Характеристики и схема включения TL431

Управляемый стабилизатор напряжения TL431 (ON Semiconductor)

Описание

TL431 – datasheet на русском. TL431 представляет собой регулируемый стабилизатор напряжения параллельного типа (интегральный аналог стабилитрона) и предназначен для использования в качестве ИОН и регулируемого стабилитрона с гарантированной термостабильностью по сравнению с применяемым коммерческим температурным диапазоном.

Выходное напряжение может быть установлено на любом уровне от 2,495 V (VREF) до 36 V, для этого применяются два внешних резистора, которые являются делителем напряжения.

Этот стабилизатор имеет широкий диапазон рабочих токов от 1,0 мА до 100 мА с динамическим сопротивлением 0,22 Ом. Активные выходные элементы TL431 обеспечивают резкие характеристики включения, благодаря чему эта микросхема работает лучше обычных стабилитронов во многих схемах.

Погрешность опорного напряжения ± 0,4% (TL431B) позволяет отказаться от использования переменного резистора, что экономит затраты и уменьшает проблемы дрейфа и надежности.

Особенности TL431

  • Программируемое выходное напряжение до 36 V
  • Точность опорного напряжения: ±0.4%, Typ @ 25°C (TL431B)
  • Низкое динамическое выходное сопротивление, 0.22 Ом
  • Рабочий ток от 1,0 мА до 100 мА
  • Эквивалентный температурный коэффициент 50 ppm/°C
  • Термостабильность во всем диапазоне рабочих температур
  • Низкий выходной шум
  • Без содержания свинца

Электрические характеристики TL431

  • Входное (опорное) напряжение 2.495 V
  • Рабочий ток от 1 мА до 100 мА
  • Выходное напряжение от 2.495 до 36V
  • Входной ток 1.8 µA
  • Динамическое сопротивление 0,22 Ом

Цоколевка TL431

TL431 выпускается в нескольких корпусах

Схемы включения TL431

Напряжение на выходе этой схемы будет равно напряжению внутреннего ИОН TL431, то есть 2.5 V.

Схема ниже заменяет обычные стабилитроны с напряжением стабилизации от 2.5 до 36 вольт. Изменяя номиналы резисторов в делителе напряжения (R1, R2) можно менять выходное напряжение.

Рекомендованный максимальный ток для TL431 – 100 мА. Если нужен более мощный стабилитрон, можно использовать следующую схему. Максимальный ток будет зависеть от применяемого транзистора.

На рисунке ниже представлена схема компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа. По сравнению с предыдущей схемой, такой стабилизатор отличается меньшим входным сопротивлением, большим коэффициентом стабилизации, большим выходным током.

Одной из типовых схем включения TL431 является стабилизатор тока.

С помощью TL431 можно увеличить выходное напряжение стабилизатора 7805 и ему подобных.

На следующем рисунке изображена схема индикатора напряжения. Светодиод будет светиться, когда контролируемое напряжение находится между верхним (устанавливается R3,R4) и нижним уровнем (R1,R2).

Компаратор с температурно-компенсированным порогом.

Как работает TL431

Если управляющее напряжение превышает 2.5 вольта (внутренний источник опорного напряжения), выходной транзистор TL431 открывается, в результате чего между катодом и анодом TL431 протекает ток. Если управляющее напряжение меньше 2.5 вольт, то ток между катодом и анодом не протекает (вернее он очень маленький).

TL431 datasheet, TL431 схема включения

Про светодиоды уже написал достаточно много, теперь читатели не знают как их правильно и питать, чтобы они не сгорели раньше положенного срока. Теперь продолжаю ускоренно пополнять раздел блоков питания, стабилизаторов напряжения и преобразователей тока.

В десятку популярных электронных компонентов входит регулируемый стабилизатор TL431 и его брат ШИМ контроллер TL494. В источниках питания он выступает в качестве «программируемого источника опорного напряжения, схема включения очень простая. В импульсных блоках питания на ТЛ431 бывает реализована обратная связь и опорное напряжение.

Ознакомитесь с характеристикам и даташитами других ИМС применяемых для питания LM317, TL431, LM358, LM494.

  • 1. Технические характеристики
  • 2. Схемы включения TL431
  • 3. Цоколёвка TL431
  • 4. Datasheet на русском
  • 5. Графики электрических характеристик

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.

Схемы включения TL431

Рабочие характеристики стабилизатора задаются двумя резисторами. Варианты использования данной микросхемы могут быть различные, но максимальное распространение она получила в блоках питания с регулируемым и фиксированным напряжением. Часто применяется в стабилизаторах тока в зарядных USB устройствах, промышленные блоки питания, принтеров и другой бытовой техники.

TL431 есть практически в любом блоке питания ATX от компьютера, позаимствовать можно из него. Силовые элементы с радиаторами, диодными мостами тоже там есть.

На данной микросхеме реализовано множество схем зарядных устройств для литиевых аккумуляторов. Выпускаются радиоконструкторы для самостоятельной сборки своими руками. Количество вариантов применение очень большое, хорошие схемы можно найти на зарубежных сайтах.

Цоколёвка TL431

Как показывает практика, цоколевка TL431 может быть разной, и зависит от производителя. На изображении показана распиновка из даташита Texas Instruments. Если вы её извлекаете из какой нибудь готовой платы, то цоколевку ножек можно увидеть по самой плате.

Datasheet на русском

Многие радиолюбители не очень хорошо знают английский язык и технические термины. Я достаточно неплохой владею языком предполагаемого противника, но при разработке меня всё равно напрягает постоянное вспоминание перевода электрических терминов на русский. Перевод TL431 datasheet на русском сделал наш коллега, которого и благодарим.

Графики электрических характеристик

Добрый день. Я не электронщик но то что мне было нужно я нашел. Большое спасибо. Понравились две первые схемки (переделал схем 20, но то греется, можно чай кипятить, то тока на выходе нет), но без индикатора заряда. Помогите пожалуйста в этом вопросе. Заранее благодарен. С уважением Александр.

Проще готовый блок купить за 100-150 руб.

Мне понравилась статья и к месту об этом чёртовом TL/
Собираю БП на 30 А и было сомнение по поводу букв А и С на ней. Всё понятно, спасибо.
Конечно бы схему для проверки.
С уважением Валерий К, г.Киров

Я тоже из Кирова, из Ганги.

Здравствуйте ,случилась поломка ASUS Maximus VI Extreme , нашел замкнутый F90 P02 CFD0423 вроде полевик данных не нашел , какой структуры и чем заменить не в курсе , помогите с информацией . Если что не так написал извините в первый раз советуюсь .

Как работает tl431

Все люди, которые интересуются электрикой и все, что с ней связано, изучают различные микросхемы, в том числе цоколевку TL431. Что собой представляет tl431 схема включения, какие у нее основные технические характеристики, как ее использовать, каков источник опорного напряжения на tl431? Об этом и другом далее.

Что это такое

Цоколевка TL431 является одной из микросхем, которая массово стала выпускаться с 1978 года. Ее можно было найти в большинстве советской электронике. Делая точное описание, необходимо сказать, что это прецизионный программируемый источник опорного напряжения. Он популярен из-за того, что имеет низкую стоимость, высокую точность и универсальность.

Характеристики

Обладает анодно-катодным напряжением в 36 вольт, анодно-катодным током до 100 микроампер, опорным источником напряжения от 0,5 до 2%. Работает в широком диапазоне напряжений, имеет маленькие токовые импульсные параметры в 100 микроампер.

Обратите внимание! Чтобы получить более мощный параллельный ток, то интегральный стабилитрон должен стать источником опорного напряжения, который бы регулировал функцию в качестве мощного транзистора.

Особенности эксплуатации

TL431 обладает мощным корпусом, программируемым выходным напряжением, низким эквивалентным температурным и световым коэффициентом, не содержит свинца и имеет низкий выход шума сигнализатора. Проверяется мультиметром.

Читайте также:  Светильники для ванной комнаты и их характеристики

Принцип работы очень просто понять, смотря на структурную схему. В момент того, когда напряжение на выходе ниже, чем на опоре, то на конце операционный усилитель будет работать с такой же силой. Если же этот показатель будет в норме, то усилителем будет открыт транзистор и по катоду с анодом будет течь заряд.

Компенсационный стабилизатор напряжения

Принцип его работы такой же, как и у обычного стабилитрона. Благодаря разности напряжения у входа и выхода компенсируется мощного вида биполярный транзистор. Однако стабилизированная точность выше благодаря выходу стабилизатора.

