Управляемый стабилитрон TL431: принцип работы, характеристики и применение

3 371 шт

Цена от:

от 10,00₽

схема, характеристики, datasheet и аналоги

TL431 это регулируемый стабилизатор напряжения параллельного типа. Иначе его можно назвать «управляемым программируемым стабилитроном”. Предназначена она для применения в роли блока опорного напряжения в различных вариациях схем устройств питания, и, также может служить заменителем диодов Зенера в разнообразных схемах. Вопреки солидному возрасту микросхемы — почти 50 лет — она остается популярной и сейчас. Все благодаря ее размерам, стабильности и простоте подключения. Она обладает хорошими характеристиками, которые позволяют использовать ее как в хоббийных, так и в промышленных масштабах. Помимо прочего, еще одним преимуществом данной микросхемы является низкий уровень шума на ее выходе.

Впервые TL431 было представлено всему миру компанией Texas Instruments еще в 1977 году. За все это время был значительно улучшен технический процесс производства, а значит и точность характеристик в сравнении с указанными в datasheet. С тех пор эта микросхема стала неотъемлемой частью большого множества выпускаемых импульсных блоков питания.

Схема TL431

Рассмотрим схему, которая находится в официальном datasheet производителя Texas Instruments.

Схема довольно простая. На ней изображен самый обыкновенный операционный усилитель (выглядит, как треугольник на картинке), который подключен к транзистору на выходе.

Как работает TL431?

Здесь все элементарно. Операционному усилителю на вход стоит источник опорного напряжения на 2.5В, который подсоединен ко входу. Контакт под кодовым названием REF и коллектор и эмиттер транзистора связаны с контактами питания усилителя. А безопасность обеспечивает защитный диод, который сохранит и убережет микросхему от переполюсовки.

Чтобы открылся выходной транзистор, нужно на вход REF подать сигнал, вольтаж которого будет чуть больше, чем опорное. Так как достаточно превышения в пару милливольт, то смело можем считать, что подаем вольтаж, который равен опорному. В таком случае, на выходе с ОУ идет напряжение на базу транзистора, и он открывается.

Получается, что эта микросхема — вроде полевого транзистора. Она безостановочно сравнивает входной вольтаж с опорным, и, когда напряжение на входе больше, она открывается.

Специально для особо любознательных в даташите TL431 также имеется изображение детализированной схемы:

Как вы видите, даже на показанной развернутой схеме, устройство TL431 не вызывает чувство страха.

Характеристики TL431

• Максимальное входное напряжение TL431 – 36В
• Диапазон напряжений выхода TL431 – 2.5-36В
• Максимальный выходной ток TL431 – 100мА
• Минимальный ток нагрузки – 1мА
• Опорное напряжение микросхемы – 2.5В
• Погрешность напряжения на выходе – 0.5%, 1%, 2%
• Сопротивление на выходе – 0.2 Ом
• Рабочий температурный диапазон – -40-125°C

Виды TL431

TL431 производится в различных вариациях корпусов. В соответствии с типом монтажа, вы можете подобрать подходящий к вашему проекту. В целях монтажа в отверстия на плате и навесного монтажа: TO-92, а для поверхностного монтажа: SOT-23, SOT-25, SOT-89 и SOP-8.

Для прототипирования и простых самоделок без использования печатных плат наиболее удобным вариантом является TO92, так как ее можно использовать как совместно с breadboard, так и с навесным монтажем.

Подключение TL431

Вне зависимости от типа корпуса, микросхема имеет 3 контакта. А в корпусах с большим количеством ножек, остаток не используется или дублирует основные 3. Здесь вы можете увидеть цоколевку (распиновку) всех вариантов TL431.

Минимальная схема подключения состоит всего лишь из одного резистора. На выходе данной схемы напряжение будет равно опорному — 2.5В.

Схемы с использованием TL431

Микросхема может использоваться во многих разных схемах блоков питания. Это могут быть как регулируемые блоки питания, так и зарядные устройства к аккумуляторам. Давайте разберем несколько базовых, типовых схем, которые можно модернизировать, и на базе которых можно создавать свои замыслы и творения.

Стабилизатор напряжения на TL431 (2.5-36В, 100mA)

Данная схема позволяет заменить обыкновенный стабилитрон. Вы можете менять выходное напряжение путем изменения сопротивления резисторов R1 и R2. Чтобы провести расчет сопротивления, рекомендуем прибегнуть к использованию формулы, указанной ниже:

Стабилизатор напряжения с увеличенным максимальным током (2.

Максимальный выходной ток TL431 равен 100мА. Однако, если вашему проекту нужен больший показатель выходного тока, то советуем вам использовать транзистор: тогда максимальный ток будет зависеть от его характеристик. Формула для расчета сопротивлений резисторов остается такой же.

Подобные схемы часто используются с другими микросхемами.К сожалению, большинство из них просто не могут пропускать высокий ток, поэтому, чтобы решить такую проблему, в дело вступает управляющий транзистор. В таком случае максимальный ток ограничивается его свойствами. Главная задача здесь — правильный подбор транзистора под управляющее напряжение на его базе.

Лабораторный блок питания на TL431 с защитой

Данная схема представляет собой регулируемый блок питания, который способен выдавать до 30Вт. И помимо этого имеет встроенную защиту от перегрузки. В случае, если ток начнет превышать допустимое значение на транзисторе Т2, то на ЛБП произойдет прекращение подачи напряжения, о чем будет сигнализировать загоревшийся светодиод.

Не стоит забывать использовать охлаждение в виде радиатора, ведь компоненты во время пиковых нагрузок будут быстро нагреваться, и со временем при частых перегревах, выходить из строя.

Стабилизатор тока на TL431 (Светодиодный драйвер)

Чаще всего стабилизаторы тока используются для запитывания светодиодов и светодиодных лент. Схема тут элементарная — вам понадобятся всего лишь пара резисторов и один транзистор.

Индикатор напряжения

Схема может понадобиться, когда вам необходимо следить за тем, чтобы напряжение не выходило за верхние и нижние пределы. Эти пределы задаются сопротивлением резисторов, по формуле, указанной ниже.

Данную схему можно модернизировать путем добавления пищалок или других звуковых устройств. Таким образом точно не получится пропустить сигнал о неправильном напряжении.

Таймер задержки на TL431

Универсальная микросхема, на которой есть возможность реализовать даже схему таймера задержки. Все, что вам понадобится — это пара резисторов и конденсатор. Их номиналы необходимо рассчитать по формуле, чтобы получить требуемое время задержки (формула указана ниже).

Такая схема возможна благодаря очень низкому показателю входного тока (4мкА). Во время замыкания главного контакта, транзистор начинает производить зарядку. После достижения показателя в 2.5В он открывается, и ток при содействии оптопаровому светодиоду (оптрону) начинает течь, от чего на внешней цепи происходит замыкание.

Зарядное устройство для литиевых аккумуляторах на TL431 и LM317

Эта простейшая схема позволяет правильно заряжать литиевые аккумуляторы. В этой зарядке TL431 используется в качестве источника опорного напряжения, а LM317 в качестве источника тока. Устройство заряжает аккумуляторы методом CC CV, означает, как все знают, постоянный ток (Constant Current), постоянное напряжение (Constant Voltage).

Входное напряжение для этой схемы — 9-20В. Сначала аккумулятор заряжается постоянным током, который поддается изменению, меняя сопротивление резистора R5. После того, как аккумулятор достигнет напряжения около 4.2В, он начинает заряжаться постоянным напряжением.

Учтите, что очень важно перед использованием настроить устройство: без нагрузки необходимо подстроить переменный резистор RV1 так, чтобы на выходе напряжение было равно 4.2 Вольта.

