Схемы и принципы работы стабилизатора TL431

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.

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

Технические характеристики

Вид корпусов ТЛ431

Широкое применение получила благодаря крутости своих технических характеристик и стабильностью параметров при разных температурах. Частично функционал похож на известную LM317, только она работает на малой силе тока и предназначена для регулировки. Все особенности и типовые схемы включения указаны в datasheet на русском языке. Аналог TL431 будет отечественная КР142ЕН19 и импортная К1156ЕР5, их параметры очень похожи. Других аналогов особо не встречал.

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

Стабильность параметров зависит от температуры окружающей среды, она очень стабильная, шумов на выходе мало и напряжение плавает +/- 0,005В по даташиту. Кроме бытовой модификации TL431C от 0° до 70° выпускается вариант с более широким температурным диапазоном TL431A от -40° до 85°. Выбранный вариант зависит от назначения устройства. Аналоги имеют совершенно другие температурные параметры.

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.

Теперь давайте посмотрим, как этот прибор может быть использован в практических схемах. Схема ниже показывает, как можно использовать TL431 в роли обычного регулятора напряжения:

Приведенный выше рисунок показывает, как с помощью всего пары резисторов и TL431 получить регулятор, работающий в диапазоне 2,5…36 вольт. R1 представляет собой переменный резистор, который используется для регулировки выходного напряжения.

Следующая формула справедлива для вычисления сопротивлений резисторов, в случае если мы хотим получить какое-то фиксированное напряжение.

Vo = (1 + R1/R2)Vref

Скачать калькулятор для расчета TL431 (unknown, скачано: 2 834)

При совместном применении стабилизаторов серии 78xx (7805,7808,7812..) и TL431 можно использовать следующую схему:

TL431 катод соединен с общим выводом 78xx. Выход 78xx подключен к одной из точки резисторного делителя напряжения, который определяет выходное напряжение.

Вышеуказанные схемы использования TL431 ограничены выходным током 100 мА максимум.

Для получения более высокого выходного тока может быть использована следующая схема.

В приведенной выше схеме большинство компонентов схожи с обычным регулятором, приведенным выше, за исключением того, что здесь катод подключен к плюсу через резистор и к их точке соединения подсоединена база буферного транзистора. Выходной ток регулятора будет зависеть от мощности данного транзистора.

Технические характеристики TL431 и TL431A

У TL431A и TL431 такие параметры:

  • Мощность составляет 0.2 Вт.
  • Электрический ток на выходе достигает 100 мА.
  • Напряжение на выходе варьируется от 2,5 до 36 В.
  • Рабочая температура TL431 в диапазоне от 0 до +70 градусов.
  • Рабочая температура TL431A варьируется от -40 до +85 градусов.

Также важны другие параметры.

Выходное напряжение

Оно может поддерживаться постоянным только в указанных пределах.

Регулировка нагрузки

Эта характеристика является изменением выходного напряжения для данного текущего тока нагрузки

Линейное регулирование или регулирование на входе

Это степень, в которой выходное напряжение претерпевает изменения с изменением входного (питающего) напряжения. Это аналогично отношению изменения выходного сигнала к входному или изменению выходного напряжения за весь промежуток времени.

Температурный коэффициент выходного напряжения

Это показатель изменения температуры (усредненное по заданному температурному диапазону).

Изначальная точность регулятора напряжения (или точность напряжения)

Оно отображает ошибку в выходном напряжении для заданного регулятора без учета температурного фактора на точность вывода.

Падение напряжения

Показатель – минимальная разница между входным и выходным напряжением. Для этой разницы регулятор все еще может подавать указанный ток. Дифференциальный ток ввода-вывода, при котором регулятор напряжения не будет выполнять свою функцию, – падение напряжения. Дальнейшее снижение входного напряжения может привести к понижению выходного напряжения. Данное значение зависит от тока нагрузки и температуры перехода.

Пусковой ток или импульсный входной ток

Также называется импульсный выброс при включении. Данный параметр отображает максимальный мгновенный входной ток, который потребляется устройством во время первого включения. Период длительности пускового тока – полсекунды (или несколько миллисекунд), тем не менее он почти всегда высок. Учитывая это, он является опасным, так как может постепенно сжигать детали (в течение нескольких месяцев), особенно если нет соответствующей защиты от такого типа тока.

Ток покоя в цепи регулятора

Этот электрический ток потребляется внутри цепи. Он недоступен для нагрузки и измеряется как входной ток без подключения нагрузки.

Переходная реакция

Эта реакция происходит, когда случается внезапное изменение электротока нагрузки или же входного напряжения.

Расчёт напряжения TL431

TL 431 интегральный стабилитрон

Основные характеристики программируемого источника опорного напряжения TL 431

  • ​ Номинальное рабочее напряжение на выходе от 2,5 до 36 В;
  • Ток на выходе до 100 мА;
  • Мощность 0,2 Ватт;
  • Диапазон рабочей температуры для TL 431C от 0° до 70°;
  • Диапазон рабочей температуры для TL 431A от -40° до +85°.

Точность интегральной схемы TL 431 указывается шестой буквой в обозначении:

  • Точность без буквы – 2%;
  • Буква А – 1%;
  • Буква В – 0, 5%.

Столь широкое его применения обусловлено низкой ценой, универсальным форм-фактором, надёжностью, и хорошей устойчивостью к агрессивным факторам внешней среды. Но также следует отметить точность работы данного регулятора напряжения. Это позволило ему занять нишу в устройствах микроэлектроники.

Основное предназначение TL 431 стабилизировать опорное напряжение в цепи. При условии, когда напряжение на входе источника ниже номинального опорного напряжения, в программируемом модуле транзистор будет закрыт и проходящий между катодом и анодом ток не будет превышать 1 мА. В случае, когда выходное напряжение станет превышать запрограммированный уровень, транзистор будет открыт и электрический ток сможет свободно проходит от катода к аноду.

Читайте также  Чертёж стеллажа

Схема включения TL 431

В зависимости от рабочего напряжения устройства схема подключения будет состоять из одноступенчатого преобразователя и расширителя (для устройств 2,48 В.) или модулятора небольшой ёмкости (для устройств 3.3 В). А также чтобы снизить риск короткого замыкания, в схему устанавливается предохранитель, как правило, за стабилитроном. На физическое подключение оказывает влияние форм-фактор устройства, в котором будет находиться схема TL 431, и условия окружающей среды (в основном температура).

Стабилизатор на основе TL 431

Простейшим стабилизатором на основе TL 431 является параметрический стабилизатор. Для этого в схему нужно включить два резистора R 1, R 2 через которые можно задавать выходное напряжение для TL 431 по формуле: U вых= Vref (1 + R 1/ R 2). Как видно из формулы здесь напряжение на выходе будет прямо пропорционально отношению R 1 к R 2. Интегральная схема будет держать напряжение на уровне 2,5 В. Для резистора R 1 выходное значение рассчитывается так: R 1= R 2 (U вых/ Vref – 1).

Эта схема стабилизатора, как правило, используется в блоках питания с фиксированным или регулируемым напряжением. Такие стабилизаторы напряжения на TL 431 можно обнаружить в принтерах, плоттерах, и промышленных блоках питания. Если необходимо высчитать напряжение для фиксированных источников питания, то используем формулу Vo = (1 + R 1/ R 2) Vref.

Временное реле

Прецизионные характеристики TL 431 позволяют использовать его не совсем по «прямому» назначению. Из-за того, что входной ток этого регулируемого стабилизатора составляет от 2 до 4 мкА, то используя данную микросхему можно собрать временное реле. Роль таймера в нём будет исполнять R1 который начнёт постепенно заряжаться после размыкания контактов S 1 C 1. Когда напряжение на выходе стабилизатора достигнет 2,5 В, транзистор DA1 будет открыт, через светодиоды оптопары PC 817 начёт проходить ток, а открытый фоторезистор замкнёт цепь.

Термостабильный стабилизатор на основе TL 431

Технические характеристики TL 431 позволяют создавать на его основе термостабильные стабилизаторы тока. В которых резистор R2 выполняет роль шунта обратной связи, на нём постоянно поддерживается значение 2,5 В. В результате значение тока на нагрузке будет рассчитываться по формуле Iн=2,5/R2.

Цоколёвка и проверка исправности TL 431

Форм-фактор TL 431 и его цоколёвка будет зависеть от производителя. Встречаются варианты в старых корпусах TO -92 и новых SOT-23. Не стоит забывать про отечественный аналог: КР142ЕН19А тоже широко распространённый на рынке. В большинстве случаев цоколёвка нанесена непосредственно на плату. Однако не все производители так поступают, и в некоторых случаях вам придётся искать информацию по пинам в техпаспорте того или иного устройства.

TL 431 является интегральной схемой и состоит из 10 транзисторов. Из-за этого проверить её мультиметром невозможно. Для проверки исправности микросхемы TL 431 нужно использовать тестовую схему. Конечно, часто нет смысла искать перегоревший элемент и проще заменить схему целиком.

Программы расчёта для TL 431

В интернете существует множество сайтов, где вы сможете скачать программы-калькуляторы для расчёта параметров напряжения и силы тока. В них можно указывать типы резисторов, конденсаторов, микросхем и прочих составных частей схемы. TL 431 калькуляторы также бывают онлайн, они по функционалу проигрывают устанавливаемым программам, но если вам нужно исключительно входные/выходные и максимальные значения схемы, то они справятся с этой задачей.

Самоделки, хобби, увлечения.

Выбранный вариант зависит от назначения устройства.

Теперь кратко назначение компонентов: Резистор R2 он является ограничителем тока базы транзистора vt1 можно использовать от до ом.

Чтобы стабилизировать токи на уровне единиц и десятков Ампер одним транзистором в компенсационном стабилизаторе не обойтись, нужен промежуточный усилительный каскад.

В первую очередь это просто электрическое напряжение. Когда вода достигнет датчика, его сопротивление уменьшается, а микросхема через резисторы R1 R2 входит в линейный режим.

Все особенности и типовые схемы включения указаны в datasheet на русском языке. При таком включении контролируемое напряжение может находиться в пределах от трех, до нескольких десятков вольт. Резистор R2 совместно с транзистором vt1 является своеобразным шунтом на котором с помощью обратной связи поддерживается напряжение 2,5 вольта.

Кому лень читать


В трехвыводном корпусе этой микросхемы спрятано 10 транзисторов, а функция, выполняемая ею, одинакова с обычным стабилитроном диод Зенера. В качестве излучателя можно применить излучатель ЗП А теперь перейдем к рассмотрению различных конструкций на базе микросхемы TL Силовые элементы с радиаторами, диодными мостами тоже там есть. Если такая мощность не нужна, можно сократить количество светодиодов до одного.

Для получения более высокого выходного тока может быть использована следующая схема. Рисунок 1. Основная область применения микросхемы TL, конечно же блоки питания.

Необходимое выходное напряжение может быть установлено с помощью всего двух внешних резисторов делитель напряжения , подключенных к выводу REF. Резистор в этой схеме рассчитывается по следующей формуле: где Ist — ток TL, а Il — ток нагрузки. Аналоги имеют совершенно другие температурные параметры. 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.
Lm317T сборка схемы

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 (VКА), по отношению к анодному выводу до 37 В.
  • Вероятные токовые значения – для катодного значения непрерывного на выходе (IКА) 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) РD: 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 (ТJ) – рабочая от -40 до +70 градусов (для определенных автомобильных версий).
  • Температура хранения составляет от -65 до +155 градусов.

Максимальную степень рассеиваемости мощности можно рассчитать по обычной формуле PD= (TJmax-TA)/ RθJC.При этом ТА – температура в окружающей среде.

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 IКА 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 Vin. А вот ток можно определить по формуле IKA = (Vin— Vref)/R. При этом напряжение выходного типа будет стабилизовано на уровне опорного, которое не более 2.5 В и вне зависимости от подаваемого на входе Vin. Максимальное значение IKA у стабилизатора ограничено не просто 100 мА, но и мощностью корпусного рассеивания.

Читайте также  Номинал автоматов

Расчет параметрической стабилизационной схемы

Для того, чтобы получать на выходе микросхемы большего по размеру напряжения (до 36 В), к ее катоду управляющего типа дополнительно требуется подсоединить резистивный делитель. Он сделан из двух резисторов, которые подключают между анодом и катодом. В таком случае внутреннее сопротивление стабилитрона увеличивается. Для расчета стабилизационной схемы требуются начальные данные о выходном и входном напряжения, а еще токах – нагрузки и стабилизации. Имея эти данные можно рассчитывать значения остальных электронных компонентов, которые представлены на схеме ниже. Выходное напряжение, а также номиналы сопротивлений связаны друг с другом такой формулой — VКА= Vref *(1 + R1/R2)+ Iref *R1. При этом Vref = 2495 мВ и Iref = 2 мкА являются типичными величинами, и они прописаны в электрических параметрах на устройстве. Сопротивление первого резистора можно взять из datasheet. Обычно берут с номиналом 10-30 кОм, причем значением первого резистора ограничено малым опорным током (2 мкА), а им часто пренебрегают для расчета стабилизационных схем. По этой причине для вычисления значения второго резистора можно применять другую формулу R2=R1/((VКА/Vref)-1).

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=(VIN-VКА)/ IIN. При этом IIN = IKA+ IL. 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.

Как проверить TL431?

«Прозвонить» эту микросхему как обычный стабилитрон нельзя.

Чтобы убедиться в ее исправности, нужно собрать небольшую схему для проверки.

При этом выходное напряжение в первом приближении описывается формулой

Vo = (1 + R2/R3) * Vref (см даташит*), где Vref — опорное напряжение, равное 2,5 В.

При замыкании кнопки S1 выходное напряжение будет иметь величину 2,5 В (опорное напряжение), при отпускании ее – величину 5 В.

Таким образом, нажимая и отжимая кнопку S1 и измеряя мультиметром сигнал на выходе схемы, можно убедиться в исправности (или неисправности) микросхемы.

Проверочную схему можно сделать в виде отдельного модуля, используя 16-контактный разъем для DIP-микросхемы с шагом выводов 2,5 мм. Питание и щупы тестера подключаются при этом к выходным клеммам модуля.

Для проверки микросхемы нужно вставить ее в разъем, понажимать кнопку и посмотреть на дисплей тестера.

Если микросхема не вставлена в разъем, выходное напряжение будет равным примерно 10 В.

Вот и все! Просто, не правда ли?

*Даташит – это справочные данные (data sheets) на электронные компоненты. Их можно найти поисковиком в Интернете.

С вами был Виктор Геронда. До встречи на блоге!

Обсуждение: 9 комментариев

Так как резисторы делителя одинаковые (напряжение источника делится пополам), то выходной транзистор усилителя (ТЛ-ки) откроется при напряжении, чуть превышающем 5 вольт. На входе R в этом случае с делителя R2-R3 будет сниматься чуть больше 2,5 вольт.

Привет, скажите, хочу переделать блок питания с 12в на 17в, тлка есть, но катод и управляющий по схеме спаяны,так что разрезать дорожку и впаять переменник или как увеличить напряжение,спасибо.

Виктор, если это компьютерный блок питания, то можно включить последовательно напряжения +12В и +5В, как раз и будет 17В. Без всяких переделок.

Здравствуйте, Виктор. Получить 17 В так, как это вы предлагаете, не получится. Дело в том, что 5В и 12В обмотки конструктивно уже соединены в трансформаторе через общую землю. То есть, соединив +12В на +5В вы просто устроите КЗ. 12 В цепь будет работать на 5 В цепь как на нагрузку с низким внутренним сопротивлением и блок питания сгорит. В простейшем случае получить + (-) 17 (или, например + (-) 24 В) можно путем подключения, например к — 5 В выходу и к +12 В выходу. Между ними как раз и будет 17 В, но при этом нужно будет не допускать соприкосновения корпуса БП с землей устройства, которое вы питаете. Аналогично можно получить 24 В, если подключить свое устройство между +12В и -12В. Подобные простые варианты использования БП с повышенным напряжением питания имеют недостатки. Во-первых, ток потребляемый от такого источника будет ограничиваться возможностями БП по току в цепях -12В и -5В. Предельный ток в этих цепях, как правило не больше 0,5 А. Для увеличения тока, нужно вместо штатных диодов типа RF102 (их ток 1 А) поставить диоды Шоттки с отрицательным выходным напряжением или, в крайнем случае, в параллель штатным диодам, можно впаять несколько аналогичных на требуемый ток. При этом также необходимо увеличить емкость электролитических конденсаторов с 100-470 мкФ до 1000-2000 мкФ. Есть и другие способы. Например можно изменить величину резистора в цепи обратной связи (с выхода +5В на первую ножку, например микросхемы DBL494), который определяет постоянный уровень напряжения (+5В). Но в этом случае не во всех блоках питания удается «обмануть» схему стабилизации напряжения и существенно изменить напряжение, более чем на 1,5-2 В без нарушения работы БП (может срабатывать защита или появляться в момент питания выбросы напряжения). Такой фокус проходит в простых, древних схемах. Удавалось, таким образом регулировать напряжение с +/- 12 В до +/-20 В (требуется перепайка электролитов на напряжение не менее 25 В). Есть и другие варианты с доработкой конструкции трансформатора. Обмотки 5 В и 12 В, в большинстве трансформаторов, конструктивно, выполнены в виде нескольких параллельно включенных обмоток. Если их разъединить и включить в качестве дополнительных обмоток, можно получить несколько вариантов более высоких выходных напряжений. К этим дополнительным можно подключить диоды Шоттки, рассчитанные на это напряжение и требуемый ток и получить из компьютерного блока питания мощный, высокостабильный источник питания для Hi-Fi усилителя большой мощности с напряжением от (+/-) 17 до 36 В. Если кому, интересно, то более подробно о этих вариантах я расскажу в ближайших выпусках на своем канале High-End в ФБ и Ютубе. Ссылка по запросу.

Добрый день. Подскажите как поднять напряжение с5,3 до 12 В на зарядном собрании на базе tl431. Что нужно поменять?

ЗУ для мобильного телефона

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

Читайте также  Шх 15

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.

Именно этот транзистор плавно уменьшает напряжение и силу тока. Вольт-амперные характеристики этого элемента хорошо подходят для решения поставленной задачи.

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.