Beim Entwurf elektronischer Schaltungen besteht häufig Bedarf an einem Niederleistungs-Spannungsregler oder einer Referenzspannungsquelle. Eine Reihe von Festspannungen werden durch ungeregelte integrierte Stabilisatoren geschlossen. Verstellbarer Aufbau Chip LM317, aber es hat bestimmte inhärente Mängel und oft unnötige Funktionen. In vielen Fällen löst der TL431-Chip das Problem, sodass Sie eine stabile Spannungsquelle mit geringem Stromverbrauch erhalten, die von 2,5 bis 36 V eingestellt werden kann.
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Was ist der TL431-Chip?
Diese in den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts entwickelte Mikroschaltung wird oft als „einstellbare Zenerdiode“ bezeichnet und im Diagramm als Zenerdiode mit zwei klassischen Schlussfolgerungen bezeichnet - einer Anode und einer Kathode. Es gibt auch eine dritte Schlussfolgerung, deren Zweck später diskutiert wird. Sieht aus wie eine Mikromontage Zenerdiode erinnert sich überhaupt nicht. Es wird wie eine herkömmliche Mikroschaltung in mehreren Gehäuseoptionen hergestellt. Ursprünglich wurden Optionen nur für eine Platine mit Löchern (True Hole) angeboten. Mit der Entwicklung von SMD-Technologien wurde TL431 in oberflächenmontierte Gehäuse „gepackt“, einschließlich beliebter SOTs mit einer anderen Anzahl von Pins. Die für den Betrieb erforderliche Mindestanzahl von Beinen beträgt 3. Einige Gehäuse enthalten mehr Stifte. Überschüssige Beine sind entweder nirgendwo verbunden oder dupliziert.
Hauptmerkmale von TL431
Die Hauptmerkmale, deren Kenntnis ausreicht, um über 90 Prozent der Aufgaben zu erfüllen, die bei der Entwicklung elektronischer Schaltungen anfallen:
- Ausgangsspannungsgrenzen - 2,5 ... 36 V (dies kann auf die Minuspunkte zurückgeführt werden, da moderne Regler eine Untergrenze von 1,5 V haben);
- der höchste Strom beträgt 100 mA (er ist klein, vergleichbar mit einer Zenerdiode mittlerer Leistung, daher sollten Sie den Mikrokreis nicht überlasten, er hat keinen Schutz);
- Innenwiderstand (Impedanz eines äquivalenten Zweipolnetzwerks) - etwa 0,22 Ohm;
- dynamischer Widerstand - 0,2 ... 0,5 Ohm;
- Passwert Uref = 2,495 V, Genauigkeit - je nach Baureihe von ± 0,5 % bis ± 2 %;
- Betriebstemperaturbereich für TL431С – 0…+70 °С, für TL431A – minus 40…+85 °С.
Weitere Kenndaten, darunter Diagramme zur Abhängigkeit der Parameter von der Temperatur, finden Sie im Datenblatt. Aber in den meisten Fällen werden sie nicht benötigt.
Zweck der Schlussfolgerungen und Funktionsprinzip
Bei der Analyse der internen Struktur der Mikroschaltung wird deutlich, dass der Vergleich mit der Zenerdiode eher willkürlich ist.
Vor allem ähnelt der Aufbau des TL431 einem Komparator. An den invertierenden Ausgang wird eine Referenzspannung Vref von 2,5 V angelegt.Diese Spannung ist stabilisiert, sodass auch der Ausgang stabil ist. Der nichtinvertierende Ausgang wird herausgeführt. Wenn die angelegte Spannung die Referenzspannung nicht überschreitet, Komparatorausgang Null, der Transistor ist geschlossen, es fließt kein Strom. Wenn die Spannung am direkten Eingang 2,5 V überschreitet, erscheint am Ausgang des Differenzverstärkers ein positiver Pegel, der Transistor öffnet und es beginnt Strom durch ihn zu fließen. Dieser Strom wird durch den Außenwiderstand begrenzt. Dieses Verhalten ähnelt dem Lawinendurchbruch einer Zenerdiode, wenn an sie eine Sperrspannung angelegt wird. Die Diode dient zum Schutz gegen umgekehrtes Einschalten der Mikroschaltung.
Wichtig! Der Spannungsreferenzstift darf nicht unverbunden bleiben und erfordert mindestens 4 µA Strom.
Tatsächlich ist dieses Schema bedingt - es eignet sich nur zur Erläuterung der Art der Arbeit. In Wirklichkeit wird alles nach anderen Prinzipien umgesetzt. Innerhalb der Schaltung können Sie also keinen Punkt mit einer Referenzspannung von 2,5 V finden.
Beispiele für Schaltkreise
Eine der Optionen für den TL431-Schaltkreis ist ein herkömmlicher Komparator. Sie können darauf eine Art Schwellenrelais bauen - zum Beispiel ein Niveaurelais, ein Beleuchtungsrelais usw. Nur die Referenzspannungsquelle ist eingebaut und kann nicht eingestellt werden, daher werden Strom und Spannungsabfall durch den Sensor geregelt.
