Описание микросхемы TL431 принцип работы, назначение выводов и аналоги

Регулируемый стабилизатор TL431
Поделится:

Содержание


Введение

Микросхема TL431 — это универсальное устройство, которое можно найти во многих современных устройствах электронной техники. Она представляет собой программируемый стабилизатор напряжения, который имеет решающее значение для создания стабильных и точных источников питания, а также для контроля напряжения, которое используют различные электронные устройства. В этой статье мы подробно рассмотрим основные характеристики, принцип работы и математические аспекты микросхемы TL431. Мы также рассмотрим ее реальные применения в проектах. Получив более глубокое понимание TL431, мы сможем лучше понять его роль в современной электронике и значение для инженеров и разработчиков.

Основные характеристики микросхемы TL431

  1. Регулировка напряжения:
    • Микросхема TL431 предоставляет возможность точной регулировки выходного напряжения с помощью внешнего делителя напряжения. Это позволяет инженерам настраивать микросхему под конкретные требования проекта, обеспечивая необходимое выходное напряжение.
  2. Стабильность и низкий коэффициент температурной дрейфа:
    • TL431 известен своей отличной стабильностью выходного напряжения в широком диапазоне температур. Это делает его идеальным выбором для приложений, где необходимо обеспечить постоянство выходного напряжения даже при изменяющихся температурных условиях.
  3. Применение в источниках питания и защитных схемах:
    • TL431 широко используется в источниках питания для стабилизации и регулирования напряжения. Он также находит применение в защитных схемах для контроля напряжения и срабатывания в случае превышения порогового значения.
  4. Обратная связь и контроль напряжения:
    • Микросхема TL431 может быть интегрирована в схемы обратной связи, где она служит для регулирования и стабилизации выходного напряжения. Это позволяет создавать более точные и надежные источники питания.
  5. Защита от перегрузок:
    • TL431 также может использоваться в схемах для защиты от перегрузок и перенапряжений. При достижении определенного порогового значения напряжения, микросхема может сработать и отключить нагрузку, что способствует безопасной эксплуатации электронных устройств.

Технические характеристики

Вот таблица, представляющая основные характеристики микросхемы TL431:

ХарактеристикаЗначение
Напряжение стабилизации2.5…36 В
Макс. отклонение напряжения2%
Ток стабилизации1…100 мА
Внутреннее опорное напряжение2.5 В
Диапазон рабочих температур-40°C..+125°C
КорпусTO-92
Таблица характеристик

Описание и назначение выводов микросхемы

Описание и назначение выводов микросхемы TL431

Микросхема TL431 обычно имеет три вывода, каждый из которых выполняет свою уникальную функцию:

  1. Вывод 1 (Анод):
    • Назначение: Вывод 1, также известный как анод, обычно подключается к аноду делителя напряжения и внешнему источнику питания. Он принимает на входе напряжение от внешнего источника, которое будет регулироваться микросхемой TL431.
  2. Вывод 2 (Катод):
    • Назначение: Вывод 2, также известный как катод, подключается к катоду делителя напряжения и обычно к «земле» схемы. Он представляет собой точку отсчета для внешнего делителя напряжения и обеспечивает общий нулевой потенциал для микросхемы.
  3. Вывод 3 (Выход):
    • Назначение: Вывод 3, также известный как выход, представляет собой выходное напряжение микросхемы TL431. Этот вывод обеспечивает стабильное и регулируемое напряжение, которое можно настроить с помощью внешнего делителя напряжения. Выход TL431 служит источником стабильного напряжения для других компонентов схемы или потребителей.

Принцип работы микросхемы TL431

Описание внутренней структуры

В внутренней структуре микросхемы TL431 есть референтный вход (Ref), делитель напряжения и сравнительный усилитель (Comparator). Микросхема может работать как программируемый стабилизатор напряжения благодаря своей внутренней структуре, состоящей из нескольких резисторов и транзисторов.

Математическое описание работы референтного входа и делителя напряжения

  1. Референтный вход (Ref):
    • Референтный вход обеспечивает стабильное опорное напряжение, обычно 2.5 В. Это напряжение используется как точка отсчета для установки выходного напряжения микросхемы.
  2. Делитель напряжения:
    • Внешний делитель напряжения подключается к микросхеме и представляет собой два резистора. Один из них соединен с выходом микросхемы, а другой — с ее входом. Математический делитель напряжения описывается как отношение сопротивлений двух резисторов:
Математический делитель напряжения

где:

  • Vвых​ — выходное напряжение
  • Vref​ — опорное напряжение (2.5 В),
  • R1​ и R2​ — сопротивления резисторов делителя.
Математическое описание работы референтного входа и делителя напряжения

Математические модели и анализ

Чтобы лучше понять характеристики и поведение микросхемы TL431 в различных условиях, ее математические модели используются. Они позволяют инженерам предсказывать характеристики, проводить анализ стабильности и оптимизировать схемы.

  1. Модель стабильности:
    • Математическая модель стабильности TL431 помогает определить, какие условия внешних изменений (например, температурных или изменений нагрузки) могут повлиять на стабильность выходного напряжения. Это позволяет инженерам выбирать оптимальные компоненты и конфигурации схем для устойчивой работы.
  2. Модель температурной дрейфа:
    • Уравнения, описывающие температурный дрейф микросхемы TL431, помогают определить, как изменения температуры влияют на ее выходное напряжение. Это важно для приложений, где требуется высокая стабильность в различных температурных условиях.

Уравнения для расчета коэффициента температурной дрейфа и других параметров

Коэффициент температурной дрейфа (TC)

Коэффициент дрейфа температуры показывает, насколько изменяется выходное напряжение TL431 при изменении температуры. Следующее уравнение может быть использовано для расчета этого параметра:

Коэффициент температурной дрейфа (TC)

где:

  • TC — коэффициент температурной дрейфа
  • ΔVвых​ — изменение выходного напряжения
  • ΔT — изменение температуры.

Уравнения для других параметров

Математичеcкие модели также могут включать уравнения для расчета таких параметров, как линейность выходного напряжения, статическая и динамическая стабильность и другие.

Применение микросхемы TL431 в практических схемах

Применение микросхемы TL431 в практических схемах
  1. Источники питания с использованием TL431:
    • Микросхема TL431 часто используется в разработке источников питания, особенно в тех случаях, когда необходимо обеспечить стабильное выходное напряжение с возможностью регулировки. Примеры применения включают линейные источники питания для электронных устройств, зарядные устройства для аккумуляторов и стабилизаторы напряжения для аудио- и видеооборудования.
  2. Схемы обратной связи и регулирования напряжения, включая математический анализ:
    • Микросхема TL431 играет ключевую роль в схемах обратной связи, где она используется для точного регулирования и стабилизации выходного напряжения. Эти схемы включают в себя сравнительные усилители, делители напряжения и элементы управления. Математический анализ позволяет оптимизировать параметры схемы, такие как коэффициент усиления и полоса пропускания, чтобы достичь желаемой производительности.
  3. Защитные схемы и контроль напряжения в электронных устройствах с учетом математических моделей:
    • TL431 также используется в защитных схемах для контроля напряжения и срабатывания в случае превышения порогового значения. Это особенно важно для защиты более чувствительных компонентов электронных устройств от перенапряжения. Инженеры могут использовать математические модели, чтобы точно настроить пороги и параметры срабатывания таких защитных схем.

Аналоги TL431

Для регулирования выходного напряжения и стабилизации напряжения микросхема TL431 имеет много аналогов и альтернативных устройств. Некоторые из наиболее известных аналогов TL431 включают:

  1. Shunt Voltage References: Эти аналоги TL431 также известны как «shunt voltage references.» Они производятся разными компаниями и имеют схожие характеристики. Примеры включают в себя компоненты, такие как ADR431, TLV431, MAX6029, REF02, LT1460, и многие другие.
  2. ADJ (Adjustable) Voltage Regulators: Некоторые регуляторы напряжения с возможностью настройки также могут использоваться вместо TL431. Они позволяют пользователю устанавливать желаемое выходное напряжение. Примеры включают в себя LM317 и LM337.
  3. Precision Voltage References: Эти компоненты предназначены для предоставления стабильного опорного напряжения и могут использоваться в схемах собственного регулятора напряжения. Примеры включают REF33, ADR430, LT1004, и другие.
  4. Programmable Voltage References: Некоторые программируемые опорные напряжения также могут заменить TL431 в подходящих приложениях. Примеры включают AD5791, AD588, LTZ1000, и другие.

Отечественные аналоги

Регулируемые стабилизаторы напряжения параллельного типа.

  • КР142ЕН19
  • КР142ЕН19А
  • К1156ЕР5Т
  • Н142ЕН19

Преимущества и ограничения

Преимущества использования TL431 в сравнении с другими регуляторами:

  1. Гибкость настройки: TL431 предоставляет возможность точной регулировки выходного напряжения с помощью внешнего делителя напряжения, что делает его очень гибким и адаптивным к различным требованиям проектов.
  2. Стабильность: Микросхема TL431 обладает отличной стабильностью выходного напряжения и низким коэффициентом температурной дрейфа. Это делает его хорошим выбором для приложений, где необходимо поддерживать постоянное напряжение в широком диапазоне температур.
  3. Простота применения: TL431 имеет относительно простую схему подключения, что упрощает его интеграцию в различные электронные схемы. Кроме того, множество производителей выпускают данную микросхему, что обеспечивает ее доступность.
  4. Низкий собственный потребляемый ток: TL431 имеет низкий собственный потребляемый ток, что позволяет его использовать в батарейных и низкопотребляющих схемах.

Ограничения и ситуации, когда TL431 может быть не наилучшим выбором:

  1. Ограниченное выходное напряжение: Максимальное выходное напряжение TL431 ограничено, и если требуется более высокое напряжение, то другие регуляторы могут быть более подходящими.
  2. Ток стабилизации: TL431 обычно имеет ограничение на максимальный ток стабилизации. Если вам нужно обеспечить высокий ток, то могут потребоваться другие регуляторы.
  3. Шум и электромагнитная совместимость: В некоторых случаях TL431 может иметь более высокий уровень шума и быть менее устойчивым к помехам, чем некоторые другие регуляторы.
  4. Сложные схемы: В некоторых сложных схемах TL431 может потребовать дополнительных компонентов для обеспечения требуемой производительности и стабильности.

Примеры применения в реальных проектах

Варианты включения TL431 в режиме стабилизации напряжения

Варианты включения TL431 в режиме стабилизации напряжения

Стабилизатор тока

Стабилизатор тока

Контроллер для светодиодных DRL на TL431

Контроллер для светодиодных DRL на TL431

Регулируемый стабилизатор напряжения на TL431

Регулируемый стабилизатор напряжения на TL431

Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов

Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов

Заключение

Наконец, микросхема TL431 является важным и широко используемым устройством для стабилизации и регулирования выходного напряжения в электронных схемах и системах. Ее преимущества, такие как простота применения, стабильность и гибкость настройки, делают ее популярным выбором для многих схем.

  • 30.09.2023