Bij het ontwerpen van elektronische schakelingen is er vaak behoefte aan een laagspanningsregelaar of een referentiespanningsbron. Een aantal vaste spanningen wordt afgesloten door ongeregelde integrale stabilisatoren. Verstelbare opbouw chip LM317, maar het heeft bepaalde inherente gebreken en vaak onnodige functionaliteit. In veel gevallen zal de TL431-chip het probleem oplossen, waardoor u een stabiele spanningsbron met laag vermogen krijgt die kan worden aangepast van 2,5 tot 36 V.
Inhoud
Wat is de TL431-chip?
Deze microschakeling, ontwikkeld in de jaren 70 van de twintigste eeuw, wordt vaak een "instelbare zenerdiode" genoemd en wordt in het diagram aangeduid als een zenerdiode met twee klassieke conclusies - een anode en een kathode. Er is ook een derde conclusie, waarvan het doel later zal worden besproken. Ziet eruit als een micro-assemblage Zener diode herinnert zich helemaal niets. Het wordt, net als een conventionele microschakeling, in verschillende pakketopties geproduceerd. Aanvankelijk werden er alleen opties gemaakt voor een bord met gaten (true hole), met de ontwikkeling van SMD-technologieën begon de TL431 te worden "verpakt" in oppervlaktemontagepakketten, waaronder populaire SOT's met een ander aantal pinnen. Het minimum aantal poten dat nodig is voor de bediening is 3. Sommige gevallen bevatten meer pinnen. Overtollige poten zijn ofwel nergens verbonden, of gedupliceerd.
Belangrijkste kenmerken van TL431
De belangrijkste kenmerken, waarvan de kennis voldoende is om 90+ procent van de taken uit te voeren die zich voordoen bij de ontwikkeling van elektronische schakelingen:
- uitgangsspanningslimieten - 2,5 ... 36 V (dit kan worden toegeschreven aan de minnen, aangezien moderne regelaars een ondergrens van 1,5 V hebben);
- de hoogste stroom is 100 mA (het is klein, vergelijkbaar met een zenerdiode met gemiddeld vermogen, dus u moet de microschakeling niet overbelasten, deze heeft geen bescherming);
- interne weerstand (impedantie van een equivalent netwerk met twee aansluitingen) - ongeveer 0,22 Ohm;
- dynamische weerstand - 0,2 ... 0,5 Ohm;
- paspoortwaarde Uref = 2,495 V, nauwkeurigheid - afhankelijk van de reeks, van ± 0,5% tot ± 2%;
- bedrijfstemperatuurbereik voor TL431С – 0…+70 °С, voor TL431A – minus 40…+85 °С.
Andere kenmerken, waaronder grafieken van de afhankelijkheid van parameters van temperatuur, zijn te vinden in de datasheet. Maar in de meeste gevallen zijn ze niet nodig.
Doel van de conclusies en werkingsprincipe
Bij analyse van de interne structuur van de microschakeling wordt duidelijk dat de vergelijking met de zenerdiode nogal arbitrair is.
Bovenal lijkt de structuur van de TL431 op een comparator. Op de inverterende uitgang wordt een referentiespanning Vref van 2,5 V aangelegd.Deze spanning is gestabiliseerd, dus de output zal ook stabiel zijn. De niet-inverterende uitgang wordt naar buiten gebracht. Als de toegepaste spanning de referentiespanning niet overschrijdt, vergelijkingsuitgang: nul, de transistor is gesloten, er vloeit geen stroom. Als de spanning aan de directe ingang groter is dan 2,5 V, verschijnt er een positief niveau aan de uitgang van de differentiële versterker, de transistor opent en er begint stroom doorheen te stromen. Deze stroom wordt beperkt door externe weerstand. Dit gedrag lijkt op de lawine-doorslag van een zenerdiode wanneer er een sperspanning op wordt toegepast. De diode is ontworpen om te beschermen tegen omgekeerd inschakelen van de microschakeling.
Belangrijk! De spanningsreferentiepin mag niet onaangesloten blijven en vereist minimaal 4 µA stroom.
In feite is dit schema voorwaardelijk - het is alleen geschikt om de aard van het werk uit te leggen. In werkelijkheid wordt alles uitgevoerd volgens andere principes. Dus binnen het circuit kun je geen punt vinden met een referentiespanning van 2,5 V.
Voorbeelden van schakelcircuits
Een van de opties voor het TL431-schakelcircuit is een conventionele comparator. Je kunt er een soort drempelrelais op bouwen - bijvoorbeeld een niveaurelais, een verlichtingsrelais, enz. Alleen de referentiespanningsbron is ingebouwd en kan niet worden aangepast, daarom worden de stroom- en spanningsval door de sensor geregeld.
Zodra 2,5 V op de sensor valt, gaat de uitgangstransistor van de microschakeling open, stroomt er stroom door de LED en gaat deze branden. In plaats van LED kunt u een relais met laag vermogen of een transistorschakelaar gebruiken die de belasting schakelt. Weerstand R1 kan worden gebruikt om het werkingsniveau van de comparator aan te passen. R2 dient als ballast en begrenst de stroom door de LED.
Maar een dergelijke opname maakt het niet mogelijk om alle functies van de TL431 te gebruiken - de comparator kan worden gebouwd op elke andere microschakeling die meer geschikt is voor dergelijke relais.Hetzelfde samenstel is ontworpen voor andere doeleinden.
Het eenvoudigste circuit om de TL431 in parallelle regelaarmodus in te schakelen, is een referentiespanningsbron van 2,5 V. Hiervoor is alleen een ballast nodig weerstand, die de stroom door de uitgangstransistor zal beperken.