Обратите внимание! Для стабилизации тока используется промежуточный вид усилительного каскада. Оба транзисторных устройства работают с эмиттерным повторителем, то есть усиливается ток и не повышается показатель силы.

Реле времени

Важно понимать, что TL431 многофункциональный. Благодаря показателю в 4 микроампера входного тока, можно сделать реле времени. Когда основной контакт разомкнется, медленно начнет заряжаться транзистор. При получении напряжения в 2,5 вольт, транзистор на выходе будет открыт, и благодаря оптопаровому светодиоду будет протекать электроток. В соответствии с этим будет открыт фототранзистор и замкнута внешняя цепь.

Согласно приведенной ниже схеме, второй резистор осуществляет ограничение тока с помощью оптрона и стабилизатора, третий же предупреждает тот момент, чтобы зажегся светодиод.

Стабилизатор тока

Представленная ниже схема это термостабильный вид токового стабилизатора. Резистор в данном случае это своеобразный шунт, который поддерживает токовое напряжение в размере 2,5 вольт. Так при пренебрегании токовой базы, можно получить ток, имеющий нагрузку Iн=2,5/R2. При формировании значения в Омах, ток будет представлен в Амперах и наоборот.

Зарядное устройство для литиевого аккумулятора

Главным отличием зарядника от блока питания является четкое разграничение токового заряда. Следующая картинка представлена в двух ограничиваемых режимах: тока и напряжения. Пока выходное напряжение менее 4,2 вольт, осуществляется ограничение выходного тока. Как только оно достигнет этого показателя, то начнет электроток понижаться.

Следующая схема предусматривает ограничение электротока внешними транзисторами. R1 осуществляет шунтовую функцию, VT1 осуществляет открытие и закрытие второго транзистора. В этот момент напряжение в третьем падает. Ток падает и вовсе прекращается. Так осуществляется токовая стабилизация.

Обратите внимание! В момент подбора к 4,2 вольтовому уровню, функционировать начинает DA1 и осуществляет ограничение напряжения на выходе зарядника.

Чем можно заменить

Заменить устройство сегодня можно отечественным и зарубежным аналогом. Отлично справляются со своей задачей TL431, TL431A, TL431ACD, TL431ACZ, TL431CLP, TL431CD и другие.

В целом, цоколевка TL431 является регулируемым стабилитроном, используемым как источник опорного напряжения в разных блоках питания. С самого начала выпуска ее использовали в компьютерах, ноутбуках и прочей электронике. Принцип ее работы прост: операционный усилитель открывает транзистор и к аноду начинает протекать ток. Имеет свое реле, стабилизатор тока и зарядник. Аналогом оборудования служит TL431CLP, TL431CD и другие.

Стабилитрон TL431

Компактные регуляторы напряжения tl431, реализованные корпорацией Texas Instruments в виде интегральной схемы, поступили в эксплуатацию в конце семидесятых годов. Популярность, которой пользуется этот шунтирующий, с возможностью программирования, регулятор, не проходит до сих пор. Установка подобного интегрального стабилитрона осуществляется в импульсные блоки питания таких устройств, как телевизоры, персональные компьютеры, зарядные устройства для сотовых телефонов и другой аппаратуры.

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:

  • «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.

Технические характеристики

ИС tl431a описание которой объясняет её работу, имеет следующие параметры:

  • интервал Uвх – от 2,5 до 36В;
  • Rвых – 0,2 Ом;
  • допустимый ток в прямом направлении – от 1 до 100 мА;
  • линейка погрешности (%) – 0,5%, 1%, 2%.

Микросборка не содержит в своём составе свинца, термостабильна на всём интервале рабочей температуры и отличается низким уровнем выходного шума.

Точностные характеристики

Стабилизаторы тока tl431имеют точность заявленных по паспорту завода-изготовителя характеристик. Главный параметр UREF=2,495 В. Он определялся при следующих условиях:

  • при токе через катод 10 мА;
  • при Т окр.ср. = +250С;
  • в режиме замыкания входа R на катод К.

Реальная величина UREF в определённой схеме может зависеть от нескольких причин:

  • переменных температурных отклонений;
  • воздействия напряжения UAK (между анодом и катодом);
  • влияния IK (тока катода) на крутизну преобразований.

В любом случае отклонение значения UREF – не больше 20-40 мВ.

Частотные характеристики

АЧХ (амплитудно-частотная характеристика) стабилитрона tl431может быть описана простой моделью, включающей в себя идеальный преобразователь напряжения в ток. На его выходе в роли шунта выступает ёмкость С = 70 нФ. Когда стабилизатор работает на нагрузку, имеющую сопротивление Rн = 230 Ом, то АЧХ имеет спад, начиная с отметки 10 кГц.

К сведению. Если рассчитать частоту усиления без учёта Rн, то она равна примерно 2 МГц. Однако спад АЧХ на высших частотах происходит быстрее расчётной и составляет 1 МГц. Такие особенности не влияют на работоспособность ИС и могут не учитываться.

Схемы включения TL431

Тл431, цоколевка которого начертана на схеме, может включаться в различных вариантах. Используя ИС, можно не только стабилизировать, но и контролировать напряжение и различные параметры в электросхемах. Кроме того, она входит в состав звуковых или световых сигнализирующих устройств.

Интересно. Если перевести показатель любой физической величины в напряжение, то допустимо собрать аппарат, контролирующий эту физическую величину.

Это значит, что, установив специальные датчики, возможно следить за такими параметрами, как:

  • влажность;
  • температура;
  • давление;
  • уровень жидкости;
  • значение освещённости.

Перечень можно продолжать, но суть одна – электронный стабилитрон допустимо использовать не только в БП и преобразователях.

Стабилизатор тока на TL431

Стабилитрон tl431 в подобном подключении стабилизирует величину тока. Включенный между эмиттером и корпусом схемы (минусом) R2 используется как шунт. Напряжение на нём составляет 2,5 В. Выходной ток (Iвых) соответствует соотношению 2,5/R2.

Индикатор повышения напряжения

Мониторить уровни U позволяет стабилизатор tl431 схема включения которого выполнена так, что стабилитрон не откроется при поступлении на вход R (управляющий) U

Внимание! Сквозь запертый TL431 ток течёт всё равно. Хоть он мал – до 0,4 мА, но заставляет индикатор гореть. Приходится параллельно led-диоду включать R = 2-3 кОм.

При поступлении на R U > 2,5 В ИС откроется. Индикатор зажжётся. Чтобы согласовать стабилитрон и led-диод по величине текущего через них тока, в ветвь для токоограничения (индикатора) включают R3.

Формула для расчёта R3 имеет вид:

R3 = (Uпит – Uh1 – Uda)/Ih1,

где:

  • Uh1 – напряжение на led-диоде, В;
  • Uda – значение потенциала на открытом стабилитроне, В;
  • Ih1 – номинальный ток светодиода.

При расчётах следует ориентироваться на то, что для TL431 Umax = 36 В, допустимые токи для led-диодов – 5…15 мА. Делитель напряжения на входе управляет величиной напряжения срабатывания Uзажиг. данного сигнализатора. Рассчитывают R2, применяя формулу:

R2 = 2,5*R1/(Uзажиг. – 2,5).

Кстати. На практике R2 подбирается при помощи подключения подстроечного сопротивления. С его помощью выставляется нужный предел включения, после чего замеряется тестером его сопротивление, и впаивается уже резистор с постоянным значением.

Читайте также:  Что такое RGB-контроллер и как он используется

Проверка исправности TL431

Возникает вопрос: tl431 как проверить мультиметром? Никак! Это микросхема, вмещающая в своём составе множество элементов. Только одних транзисторов десять штук. Поэтому либо совсем заменяется управляемый стабилитрон, либо собирается тестовая схема (типа индикатора напряжения), и проверяется то, как она будет работать.

Индикатор низкого напряжения

В данном случае применяют инверсное подключение, светодиод излучает при запертом стабилитроне. Элемент индикации подключен параллельно ИС и при открытом стабилитроне 2-х вольт мало для излучения света. Когда микросхема закроется, ток уменьшится, напряжение на нём увеличится, и индикатор засветится.

Индикатор изменения напряжения

В устройствах, применяемых для контроля над изменением напряжения, используют управляемый стабилитрон. В качестве индикатора берётся светодиод с двумя цветами свечения, например, красно-зелёный. Красный свет сигнализирует о превышении, зелёный – о низком значении U.

Важно! В этом случае полное отсутствие свечения говорит о том, что значение напряжения находится в допустимых пределах.

Работа TL431 совместно с датчиками

Для работы с датчиками ИС tl431a схема включения изменяется так, что на смену R2 в плечо подключают нужный датчик.

Внимание! На нижеприведённой схеме для примера обозначены разные датчики, которые присоединяют на место R2.

TL431 в схеме со звуковой индикацией (ЗИ)

Применение ИС в схемах с ЗИ возможно для мониторинга процессов наполнения и поддержания границ воды в водонапорных башнях. В ёмкости крепится пара металлических полосок на верхнем уровне водяного столба. Вода, заполнив ёмкость, замкнёт электроды, размещённые друг относительно друга через 2,5-3,5 мм. Схема сработает и выдаст акустическое оповещение.

Цоколёвка TL431

У интегральной микросхемы tl431 datasheet – это графическое изображение, условно напоминающее деталь и распиновку выводов с обозначением их номера и названия. В зависимости от конструктивного исполнения, следует рассматривать ту цоколёвку, которая подходит для конкретной модели. Например, микросхема tl431 может иметь буквенные индексы после цифр: tl431a, tl431c, tl431ac. Обычно шестая буква в маркировке определяет точность ИМС:

Аналоги TL431

ИМС tl431 аналог, которой нужно подобрать, относится к управляющим стабилитронам. Поэтому подбирать аналогичную ИС необходимо по электрическим параметрам: опорному напряжению, входному напряжению, рабочему току и конструктивным особенностям.

Осторожно. Аналоги могут быть: полными, ближайшими и функциональными. В зависимости от новой детали, возможны дополнения и изменения к электронной схеме, куда она будет устанавливаться (замещаться). При подборе аналога следует учесть, что первые две буквы перед цифрами – это название производителя.

К примеру, транзистор az431 характеристики которого при проверке совпадают с tl431, это он же и есть, просто производитель другой.

Datasheet на русском

Для tl431 datasheet на русском удобен тем, что уже не нужно выполнять перевод страницы на компьютере. Английским языком не все радиолюбители владеют. Поэтому на приведённой ниже картинке для tl431 цоколевка микросхемы уже расписана на русском языке.

Графики электрических характеристик

Графическое построение для различных параметров можно увидеть в техническом описании, сопровождающем данный электронный элемент.

Применение управляемого стабилитрона в построении электронных схем не вызывает особых трудностей. Невысокая стоимость и доступность делают ИС TL431 микросхемой широкого применения. При демонтаже и монтаже на готовых платах можно ориентироваться на обозначения названий выводов, которые наносятся на поверхность платы.

Видео

Описание регулируемого стабилитрона TL431. Схемы включения, цоколевка, аналоги, datasheet

Микросхема TL431 — это регулируемый стабилитрон. Используется в роли источника опорного напряжения в схемах различных блоков питания.

Технические характеристики TL431

  • напряжение на выходе: 2,5…36 вольт;
  • выходное сопротивление: 0,2 Ом;
  • прямой ток: 1…100 мА;
  • погрешность: 0,5%, 1%, 2%;

Функциональная схема

Цоколевка TL431

TL431 имеет три вывода: катод, анод, вход.

Аналоги TL431

Отечественными аналогами TL431 являются:

  • КР142ЕН19А
  • К1156ЕР5Т

К зарубежным аналогам можно отнести:

  • KA431AZ
  • KIA431
  • HA17431VP
  • IR9431N
  • AME431BxxxxBZ
  • AS431A1D
  • LM431BCM

Схемы включения TL431

Микросхема стабилитрон TL431 может использоваться не только в схемах питания. На базе TL431 можно сконструировать всевозможные световые и звуковые сигнализаторы. При помощи таких конструкций возможно контролировать множество разнообразных параметров. Самый основной параметр — контроль напряжения.

Переведя какой-нибудь физический показатель при помощи различных датчиков в показатель напряжения, возможно изготовить прибор, отслеживающий, например, температуру, влажность, уровень жидкости в емкости, степень освещенности, давление газа и жидкости. ниже приведем несколько схем включения управляемого стабилитрона TL431.

Стабилизатор тока на TL431

Данная схема является стабилизатором тока. Резистор R2 выполняет роль шунта, на котором за счет обратной связи устанавливается напряжения 2,5 вольт. В результате этого на выходе получаем постоянный ток равный I=2,5/R2.

Индикатор повышения напряжения

Работа данного индикатора организована таким образом, что при потенциале на управляющем контакте TL431 (вывод 1) меньше 2,5В, стабилитрон TL431 заперт, через него проходит только малый ток, обычно, менее 0,4 мА. Поскольку данной величины тока хватает для того чтобы светодиод светился, то что бы избежать этого, нужно просто параллельно светодиоду подсоединить сопротивление на 2…3 кОм.

В случае превышения потенциала, поступающего на управляющий вывод, больше 2,5 В, микросхема TL431 откроется и HL1 начнет гореть. Сопротивление R3 создает нужное ограничение тока, протекающий через HL1 и стабилитрон TL431. Максимальный ток проходящий через стабилитрон TL431 находится в районе 100 мА. Но у светодиода максимально допустимый ток составляет всего 20 мА. Поэтому в цепь светодиода необходимо добавить токоограничивающий резистор R3. Его сопротивление можно рассчитать по формуле:

R3 = (Uпит. – Uh1 – Uda)/Ih1

где Uпит. – напряжение питания; Uh1 – падение напряжения на светодиоде; Uda – напряжение на открытом TL431 (около 2 В); Ih1 – необходимый ток для светодиода (5…15мА). Также необходимо помнить, что для стабилитрона TL431 максимально допустимое напряжение составляет 36 В.

Величина напряжения Uз при котором срабатывает сигнализатор (светится светодиод), определяется делителем на сопротивлениях R1 и R2. Его параметры можно подсчитать по формуле:

R2 = 2,5 х Rl/(Uз — 2,5)

Если необходимо точно выставить уровень срабатывания, то необходимо на место сопротивления R2 установить подстроечный резистор, с бОльшим сопротивлением. После окончания точной настройки, данный подстроичник можно заменить на постоянный.

Иногда необходимо проверять несколько значений напряжения. В таком случае понадобятся несколько подобных сигнализатора на TL431 настроенных на свое напряжение.

Проверка исправности TL431

Вышеприведённой схемой можно проверить TL431, заменив R1 и R2 одним переменным резистором на 100 кОм. В случае, если вращая движок переменного резистора светодиод засветится , то TL431 исправен.

Индикатор низкого напряжения

Разница данной схемы от предшествующей в том, что светодиод подключен по-иному. Данное подключение именуется инверсным, так как светодиод светится только когда микросхема TL431 заперта.

Если же контролируемое значение напряжения превосходит уровень, определенный делителем Rl и R2, микросхема TL431 открывается, и ток течет через сопротивление R3 и выводы 3-2 микросхемы TL431. На микросхеме в этот момент существует падение напряжения около 2В, и его явно не хватает для свечения светодиода. Для стопроцентного предотвращения загорания светодиода в его цепь дополнительно включены 2 диода.

В момент, когда исследуемая величина окажется меньше порога определенного делителем Rl и R2, микросхема TL431 закроется, и на ее выходе потенциал будет значительно выше 2В, вследствие этого светодиод HL1 засветится.

Индикатор изменения напряжения

Если необходимо следить всего лишь за изменением напряжения, то устройство будет выглядеть следующим образом:

В этой схеме использован двухцветный светодиод HL1. Если потенциал ниже порога установленного делителем R1 и R2, то светодиод горит зеленым цветом, если же выше порогового значения, то светодиод горит красным цветом. Если же светодиод совсем не светится, то это означает что контролируемое напряжение на уровне заданного порога (0,05…0,1В).

Работа TL431 совместно с датчиками

Если необходимо отслеживать изменение какого-нибудь физического процесса, то в этом случае сопротивление R2 необходимо поменять на датчик, характеризующейся изменением сопротивления вследствие внешнего воздействия.

Пример такого модуля приведен ниже. Для обобщения принципа работы на данной схеме отображены различные датчики. К примеру, если в качестве датчика применить фототранзистор, то в конечном итоге получится фотореле, реагирующее на степень освещенности. До тех пор пока освещение велико, сопротивление фототранзистора мало.

Вследствие этого напряжение на управляющем контакте TL431 ниже заданного уровня, из-за этого светодиод не горит. При уменьшении освещенности увеличивается сопротивление фототранзистора. По этой причине увеличивается потенциал на контакте управления стабилитрона TL431. При превышении порога срабатывания (2,5В) HL1 загорается.

Читайте также:  Лучшие вертикальные пылесосы

Данную схему можно использовать как датчик влажности почвы. В этом случае вместо фототранзистора нужно подсоединить два нержавеющих электрода, которые втыкают в землю на небольшом расстоянии друг от друга. После высыхания почвы, сопротивление между электродами возрастает и это приводит к срабатыванию микросхемы TL431, светодиод загорается.

Если же в качестве датчика применить терморезистор, то можно сделать из данной схемы термостат. Уровень срабатывания схемы во всех случаях устанавливается посредством резистора R1.

TL431 в схеме со звуковой индикацией

Помимо приведенных световых устройств, на микросхеме TL431 можно смастерить и звуковой индикатор. Схема подобного устройства приведена ниже.

Данный звуковой сигнализатор можно применить в качестве контроля за уровнем воды в какой-либо емкости. Датчик представляет собой два нержавеющих электрода расположенных друг от друга на расстоянии 2-3 мм.

Как только вода коснется датчика, сопротивление его понизится, и микросхема TL431 войдет в линейный режим работы через сопротивления R1 и R2. В связи с этим появляется автогенерация на резонансной частоте излучателя и раздастся звуковой сигнал.

Калькулятор для TL431

Для облегчения расчетов можно воспользоваться калькулятором:


Скачать калькулятор для TL431 (103,4 KiB, скачано: 25 847)
Скачать datasheet TL431 на русском (702,6 KiB, скачано: 17 210)

Линейный стабилизатор напряжения с регулировкой на TL431 и NPN транзисторах

Всем привет!
В последнее время я увлекся сборкой схем линейных стабилизаторов напряжения. Такие схемы не требуют редких деталей, а подборка компонентов и настройка также не вызывает особых сложностей. В этот раз я решил собрать схему линейного стабилизатора напряжения на «регулируемом стабилитроне» (микросхеме) TL431. TL431 выступает в качестве источника опорного напряжения, а силовую роль выполняет мощный NPN транзистор в корпусе ТО -220.

При входном напряжении 19В, схема способна служить источником стабилизированного напряжения в пределах от 2,7 до 16 В при токе до 4А. Стабилизатор оформлен в виде модуля, собранного на макетной плате. Выглядит следующим образом:

Стабилизатор требует блок питания постоянного тока. Имеет смысл применять такой стабилизатор с классическим линейным блоком питания, состоящим из железного трансформатора, диодного моста и конденсатора большой емкости. Напряжение в сети может меняться в зависимости от нагрузки и как следствие, будет меняться напряжение на выходе трансформатора. Данная схема будет обеспечивать стабильное выходное напряжение при изменяющимся входном. Нужно понимать, что стабилизатор понижающего типа, а также на самой схеме падает 1-3 В напряжения, поэтому максимальное выходное напряжение будет всегда меньше входного.

В качестве блока питания для данного стабилизатора в принципе можно использовать и импульсные блоки питания, например от ноутбука на 19 В. Но в этом случае, роль именно стабилизации будет минимальной, т.к. заводские импульсные блоки питания и так на выходе выдают стабилизированное напряжение.

Подбор компонентов
Максимальный ток, который может через себя пропустить микросхема TL431, согласно документации – 100 мА. В моем случае, я ограничил ток с запасом до примерно 80 мА при помощи резистора R1. Нужно рассчитать резистор по формулам.

Для начала нужно определить сопротивление резистора. При максимальном входном напряжении 19В по закону Ома сопротивление рассчитывается следующим образом:
R= U/I = 19В / 0,08A = 240 Ом

Нужно рассчитать мощность резистора R1:
P=I^2*R = 0,08 А * 0,08 А * 240 Ом = 1,5 Ватта

Я использовал советский резистор на 2 Ватта

Резисторы R2 и R3 образуют делитель напряжения, которое «программирует» TL431, причем резистор R3 переменный, что позволяет менять опорное напряжение, которое потом повторяется каскадом из транзисторов. Я использовал R2 – 1К Ом, R3 – 10К оМ. Мощность резистора R2 зависит от выходного напряжения. Например, при выходном напряжении 19В:
P=U^2/R = 19 * 19/ 1000 = 0,361 Ватт

Я использовал резистор в 1 Ватт.

Резистор R4 служит для ограничения тока на базе транзистора VT2. Номинал подбирать лучше опытным путем, контролируя выходное напряжение. Если сопротивление будет слишком большим, это заметно ограничит выходное напряжение схемы. В моем случае – это 100 Ом, мощность годится любая.

В качестве основного силового транзистора (VT1) лучше использовать транзисторы в корпусе ТО – 220 или более мощном (ТО247, ТО-3). Я использовал транзистор Е13009, купленный на Али Эксресс. Транзистор на напряжение до 400В и ток до 12А. Для подобной схемы высоковольтный транзистор – не самое оптимальное решение, но работать будет нормально. Транзистор скорее всего поддельный и 12 А не выдержит, а вот 5-6А вполне. В нашей схеме ток до 4А, поэтому для данной схемы годится. В данной схеме транзистор должен быть способен рассеять мощность до 30-35 Ватт.

Рассчитывается рассеваемая мощность как разница между входным и выходным напряжением умноженная на ток коллектора :
P = (U выход -U вход)*I коллектора
Например, входное напряжение у нас 19 В, мы выставили выходное напряжение 12 В, а ток коллектора у нас 3 А
Р = (19В-12В) *3А = 21 Ватт – вполне нормальная ситуация для нашего транзистора.

А если мы продолжим снижать выходное напряжение до 6В, то картина будет другая:
Р = (19В-6В) *3А = 39 Ватт , что не очень хорошо для транзистора в корпусе ТО-220 (еще нужно учитывать, что при закрытии транзистора ток тоже будет уменьшаться: на 6В ток будет около 2-2,5А, а не 3). В таком случае лучше либо использовать другой транзистор в более массивном корпусе, либо уменьшить разницу между входным и выходным напряжением (например, если блок питания трансформаторный, путем переключения обмоток).

Также транзистор должен быть рассчитан на ток от 5А и больше. Лучше брать транзистор со статическим коэффициентом передачи тока от 20. Китайский транзистор вполне соответствует данным требованиям. Перед запайкой в схему, я его проверил (ток и рассеиваемую мощность) на специальном стенде.

Т.к. TL431 может выдавать ток не более 100 мА, а для питания базы транзистора требуется больший ток, потребуется ещё один транзистор, который будет усиливать ток с выхода микросхемы TL431, повторяя опорное напряжение. Для этого и нужен транзистор VT2.
Транзистор VT2 должен быть способен подавать достаточный ток на базу транзистора VT1.

Грубо определить необходимый ток можно через статический коэффициент передачи тока (h21э или hFE или β) транзистора VT1. Если мы хотим на выходе иметь ток в 4 А, а статический коэффициент передачи тока VT1 равен 20, то:
I базы = I коллектора / β = 4 А / 20 = 0,2 А.

Статический коэффициент передачи тока будет меняться в зависимости от тока коллектора, так что это значение ориентировочное. Замер на практике показал, что нужно около 170 мА подать на базу транзистора VT1, чтобы ток коллектора был 4А. Транзисторы в корпусе ТО-92 начинают заметно греться при токах выше 0,1 А, поэтому в данной схеме я использовал транзистор КТ815А в корпусе ТО-126. Транзистор рассчитан на ток до 1,5А, статический коэффициент передачи тока – около 75. Небольшой радиатор для данного транзистора будет уместен.
Конденсатор С3 нужен для стабилизации напряжения на базе транзистора VT1, номинал – 100 мкФ, напряжение 25В.

На выходе и входе установлены фильтры из конденсаторов: С1 и С4 (электролитические на 25В, 1000 мкФ) и С2, С5 (керамические 2-10 мкФ).
Диод D1 служит для защиты транзистора VT1 от обратного тока. Диод D2 нужен для защиты от транзистора при питании коллекторных электродвигателей. Двигатели при отключении питания ещё какое-то время крутятся и в режиме торможения работают как генераторы. Вырабатываемый таким образом ток идет в обратном направлении и может повредить транзистор. Диод в данном случае замыкает двигатель на себя и ток не доходит до транзистора. Резистор R5 выполняет роль малой нагрузки для стабилизации в холостом режиме, номинал 10к Ом, мощность любая.

Схема практически не имеет защит (имеется в виду, что нет защиты от КЗ, защиты от переполюсовки, плавного старта, ограничения по току и т.д.), поэтому использовать ее нужно очень аккуратно. По той же причине не рекомендуется использовать подобные схемы в «лабораторных» блоках питания. Для этой цели лучше подойдут готовые микросхемы в корпусе ТО-220 на токи до 5А, например КР142ЕН22А. Либо как минимум для данной схемы нужно сделать дополнительный модуль для защиты от КЗ.

Добавить комментарий