Tl431 схемы подключения

Технические параметры

Свойства

Предлагаем рассмотреть максимально допустимые рабочие свойства микросхемы. Если при его применении они будут превышены, то устройство будет неминуемо выходить из строя. Длительная эксплуатация с характеристиками, которые близки к предельному значению, тоже недопустимы. Рассмотрим их подробнее:

• Напряжение выходного типа, катодное (V_КА), по отношению к анодному выводу до 37 В.
• Вероятные токовые значения – для катодного значения непрерывного на выходе (I_КА) составляет 100-150 мА, а для обратного при вхождении от 50 до 10 мА.
• Типичный импеданс бывает от 0.22 Ом.
• Мощность рассеиваемого типа (для различных видов упаковки) Р_D: 0.75 Вт (SO-8); 0,33 Вт (SOT-23); 0,5 Вт (SOT-25); 0.8 Вт (SOT-89) и 0,78 Вт (ТО-92).
• Кристаллическая температура (Т_J) – рабочая от -40 до +70 градусов (для определенных автомобильных версий).
• Температура хранения составляет от -65 до +155 градусов.

Рекомендуемые эксплуатационные параметры

При рабочих условиях рекомендованные значения применения стабилизатора является входное напряжение опорного типа не более 36 В, катодный ток должен быть от 1 до 100 мА, а также соблюдение режимов температуры при применении. Следует учесть, что при I_КА< 5мА эта микросхема может работать нестабильно. Ниже есть электрические параметры устройства, которые замерены при температурном уровне Т_А=25 градусов.

Схемы подключения

Требуется разобраться, как работает элемент на примере простой схемы стабилизации, которая состоит непосредственно из стабилитрона и 1 резистора. В катод требуется подключить положительный, а в анод минусовой полюс для запитки. Для подключения микросхемы, на ее управляющий электрод требуется подавать опорное напряжение. Если значение стабилизатора ТL получится больше 2.5 В, то стабилитрон практически сразу откроется и начинает пропускать через себя электрический ток, которым можно запитывать требуемую нагрузку. Его значение начнет расти вместе с увеличением уровня V_in. А вот ток можно определить по формуле I_KA = (V_in— V_ref)/R. При этом напряжение выходного типа будет стабилизовано на уровне опорного, которое не более 2.5 В и вне зависимости от подаваемого на входе V_in. Максимальное значение I_KA  у стабилизатора ограничено не просто 100 мА, но и мощностью корпусного рассеивания.

Расчет параметрической стабилизационной схемы

Регулирование напряжения стабилизации

Для выстраивания схем с возможность регулирования вручную напряжения на выходе, вместо простого первого резистора устанавливают потенциометр. Номинал резистора ограничительного типа, который оказывает сопротивление току на входу, требуется рассчитать по формуле R=(V_IN-VК_А)/ I_IN. При этом I_IN = I_KA+ I_L. Несмотря на преимущества микросхемы, у нее есть достаточно существенный минус – малый ток в нагрузке, который она может выдержать. Для решения такой проблемы в схему требуется подключать полевые или мощные биполярные транзисторы. Примеры разных схем можно увидеть в видео.

Аналоги стабилизатора

Есть микросхемы отечественного производства, которые похожи по своим свойствам на рассматриваемую. Это линейный российский стабилизатор КР142ЕН19. Больше всего подойдут IR943N, ТL432 и LМ431. К устройствам с такой цоколевкой, но немного иными остальными электрическими характеристиками можно отнести НА17431А и КIА431. В роли замены еще можно попробовать применять АРL1431.

Схема пробника для проверки микросхемы КРЕН

Эта схема уступает предыдущей компоновке.

Конденсатор С1 удаляет генерацию при ступенчатом подключении входного напряжения, а емкость С2 предназначена для защиты от импульсных помех. Величину ее берем 100 микрофарад, напряжение по величине стабилизатора напряжения

.Диод 1N 2021 не дает возможность конденсатору разрядиться . Входное напряжение стабилизатора должно превышать напряжение выхода на 2,5 В. Нагрузку следует выбирать в соответствии с тестируемым стабилизатором.

На корпусе установили кнопку питания для удобства пользования. Штыревой контакт пришлось доработать путем изгибания.

На этом пробник готов. Он является своеобразной приставкой к мультиметру

.Вставляем в гнезда штыри пробника, границу измерения устанавливаем на 20 В, провода соединяем с блоком питания, регулируем напряжение на 15 В и нажимаем кнопку питания на пробнике . Прибор сработал, на экране отображается 9,91 вольта.

Как проверить выходное напряжение стабилизатора?

TL 431 это программируемый шунтирующий регулятор напряжения. Хотя, эта интегральная схема начала выпускаться в конце 70-х она до сих пор не сдаёт своих позиций на рынке и пользуется популярностью среди радиолюбителей и крупных производителей электротехнического оборудования

. На плате этого программируемого стабилизатора находится фоторезистор, датчик измерения сопротивления и терморезистор.TL 431 повсеместно используются в самых разных электрических приборах бытовой и производственной техники . Чаще всего этот интегральный стабилитрон можно встретить в блоках питания компьютеров, телевизоров, принтеров и зарядок для литий-ионных аккумуляторов телефонов.

Исследование параметрического стабилизатора постоянного напряжения. Приобретение навыков выбора элементов параметрического стабилизатора постоянного напряжения

Министерство образования Республики Беларусь

Гомельский государственный технический университет

им. П.О.Сухого

по  расчётно-лабораторной работе № 6.3

«Исследование параметрического стабилизатора постоянного напряжения»

,                                                                                                                                      

Принял преподаватель

Гомель 2004

Цель работы: 1. Приобретение навыков выбора элементов параметрического стабилизатора постоянного напряжения.

2.  Исследование свойств стабилизатора в зависимости от изменения величины входного напряжения или сопротивления нагрузки.

Программа работы

1.  Снять ВАХ стабилитрона.

2.  Рассчитать и выбрать балластное сопротивление Rб.

3.  Собрать схему параметрического стабилизатора на стенде и снять зависимости:

а) U2 = f(U1) при RH = const, б) U2 = f(RH) при U1 = U1Н= const.

4.  Рассчитать коэффициенты стабилизации по входному напряжению (KU) и по сопротивлению нагрузки (KR).

Порядок и методика проведения исследований

В работе используются:

— регулируемый стабилизируемый источник постоянного напряжения ИР;

— блок переменного сопротивления БПС;

— кремниевый стабилитрон (элемент 24);

— линейные резисторы (элементы 01…06).

Измерение напряжений и токов производится измерительными приборами, установленными на стенде.

1.  Снятие ВАХ стабилитрона производится по схеме рис. 3.1 а.

https://www.youtube.com/watch?v=g1yGx1wX-wU

К источнику ИР, напряжение которого равно нулю, подключены БПС (сопротивление максимально и равно 999 Ом) и кремниевый стабилитрон Д.

Далее, увеличивая напряжение БПС до тех пор, пока ток стабилитрона не достигнет значения Iст ≈ (0,6…0,7)∙Iст. max, где  Iст. max– максимально допустимый обратный ток стабилитрона (см. табл. 3.1). При этом производим 6…8 измерений тока и напряжения на стабилитроне как в прямом, так и в обратном его включении.

 Таблица 3.1

Данные измерений заносим в таблицу 3.2.

Таблица 3.2

По данным табл. 3.2 чертим на миллиметровке ВАХ стабилитрона.

2.  Используя обратную ветвь ВАХ, рассчитайте величину балластного сопротивления Rб. При расчете необходимо выполнить условие, согласно которому при максимальном напряжении источника ИР и любой нагрузке стабилизатора его ток не должен превышать значения Iст ≈ (0,6…0,7)∙Iст. max. Затем из элементов 01…06 выбираем резистор (или комбинацию резисторов), сопротивление которого (которых) близко к расчетному значению Rб.