Belangrijk! In tegenstelling tot het klassieke zenerdiode-schakelcircuit, moet u geen condensator parallel aan de uitgang installeren. Dit kan leiden tot parasitaire oscillaties. Over het algemeen is dit niet nodig, aangezien de ontwikkelaars maatregelen hebben genomen om de uitgangsruis te verminderen. Maar hierdoor kan de microschakeling niet worden gebruikt als basis voor een ruisgenerator, zoals een conventionele zenerdiode.
Meer volledig worden de mogelijkheden van de microschakeling gebruikt in een terugkoppelingsschakeling gevormd door weerstanden R1 en R2.
Wanneer stroom wordt ingeschakeld, stijgt en stabiliseert de uitgangsspanning binnen enkele microseconden (slew rate is niet gestandaardiseerd). Ustab is ingesteld scheidingslijn, kan het worden berekend met de formule Ustab=2.495*(1+R2/R1). Bij het berekenen moet er rekening mee worden gehouden dat de interne weerstand met een dergelijke opname met (1 + R2 / R1) keer toeneemt.
U kunt het draagvermogen van de stabilisator op de klassieke manier vergroten door een extra bipolaire transistor.
Belangrijk! De transistor is noodzakelijkerwijs opgenomen in het terugkoppelluscircuit.
Een dergelijke opname zet het circuit om in een parallelle regelaar, waarbij de ingangsspanning de uitgangsspanning moet overschrijden. Zijn efficiëntie kan de Uout/Uin-verhouding niet overschrijden. Dit verslechtert de parameters van de stabilisator, dus het is beter om een veldeffecttransistor te gebruiken, de spanningsval erop is minder.
Hier is het rendement hoger vanwege het kleinere vereiste verschil tussen de ingangs- en uitgangsspanning, maar er is een extra voedingsbron nodig voor de transistorpoort - de spanning ervan moet Vin overschrijden.
Op TL431 kunt u een stroomstabilisator monteren.
De stroom in het collectorcircuit van de transistor is gelijk aan Istab \u003d Vref / R1.
Als hetzelfde circuit is opgenomen in de vorm van een netwerk met twee terminals, wordt een stroombegrenzer verkregen.
De stroom wordt beperkt tot Io=Vref/R1+Ika. De waarde van de ballastweerstand moet worden gekozen uit de voorwaarden Rb=Uin(Io/hfe+Ika), waarbij hfe de transistorversterking is. Het kan worden gemeten met een multimeter die deze functie heeft.
Radioamateurs gebruiken microschakelingen in niet-standaard insluitsels. TL431 heeft de neiging om zichzelf op te winden, wat een nadeel is. Maar dit maakt het mogelijk om het te gebruiken als spanningsgestuurde generatoren. Om dit te doen, is aan de uitgang een condensator geïnstalleerd.
Wat zijn de analogen?
De microschakeling heeft een hoge populariteit in de wereld van professionals en elektronica-enthousiastelingen. Daarom wordt het door veel fabrikanten geproduceerd. De wereldberoemde bedrijven Texas Instruments (als ontwikkelaar), Motorola, Fairchild Semiconductor en anderen produceren een microschakeling onder de oorspronkelijke naam. Het is onmogelijk om niet te spreken van de eerder uitgebrachte TL430-stabilisator, met Vref = 2,75 V en een maximale bedrijfsstroom die met anderhalf keer is verhoogd. Maar deze microschakeling was minder gewild en voldeed niet aan het begin van het tijdperk van SMD-montage.
Andere fabrikanten produceren een spanningsregelaar met andere letterindexen, maar die hebben altijd de nummers 431 in hun naam (anders let de consument gewoon niet op de onbekende microschakeling). Op de markt zijn:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N
en andere microschakelingen die qua functionaliteit vergelijkbaar zijn. Maar producten van weinig bekende en onbekende fabrikanten garanderen niet de naleving van de parameters.
Er is een binnenlandse analoog - KR142EN19A, geproduceerd in het KT-26-pakket (vergelijkbaar met een laagvermogentransistor). Het is volledig vergelijkbaar met de originele chip, maar sommige kenmerken zijn iets anders. Dus de interne weerstand is genormaliseerd binnen <0,5 Ohm.
Vermeldenswaard is de SG6105 PWM-controller. Het bevat twee interne stabilisatoren, absoluut identiek aan de TL431. Ze hebben aparte klemmen en kunnen worden gebruikt als referentiespanningsbronnen.
De prestaties van de TL431-chip controleren?
De microschakeling heeft een vrij complexe interne structuur, zodat deze niet door één tester kan worden gecontroleerd. Je zult in ieder geval een soort schema moeten verzamelen. Als er een gereguleerde voeding is, zijn drie weerstanden en een LED vereist.
De spanning van de voeding mag niet meer dan 36 V zijn. R1 is zo gekozen dat bij de maximale spanning de stroom door de LED niet groter is dan 10-15 mA. De verhouding van R1 en R3 moet zodanig zijn dat bij de maximale bronspanning meer dan 2,5 V op R3 valt, en bij voorkeur meer dan 3. Wanneer de uitgangsspanning stijgt van 0 V om de drempel op R3 te bereiken, gaat de LED knipperen, wat betekent dat de microschakeling werkt. U kunt de LED niet installeren, maar gewoon de spanning aan de kathode meten - deze zou abrupt moeten veranderen.
Als er geen gereguleerde bron is, maar wel een voeding met constante spanning, dan zul je een potentiometer moeten gebruiken in plaats van R3. Wanneer de motor in beide richtingen draait, moet de LED oplichten en uitgaan.
De markt voor elektronische componenten biedt een zeer breed scala aan geïntegreerde spanningsregelaars.Maar het toepassingsgebied is zeer uitgebreid, dus veel soorten microschakelingen hebben hun niche in de markt. Inclusief TL431.
Vergelijkbare artikelen:
