими соотношениями:
U_{вых.стаб} = V_ref×(1 + R1/R2) + R1×I_ref ;
R_B = (U_{вх.нест} — U_{вых.стаб}) /I_кат ,
где V_ref = 2,495 В и I_ref = 2 мкА – это типовые значения, указанные в datasheet на TL431, а I_кат – ток катода TL431.

Учитывая то, что для нормального функционирования TL431 минимальный ток катода должен быть не менее 1 мА, то максимальный ток нагрузки может составлять величину – не более (I_кат — 1) мА.
В случае использования умощняющего транзистора (Рис.2 справа) ток нагрузки может быть увеличен в h21 раз, где h21 – это коэффициент усиления транзистора по току.

Исходя из приведённых формул и заданных параметров стабилизатора, можно построить калькулятор по расчёту балластного резистора, а также резистивного делителя R1R2.
Единственное, о чём следует помнить, так это то, что для сохранения высокой температурной стабильности TL431 ток, протекающий через делитель должен как минимум в 100 раз превышать опорный ток Iref, то есть быть – не менее 0,2 мА. Правда, зачастую с целью повышения экономичности устройств этим фактором пренебрегают.

Онлайн калькулятор расчёта номиналов резисторов
для регулируемых стабилизаторов на TL431, TL432

При необходимости откорректировать значение тока через делитель R1R2 следует изменить номинал резистора R1.

При работе на резистивную нагрузку спад АЧХ TL431 начинается в районе 10 кГц, а частота единичного усиления составляет величину около 1 МГц.
Для увеличения устойчивости микросхема скомпенсирована встроенной ёмкостью.
Однако при шунтировании анода и катода внешней ёмкостью номиналом от нескольких нФ до нескольких МкФ, возникает довольно высокая вероятность самовозбуждения.

При малых и при больших ёмкостях TL431 устойчива. В области от 6 нФ до 4 мкФ самовозбуждение вероятно. При этом наихудшим является сочетание малых токов катода и малых напряжений анод-катод. При существенных же токах и напряжениях TL431 становится абсолютно устойчивой.

Часто для подавления возбуждения TL431 достаточно включить между анодом и ёмкостью нагрузки «антизвонное» сопротивление, номинал которого определяется сочетанием ёмкости нагрузки, I_KA и U_KA и, как правило, составляет величины: от десятка до нескольких сотен Ом.

В datasheet-е на TL431 приведено множество примеров и схем применения ИМС в разных электронных устройствах. Остановимся на двух самых распространённых:

Изображённый на Рис.4 прецизионный источник постоянного тока на TL431 хорош отсутствием эффекта Эрли и крайне высокой температурной стабильностью.

Рис.4 Прецизионный источник тока

Рис.5 Прецизионный ограничитель тока на TL431

Ограничитель тока (Рис.5) лимитирует максимальное значение тока, поступающего в нагрузку, на уровне I_нагр (А) = 2,495 (В) / R_CL (Ом) + I_катод (А) .

ИМС TL431 и TL432 производится в различных вариациях корпусов. Всевозможные варианты исполнения и цоколёвки приведены на Рис.6.

Рис.6 Варианты корпусов и цоколёвка TL431, TL432

Как работает микросхема TL431: применение и схема подключения

При построении электронных схем часто возникает потребность в построении источников образцового напряжения (ИОН). До относительно недавнего времени в этом качестве использовались полупроводниковые стабилитроны и стабисторы, еще раньше – стабиловольты. На сегодняшний день развитие электронной техники позволяет применить ИОН более высокого функционального уровня, и таким устройством служит TL431.

Назначение микросхемы

Микросхема предназначена для получения стабильного (не зависящего от входного напряжения и тока нагрузки) напряжения в заданных производителем пределах. Это напряжение можно использовать для питания нагрузки непосредственно, для работы в составе более сложных стабилизаторов, для задания пороговых уровней в различных узлах и т.д.

Технические характеристики TL431

К основным техническим характеристикам микросхемы TL431 относят:

1. Выходное напряжение – 2,5..36 вольт. Этот параметр не очень впечатляющ – иногда нужно меньшее напряжение. Некоторые стабилизаторы имеют возможность установки выходного уровня от 1,5 вольт.
2. Наибольший ток в цепи катод-анод – 100 мА. Эту характеристику можно сравнить с током стабилитрона небольшой мощности, поэтому возможности микросхемы в режиме параллельного стабилизатора невелики.
3. Динамическое сопротивление – 0,2..0,5 Ом.
4. Точное значение Uref=2,495 В. Этот параметр выдерживается с точностью в пределах 2%.