Iст = 0,6∙Iст. max = 0,6∙0,055 = 0,033 (А); 

Примем максимальное напряжение источника ИР: U1 = 20 B;

По графику определяем ток к.з. (когда U2 = 0): I=0,045 (А);

По закону Ома определяем балластное сопротивление:

Выбираем комбинацию резисторов: R02 + R03 = 153 +286 = 439 (Ом), сопротивление которой близко к расчётному значению Rб.

3.  Собираем параметрический стабилизатор постоянного напряжения по схеме рис. 3.1 б. В качестве Rб используем выбранный по п. 2 резистор (резисторы), а в качестве сопротивления нагрузки RH — блок БПС.

4.  При экспериментальном снятии зависимости U 2 = f (U1) сопротивление RH задаём в диапазоне 200…500 Ом и поддерживаем в процессе эксперимента неизменным. Напряжение U1 изменяем в диапазоне от 0 до максимального значения, измеряя при этом 8…10 значений U1 и U2. Результаты измерений занесите в табл. 3.3.

Таблица 3.3

5. Устанавливаем величину U1 = Ulном (где Ulном соответствует напряжению стабилизации стабилитрона при некоторой выбранной величине Rн.ном), задаём 8…10 значений значения RH в диапазоне от 0 до 2∙Rн.ном и измеряем соответствующие им значения U2. Результаты измерений заносим в табл. 3.4.

Таблица 3.4

6. Используя данные таблиц 3.3 и 3.4, строим в разных осях зависимости U2 = f(U1)│Rн=constи U2 = f(RН)│U1=const. Определяем коэффициенты стабилизации стабилизатора KU и KR.

Вывод:  Результатом выполнения данной расчётно-графической работы стало приобретение навыков выбора элементов параметрического стабилизатора постоянного напряжения. В данной работе мы исследовали свойства стабилизатора в зависимости от изменения величины входного напряжения или сопротивления нагрузки; а также определили значения коэффициентов стабилизации стабилизатора KU и KR.

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.

Советуем изучить Информация о плановом отключении электроэнергии: где и как искать?

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 (2.5-36В)

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.

ЗУ для мобильного телефона

Стабилизатор можно применить как своеобразный ограничитель тока. Это свойство будет полезным в устройствах для зарядки мобильного телефона.

Если напряжение в выходном каскаде не достигнет 4,2 В, происходит ограничение тока в цепях питания. После достижения заявленных 4,2 В стабилизатор уменьшает величину напряжения — следовательно, падает и величина тока. За ограничение величины тока в схеме отвечают элементы схемы VT1 VT2 и R1-R3. Сопротивление R1 шунтирует VT1. После превышения показателя в 0,6 В элемент VT1 открывается и постепенно ограничивает подачу напряжения на биполярный транзистор VT2.

На базе транзистора VT3 резко уменьшается величина тока. Происходит постепенное закрытие переходов. Напряжение падает, что приводит к падению силы тока. Как только U подходит к отметке 4,2 В, стабилизатор tl431 начинает уменьшать его величину в выходных каскадах устройства, и заряд прекращается. Для изготовления устройства необходимо использовать следующий набор элементов:

• DA1 – TL431K — если нет в наличии этого элемента, то его можно заменить на tl4311, tl783ckc ;
• R1 – 2,2 Ом;
• R2 – 470 Ом;
• R3 – 100 кОм;
• R4 – 15 кОм;
• R5 – 22 кОм;
• R6 – 680 Ом;
• VT1, VT2 – BC857B;
• VT3 – az431 или az339p ;
• VT4 – BSS138.

Необходимо обратить особое внимание на транзистор az431. Для равномерного уменьшения напряжения в выходных каскадах желательно поставить транзистор именно az431, datasheet биполярного транзистора можно наблюдать в таблице

Операционный усилитель TL431 является многофункциональным элементом и дает возможность конструировать различные устройства: зарядные для мобильных телефонов, системы сигнализации и многое другое. Как показывает практика, операционный усилитель обладает хорошими характеристиками и не уступает зарубежным аналогам.

Схема электрическая тестера

В виртуальном пространстве интернета схем для такой проверки множество. Разницу между ними усмотрел в том, что одни сообщают – сигнализируют о исправности электронного компонента миганием – загоранием светодиодов, другие создают предпосылки для измерения напряжения на выходе, по величине которого и следует судить о исправности TL431. С одной стороны первые вроде как самодостаточны, в дополнение же ко вторым необходим вольтметр. С другой стороны первым нужно «верить на слово», вторые же сами ничего «не решают», а выдают объективную информацию для принятия решения. К тому-же вольтметр всегда под рукой. Выбрал второй вариант, он к тому же ещё и проще, «цена вопроса» — три постоянных резистора.

За подходящим корпусом, для помещения в него всего необходимого, дело не встанет, на сайте есть статья «Изготовление сетевой вилки с нестандартным корпусом». Начал с оборудования верхней крышки корпуса, для этого понадобились трёхвыводная панелька, кнопка нажимного действия и тетрадный лист в клеточку на котором был начерчен круг в соответствии с диаметром крышки и шилом намечены места установки панельки и кнопки. Вырезанный круг уже стал шаблоном, был помещён на крышку и на ней произведена шилом соответствующая разметка. Далее, тем-же шилом, были проколоты отверстия необходимого диаметра под контакты панельки и кнопки.

Так на верхнюю крышку установлены панелька и кнопка (их контакты загнуты изнутри и пропаяны оловом), на среднюю часть корпуса, в качестве разъёма питания, встал «тюльпан», на нижней крышке разместились штыри для подключения к мультиметру. То, что в качестве корпуса выступили некоторые части (две крышки и горлышко) пластиковой ёмкости (молочной бутылки) вероятно ясно и без пояснений.

Осталось с внутренней стороны крышки, на контактах панельки и кнопки смонтировать саму схему, в первую очередь установил три резистора, во вторую были припаяны все соединительные провода. Проводов получилось неожиданно много, тут спешить не надо — немудрено и перепутать.

В этот раз не стал для дополнительного крепления применять клей, а «посадил» всё на меленькие саморезы. По три штуки на каждом элементе. Так более ремонтопригодно, хотя и ремонтировать тут навряд ли, что-то понадобиться. Пробник собран, раз и на всегда. Осталось проверить его работу и соответственно исправность имеющихся в наличии источников опорного напряжения TL431.

Технические характеристики

Вид корпусов ТЛ431

Основные характеристики:

1. ток на выходе до 100мА;
2. напряжение на выходе от 2,5 до 36V;
3. мощность 0,2W;
4. температурный диапазон TL431C от 0° до 70°;
5. для TL431A от -40° до +85°;
6. цена от 28руб за 1 штуку.

Подробные характеристики и режимы работы указаны  в даташите на русском в конце этой страницы или можно скачать tl431-datasheet-russian.pdf

Пример использования на плате

Проверить исправность микросхемы мультиметром нельзя, так как она состоит из 10 транзисторов. Для этого необходимо собрать тестовую схему включения, по которой можно определить степень исправности, не всегда элемент полностью выходит из строя, может просто подгореть.

Параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне

Для любой радиоэлектронной схемы обязательно наличие источника питания. Они могут быть постоянного и переменного тока, стабилизированными и нестабилизированными, импульсными и линейными, резонансными и квазирезонансными. Такое разнообразие дает возможность выбора источников питания для разных схем.

В наиболее простых электронных схемах, где не требуется высокая стабильность питающего напряжения или большая выходная мощность, чаще всего применяются линейные источники напряжения, отличающиеся надежностью, простотой и низкой стоимостью. Их составной частью служат параметрические стабилизаторы напряжения и тока в конструкцию которых входит элемент, имеющий нелинейную вольтамперную характеристику. Типичным представителем таких элементов является стабилитрон.

Данный элемент относится к особой группе диодов, работающих в режиме обратной ветви вольтамперной характеристики в области пробоя. При включении диода в прямом направлении от анода к катоду (от плюса к минусу) с напряжением Uпор, через него начинает свободно проходить электрический ток. Если же включено обратное направление от минуса к плюсу, то через диод проходит лишь ток Iобр, составляющий всего несколько мкА. Увеличение на диоде обратного напряжения до определенного уровня приведет к его электрическому пробою. При достаточной величине силы тока диод выходит из строя под действием теплового пробоя. Работа диода в области пробоя возможна в случае ограничения тока, проходящего через диод. В различных диодах напряжение пробоя может составлять от 50 до 200В.

В отличие от диодов, вольтамперная характеристика стабилитрона имеет более высокую линейность, в условиях постоянного напряжения пробоя. Таким образом, для стабилизации напряжения с помощью этого устройства обратная ветвь вольтамперной характеристики. На участке прямой ветви работа стабилитрона происходит точно так же, как и у обычного диода.

В соответствии со своей вольтамперной характеристикой, стабилитрон обладает следующими параметрами:

• Напряжение стабилизации – Uст. Зависит от напряжения на стабилитроне во время протекания тока Iст. Диапазон стабилизации у современных стабилитронов находится в пределах от 0,7 до 200 вольт.
• Максимально допустимый постоянный ток стабилизации – Iст.max. Ограничивается величиной максимально допустимой рассеиваемой мощности Рmax, которая, в свою очередь тесно связана с температурой окружающей среды.
• Минимальный ток стабилизации – Iст.min. Зависит от минимального значения тока, проходящего через стабилитрон. При этом токе должно быть полное сохранение работоспособности устройства. Вольтамперная характеристика стабилитрона между параметрами Iст.max и Iст.min имеет наиболее линейную конфигурацию, а изменение напряжения стабилизации очень незначительно.
• Дифференциальное сопротивление стабилитрона – rст. Данная величина определяется как отношение приращения напряжения стабилизации на устройстве к малому приращению тока стабилизации, вызвавшему это напряжение (ΔUCT/ ΔiCT).

Видео

Раз дело «выгорело» и пробник теперь есть, осталось помнить об этом и суметь в случае необходимости быстро его идентифицировать из числа других в таких, же корпусах, что лежат в предназначенной для этого коробке. А ещё нужно помнить, что рабочее напряжение пробника 12 вольт, что при не подключённом TL431 мультиметр будет показывать напряжение 10 вольт, при подключённом 5 вольт, а при нажатой кнопке 2,5 вольта и вдобавок правильно установить проверяемый компонент в панельку.  А можно особо и не запоминать, а оформить соответствующим образом лицевую панель. Автор проекта: Babay iz Barnaula.

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 опорного (эталонного) напряжения UREF;
• транзистор, включенный на выходе.

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

Внимание! Эталонное (опорное) напряжение (UREF) необходимо не для питания цепей микросхемы, а для того чтобы, опираясь на значение этого напряжения, производить стабилизацию на выходе ИС. Если провести аналогию с транзистором, то выполненный с применением биполярных триодов параллельный стабилизатор напряжения (СН) так же обладает тремя выводами:

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 вырабатывается встроенным источником

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

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.

Похожие записи:

Как рассчитать поперечное сечение проводника Проводники и диэлектрики в электростатическом поле Дизельные электростанции: принцип работы, ремонт и обслуживание Видеонаблюдение на даче через телефон: как обезопасить свой загородный дом Чарльз платт: электроника для начинающих (2-е издание) Виды радиоволн и их применение