Как проверить TL431

Так как это не одиночный радиокомпонент, а целая схема, заключенная в маленький корпус, мы не можем проверить ее одним лишь мультиметром, ведь в ней содержится только 10 штук транзисторов, не говоря об остальных компонентах. Проверка сопротивлений между выводами не принесет никакой полезной информации, так как от партии к партии и от производителя к производителю референсные значения разнятся.

Поэтому, как и для проверки большинства микросхем, необходимо собрать простейшую схему с ее использованием. Такой схемой может послужить приведенная ниже

При подаче на вход 12В на выходе должно быть 5В, а при замыкании S1 на выход должно идти опорной напряжение микросхемы TL431 — 2. 5В. Вы можете подобрать свои значения. Важно, чтобы они соответствовали формуле:

Если все значения подходят — значит микросхема рабочая и ее можно использовать в проекте. Если собрать небольшой стенд с такой схемой на breadboard, то получится конвейерно проверять большое количество TL431 и ей подобных микросхем.

Применение TL431

Эта микросхема может использоваться в различных устройствах питания различной мощности. TL431 используется в производстве блоков питания, ЛБП, стабилизаторов напряжения и тока, и прочего.

Эта микросхема может служить обычным компаратором, но благодаря внутреннему опорному источника питания схемы с таким использованием TL431 значительно упрощаются. В таком случае на ней можно создать схему терморегулятора и прочих устройств для считывания сигналов с аналоговых датчиков. А так же может служить индикатором напряжения. В том числе и звуковым.

Но чаще всего оно применяется в качестве источника опорного питания в связке с другими микросхемами, так как выдает его очень стабильно. Существует множеством схем, где TL431 используется в связке с LM317 — другим популярным регулируемым стабилизатором.

Аналоги TL431

Так, как микросхема обрела большую популярность, сейчас не составляет труда найти ее аналоги. Если вы ищете аналоги от отечественных производителей, то вот список для вас:

• КР142ЕН19
• КР142ЕН19А
• К1156ЕР5Т

Самыми полноценными аналогами являются:

• IR943N
• TL432
• LM431

Также на замену Tl431 можно использовать:

• KA431AZ
• KIA431
• HA17431VP
• IR9431N
• AME431BxxxxBZ
• AS431A1D
• LM431BCM
• HA17431A, KIA431
• APL1431

Для большинства из этих вариантов, схему менять не придется. Но стоит проверять datasheet каждой из них, чтобы быть уверенным, что цоколевка не отличается от TL431.

Безопасная эксплуатация TL431

При эксплуатации необходимо соблюдать параметры внешней среды, описанные производителем. Это необходимо не только для большего срока службы компонента, но также для его предсказуемого поведения. На таблице ниже отображены характеристики TL431 при температуре 25°C.

Нельзя перегружать элемент, его максимальное входное напряжение — 36В.

Лучше всего, чтобы ток нагрузки был не меньше 5мА, иначе микросхема может работать нестабильно и непредсказуемо.

Datasheet TL431

Datasheet находится на официальном сайте производителя. https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl431.pdf

Или на нашем сайте по ссылке.

В нем вы можете найти наиболее полный характеристики, все спецификации, возможности, примеры использования — всю информацию которая есть о данной микросхеме. Помимо этого, там находится информация для производств: виды, маркировки, упаковки, поддержка и прочее.

Производители TL431

Из-за своей невероятной популярности, TL431 производится почти всеми наиболее крупными предприятиями, которые специализируются на производстве микросхем. Однако, не все из них продаются в СНГ, множество продаются только за рубежом. Среди тех компаний, чья продукция поступает к нам:

1. Texas Instruments
2. ONS
3. STM
4. Nexperia
5. HTC
6. NXP Semiconductors

Остальные изготовители этой продукции, чья продукция недоступна у нас: Hotchip Technology, Calogic, Motorola, HIKE Electronics, Fairchild Semiconductor.

Где купить?

Сейчас TL431 доступна практически во всех магазинах радиокомпонентов. Ее можно без труда найти как на улицах своего города, так и в интернет-каталогах. Но в случае с покупкой в магазине вы можете заплатить в несколько раз больше, чем могли бы, закупаясь на AliExpress. По этой ссылке вы можете найти TL431 по лучшей цене и с хорошими отзывами, чтобы не переплачивать за воздух.

Можете посмотреть небольшой видеоурок про TL431:

Стабилитроны

Одна из стратегий проектирования схемы стабилизатора Зенера заключается в расчете максимальной мощности, рассеиваемой на стабилитроне, когда цепь регулятора разомкнута. Для напряжения стабилитрона = В и максимальной мощности P = Вт, резистор должен ограничить ток до = мА. Если входное напряжение равно = вольт, , тогда вам потребуется резистор = для защиты стабилитрона при обрыве цепи. Эта конструкция с сопротивлением нагрузке = даст выходной ток = мА и выходная мощность = Вт Для этого потребуется входная мощность = Вт. Логика этой стратегии проектирования заключается в защите стабилитрона. Разработанный резистор ограничивает ток, чтобы вы не сожгли стабилитрон при отключении нагрузочного резистора. Примечание к расчету: Вы можете заменить значениями напряжения стабилитрона, максимальной мощности, входного напряжения или нагрузочного резистора. Остальные параметры будут рассчитаны. Для неуказанных параметров, используемых в расчете, будут введены значения по умолчанию. Если вы поэкспериментируете с входными значениями, вы откроете для себя некоторые практические истины об источниках питания с стабилитроном. Если вы начнете с нестабилизированного источника питания, который ближе к напряжению стабилитрона, но не ниже его, вы сможете получить большую регулируемую мощность без риска обрыва цепи стабилитрона. Схема также будет более эффективной в использовании энергии. Альтернативная стратегия проектирования

Индекс Концепции электроники Разновидности диодов

Гиперфизика*****Электричество и магнетизм R Ступица

Назад

Стабилитрон в качестве регулятора напряжения: эксперимент, принципиальная схема

0

 Сохранить

Зенеровский диод, также известный как пробойный диод, представляет собой сильно легированный полупроводниковый прибор, предназначенный для работы в противоположном направлении. Диод Зенера обычно используется в качестве регулятора напряжения для поддержания постоянного выходного напряжения постоянного тока.

Регулятор напряжения — это часть источника питания, поддерживающая постоянное напряжение при любых условиях эксплуатации. Он поддерживает напряжение при колебаниях мощности и изменениях нагрузки. Он может контролировать как переменное, так и постоянное напряжение. Их второстепенная функция — защищать электрическую цепь от скачков напряжения, которые могут ее повредить или поджечь.

Читайте дальше, чтобы узнать больше о стабилитроне как регуляторе напряжения, его работе, применении и недостатках.

Стабилитрон в качестве регулятора напряжения

При наличии обратной связи по обратному смещению стабилитрон работает как регулятор напряжения, генерируя небольшой ток утечки до тех пор, пока не будет достигнуто постоянное напряжение. Диод Зенера имеет типичный ток, протекающий от анода к катоду. Диод Зенера ведет себя как диод общего назначения с кремниевым PN-переходом при нагрузке в прямом направлении. Этот прямой поток можно обратить вспять, если напряжение превысит определенный предел. Постоянное напряжение помогает регулировать напряжение стабилитрона.

ВАХ стабилитрона

Из кривой вольтамперной характеристики стабилитрона видно, что в характеристике обратного смещения стабилитрона возникает постоянное отрицательное напряжение, независимое от тока, протекающего через диод. Даже при резком изменении тока напряжение остается постоянным. Способность стабилитрона к самоуправлению может быть использована для регулирования или стабилизации источника напряжения при колебаниях питания или нагрузки. Благодаря этой особенности регулятор напряжения может быть выполнен из стабилитрона, работающего в зоне пробоя.

Способность стабилитрона к самоуправлению может быть использована для сдерживания или поддержания источника напряжения при изменении питания или нагрузки. Поскольку его можно использовать в самых простых формах приложений регулятора напряжения, тот факт, что теперь напряжение на диоде внутри зоны пробоя кажется почти постоянным, оказывается важной особенностью стабилитрона. Работа регулятора напряжения заключается в подаче постоянного напряжения на нагрузку, параллельно соединенную с ним, независимо от колебаний напряжения питания или колебаний тока нагрузки.

Работа стабилитрона в качестве регулятора напряжения

Способность стабилитрона поддерживать постоянное напряжение независимо от изменений тока источника или нагрузки имеет решающее значение в этом приложении. Общая роль устройства регулирования напряжения заключается в обеспечении постоянного выходного напряжения на нагрузке, подключенной параллельно ему, независимо от изменений потребляемой нагрузки (тока нагрузки) или колебаний и нестабильности напряжения питания. Если ток остается в пределах минимального и максимального обратного тока, стабилитрон будет выдавать постоянное напряжение.

Для ограничения тока, протекающего через стабилитрон, резистор \(R_s\) подключается последовательно с диодом, а также входное напряжение \(V_in\) подключается параллельно, как показано на рисунке, а выход напряжение \(V_out\) выбрано для прохождения через стабилитрон с \(V_out = V_z\). Поскольку для управления напряжением необходимы функции обратного смещения стабилитрона, он подключается в режиме обратного смещения, а катод подключается к положительной шине схемы.

Всякий раз, когда подключается нагрузка, маленькое сопротивление резистора приведет к большому току и электричеству диода, что повысит потребность диода в рассеиваемой мощности, что может превысить максимальную номинальную мощность стабилитрона и повредить его.

Номинал резистора можно определить по формуле

\( {{R}_{S}}=\frac{({{V}_{in}}-{{V}_{Z}} )}{{{I}_{z}}} \)

Где \( R_S \) значение последовательного сопротивления и \( V_in \) входное напряжение и \( V_z \) напряжение Зенера.

Используя этот метод, легко убедиться, что выбранное значение резистора не приводит к протеканию тока, большему, чем может выдержать стабилитрон.

Одна небольшая проблема со схемами регулирования на основе стабилитронов заключается в том, что, несмотря на попытку снизить входное напряжение, стабилитрон может генерировать электрические помехи только на шине питания. Хотя в большинстве случаев это может не быть проблемой, развязывающий конденсатор большой емкости, установленный на диоде, может решить проблему. Это помогает поддерживать стабильность выходного сигнала стабилитрона.

Применение стабилитрона в качестве регулятора напряжения

Ниже приведены некоторые наиболее важные области применения стабилитрона.

• В регуляторе эмиттерного повторителя используется стабилизатор напряжения Зенера.
• Используется с умеренным диапазоном тока нагрузки и поддерживает стабильное выходное напряжение постоянного тока.
• Используется для управления или изменения выходного напряжения схемы.
• Он используется в аналоговых и цифровых схемах, которые должны быть точными с их ссылками.
• Используется в цепях источника и стока тока.
• Используется для точной настройки линейного и импульсного напряжения и тока источника питания.
• Усилители ошибок также используют его.

Недостатки использования стабилитрона в качестве регулятора напряжения

Использование стабилитрона в качестве регулятора напряжения имеет два основных недостатка.

Вы также можете ознакомиться с другими разделами по физике. Ускорьте подготовку к экзамену с помощью приложения Testbook. Testbook содержит онлайн-видео-лекции, серии пробных тестов и многое другое. Загрузите приложение сейчас, чтобы воспользоваться захватывающими предложениями!

Часто задаваемые вопросы о стабилитроне в качестве регулятора напряжения

В.1 Можно ли использовать стабилитрон в качестве регулятора напряжения постоянного тока?

Ответ 1 Да, они широко используются в качестве регуляторов напряжения в небольших цепях постоянного тока. Они разработаны таким образом, чтобы поддерживать постоянное выходное напряжение постоянного тока.

В.2 Как можно использовать стабилитрон в качестве регулятора напряжения?

Ответ 2 Обратное смещение стабилитрона используется в качестве регулятора напряжения для обеспечения постоянного напряжения.