Прочие характеристики, включая рабочий диапазон температур, можно найти в даташитах.

Принцип работы TL431

Хотя микросхему называют «программируемым стабилитроном», она похожа на стабилитрон только функционально. На схеме, как у обычного стабилитрона, у TL431 два вывода обозначаются, как катод и анод, а также есть третий вывод – управляющий электрод (reference) Для анализа работы схем и некоторых применений этого достаточно.

На самом деле лучше представить микросхему в виде компаратора. В этом случае имеется устройство сравнения, которое сравнивает напряжение на управляющем электроде с опорным напряжением (Vref=2,5 В). Пока разница отрицательна, на выходе компаратора ноль, и выходной транзистор закрыт. Как только уровень на входе reference возрастет до 2,5 вольта, компаратор переключается, выходной транзистор открывается, через него начинает течь ток по направлению от катода к аноду.

Эта схема дает более полное понимание работы прибора, но и она достаточно абстрактна. На самом деле все работает по другому принципу, разобраться в котором можно, изучив принципиальную схему прибора.

Типичные схемы подключения

Типовые варианты схем включения TL431 приведены в даташите на прибор. Самое очевидное применение – параметрический стабилизатор напряжения (подобно обычному стабилитрону). Схема включения легко узнаваема, но, в отличие от классики, имеет еще два резистора R1 и R2. Они образуют делитель напряжения с их помощью устанавливается выходной уровень стабилизатора.

Мнение эксперта
Становой Алексей
Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.

Несмотря на то, что производитель указал на схеме сглаживающий конденсатор (параллельно нагрузке) его устанавливать не рекомендуется. Схема становится менее устойчивой в работе. К тому же, в отличие от классического стабилитрона, TL431 шумит намного меньше, и этот конденсатор не нужен, что с одной стороны плюс. С другой стороны, по этой причине микросхему нельзя использовать в качестве генератора шума (а стабилитрон можно).

Если нужен стабилизатор с выходным напряжением 2,5 вольт, резистивный делитель можно не устанавливать (схема справа). Вывод reference оставлять неподключенным нельзя. Для нормальной работы в него должен втекать ток (около 4 мкА).

Сравнение с аналогами

Аналогов у TL431 немного. Распространены две микросхемы, имеющие функционал параллельного стабилизатора:

Оба изделия функционально аналогичны, но отличаются электрическими характеристиками – диапазонами стабилизации напряжения и минимально возможными токами катод-анод.

Тип	Стабилизируемые напряжения, В	Ток А-К
NCP100	0,9..6	100 мкА
LMV431	1,24..30	80 мкА

Прочие микросхемы, выполняющие функции «программируемых стабилитронов», являются разновидностями TL431.

Существует и отечественный аналог – микросхема КР142ЕН19А. Он незначительно отличается электрическими параметрами.

Разновидности TL431

Наряду с основным индексом, микросхема параллельного стабилизатора выпускается и под другими наименованиями:

Эти приборы незначительно отличаются характеристиками. Точнее узнать различия можно, заглянув в даташит.

Большее внимание надо уделить различию в корпусах. Это важно при разработке печатных плат и в других случаях. TL431 выпускается в исполнениях, предназначенных для:

• «дырочного» монтажа (through hole);
• поверхностного монтажа (SMD).

К первому варианту, в первую очередь, относится пластиковый кейс TO-92 – самый распространенный корпус (похожий на маленький транзистор). Имеется две модификации:

1. С прямыми выводами.
2. С изогнутыми выводами.

Цоколевка микросхемы TL431 в этом исполнении такова:

Оба исполнения полностью аналогичны по функционалу и параметрам, при ремонте можно менять один тип на другой, при необходимости подгибая выводы.

Другое исполнение для «дырочного» монтажа – DIP-8. В этом случае цоколевка такова:

Остальные выводы не используются.

Для монтажа SMD «программируемый стабилитрон» выпускается в исполнении Micro8. Такой кейс миниатюрен и имеет такое же расположение выводов, как и DIP-8.

Более удобен во многих случаях корпус SOIC-8. Он несколько больше, но его внутренняя разводка предполагает дублирование выводов.

Так анод подключен к ножкам 2,3,6 и 7, катод – 1, а управляющий электрод – к выводу 8. Это позволяет иметь большую свободу при разводке печатных плат и снизить потери тока и напряжения.

Распространение получили и приборы в корпусах SOT-23, SOT-25 и SOT-83 для поверхностного монтажа. Их достоинство в более рациональной распиновке — неиспользуемые выводы отсутствуют или их наличие сведено к минимуму.

Примеры схем с использованием TL431

Чтобы построить стабилизатор большей мощности, его можно выполнить по последовательной схеме (линейный регулятор). Он похож на классическую схему со стабилитроном, только напряжение можно задавать изменением соотношения плеч делителя. Если вместо верхнего плеча установить потенциометр, можно получить регулируемый стабилизатор.

Напряжение задающего делителя в этой схеме должно сниматься с выхода стабилизатора (транзистор должен быть включен в цепь обратной связи).

Рассмотренное выше типовое включение микросхемы позволяет создавать на ее базе не только стабилизаторы, но и другие узлы электронной аппаратуры, которые можно использовать в качестве законченных узлов или в виде источников образцового напряжения в других схемах.

Очевидно, что TL431 легко использовать в качестве компаратора, и построить на нем пороговое реле (например, реле освещенности, уровня жидкости, перемещения и т.д.). Это реле может срабатывать при достижении датчиком определенного состояния (сопротивления). Приведенный на схеме пример реле, зажигающего светодиод, иллюстрирует возможность настройки порога срабатывания. Так как Vref менять нельзя, можно менять сопротивление в верхнем плече делителя, изменяя падение напряжения на резисторах R1 и R3.

В даташите предлагается пример схемы монитора напряжений, созданного на основе этого принципа. Светодиод загорается, если входное напряжение становится выше или ниже заданных пределов. Границы срабатывания задаются делителями R1R2 (верхний уровень) и R3R4 (нижний).

К сожалению, опыт применения TL431 в качестве компаратора говорит о нечетком срабатывании при медленно изменяющемся напряжении на входе. По этой причине в этом направлении лучше применять другие микросхемы, более приспособленные для такой работы.

Следующий пример из даташита – импульсный стабилизатор постоянного напряжения. Здесь TL431 выполняет функцию порогового элемента – компаратора. В данном случае выполняет хорошо, так как напряжение на управляющем электроде меняется быстро, в соответствии с частотой преобразования, которая зависит от индуктивности дросселя и тока нагрузки. При снижении напряжения на нагрузке ниже заданного, микросхема открывает транзистор, который «подпитывает» потребителя и запасает энергию в дросселе для следующего цикла работы.

Как проверить на работоспособность

Чтобы проверить микросхему на работоспособность, достаточно собрать схему, показанную на рисунке слева. На вход схемы надо подать напряжение 5..7 вольт. Балластный резистор надо подобрать так, чтобы ток катод-анод составлял не менее 1 мА. В итоге надо измерить напряжение на катоде – оно должно составлять 2,5 вольт. Если это так, прибор исправен.

Чтобы окончательно убедиться в работоспособности микросхемы, схему испытательного стенда можно усложнить, и добавить к ней делитель напряжения (на рисунке справа). Изменяя номиналы резисторов, можно проверить соответствие выходного напряжения уровню на управляющем электроде.

Для второй схемы (слева) потребуется подать на вход такое напряжение, чтобы оно превышало предполагаемый выходной уровень.

Вывод: Есть ли перспективы применения

В большинстве случаев рассмотренная микросхема полностью заменяет стабилитрон, имея перед ним несколько преимуществ:

• меньший шум;
• возможность выбора напряжения стабилизации;
• более точная установка уровня образцового напряжения.

К недостаткам можно отнести только более высокую цену (плюс необходимость двух резисторов для делителя), но по абсолютной шкале микросхема стоит недорого, и в общей стоимости комплектующих для устройства в любом случае ее применение существенного влияния не окажет. Поэтому можно ожидать постепенного вытеснения классических стабилитронов (как они, в свое время, вытеснили газоразрядные стабиловольты) из всех областей применения, за исключением, пожалуй, только генераторов шума.

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.