Sobald am Sensor 2,5 V abfallen, öffnet der Ausgangstransistor der Mikroschaltung, Strom fließt durch die LED und diese leuchtet. Anstelle einer LED können Sie ein Relais mit geringer Leistung oder einen Transistorschalter verwenden, der die Last schaltet. Der Widerstand R1 kann verwendet werden, um den Betriebspegel des Komparators einzustellen. R2 dient als Vorschaltgerät und begrenzt den Strom durch die LED.
Eine solche Einbeziehung ermöglicht jedoch nicht die Nutzung aller Funktionen des TL431 - der Komparator kann auf jeder anderen Mikroschaltung aufgebaut werden, die für solche Relais besser geeignet ist.Dieselbe Baugruppe ist für andere Zwecke ausgelegt.
Die einfachste Schaltung zum Einschalten des TL431 im Parallelreglerbetrieb stellt eine Referenzspannungsquelle von 2,5 V dar. Dazu wird lediglich ein Vorschaltgerät benötigt Widerstand, der den Strom durch den Ausgangstransistor begrenzt.
Wichtig! Anders als beim klassischen Zenerdioden-Schaltkreis sollten Sie keinen Kondensator parallel zum Ausgang einbauen. Dies kann zu Störschwingungen führen. Im Allgemeinen wird es nicht benötigt, da die Entwickler Maßnahmen ergriffen haben, um das Ausgangsrauschen zu reduzieren. Aus diesem Grund kann die Mikroschaltung nicht wie eine herkömmliche Zenerdiode als Basis für einen Rauschgenerator verwendet werden.
Vollständiger werden die Fähigkeiten der Mikroschaltung in einer Rückkopplungsschaltung verwendet, die durch die Widerstände R1 und R2 gebildet wird.
Wenn Spannung angelegt wird, steigt die Ausgangsspannung an und stabilisiert sich innerhalb weniger Mikrosekunden (Anstiegsgeschwindigkeit ist nicht genormt). Ustab ist gesetzt Teiler, kann nach der Formel Ustab=2,495*(1+R2/R1) berechnet werden. Bei der Berechnung ist zu beachten, dass der Innenwiderstand bei einem solchen Einschluss um das (1 + R2 / R1)-fache ansteigt.
Sie können die Tragfähigkeit des Stabilisators ganz klassisch durch Zuschalten eines zusätzlichen erhöhen bipolarer Transistor.
Wichtig! Der Transistor ist notwendigerweise in der Rückkopplungsschleifenschaltung enthalten.
Ein solcher Einschluss wandelt die Schaltung in einen Parallelregler um, der erfordert, dass die Eingangsspannung die Ausgangsspannung übersteigt. Seine Effizienz kann das Uout/Uin-Verhältnis nicht überschreiten. Dies verschlechtert die Parameter des Stabilisators, daher ist es besser, einen Feldeffekttransistor zu verwenden, dessen Spannungsabfall geringer ist.
Hier ist der Wirkungsgrad aufgrund der geringeren erforderlichen Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung höher, jedoch wird eine zusätzliche Stromquelle für das Transistor-Gate benötigt - seine Spannung muss Vin überschreiten.
Auf TL431 können Sie einen Stromstabilisator montieren.
Der Strom im Kollektorkreis des Transistors ist gleich Istab \u003d Vref / R1.
Wenn dieselbe Schaltung in Form eines Zweipolnetzwerks enthalten ist, wird ein Strombegrenzer erhalten.
Der Strom wird auf Io=Vref/R1+Ika begrenzt. Der Wert des Ballastwiderstands muss aus den Bedingungen Rb=Uin(Io/hfe+Ika) ausgewählt werden, wobei hfe die Transistorverstärkung ist. Sie kann mit einem Multimeter mit dieser Funktion gemessen werden.
Funkamateure verwenden Mikroschaltkreise in nicht standardmäßigen Einschlüssen. TL431 neigt zur Selbsterregung, was ein Nachteil ist. Dadurch ist es aber möglich, sie als spannungsgesteuerte Generatoren einzusetzen. Dazu wird am Ausgang ein Kondensator eingebaut.
Was sind die Analoga
Die Mikroschaltung erfreut sich großer Beliebtheit in der Welt der Fachleute und Elektronik-Enthusiasten. Daher wird es von vielen Herstellern produziert. Die weltberühmten Unternehmen Texas Instruments (als Entwickler), Motorola, Fairchild Semiconductor und andere produzieren eine Mikroschaltung unter dem ursprünglichen Namen. Es ist unmöglich, den zuvor veröffentlichten Stabilisator TL430 mit Vref = 2,75 V und einem um das Eineinhalbfache erhöhten maximalen Betriebsstrom nicht zu erwähnen. Diese Mikroschaltung war jedoch weniger gefragt und wurde dem Beginn der Ära der SMD-Montage nicht gerecht.
Andere Hersteller produzieren einen Spannungsregler mit anderen Buchstabenindizes, aber sie haben immer die Zahlen 431 in ihren Namen (sonst achtet der Verbraucher einfach nicht auf die unbekannte Mikroschaltung). Auf dem Markt sind:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N
und andere Mikroschaltungen mit ähnlicher Funktionalität. Produkte von wenig bekannten und unbekannten Herstellern garantieren jedoch nicht die Einhaltung der Parameter.
Es gibt ein inländisches Analogon - KR142EN19A, das im KT-26-Gehäuse hergestellt wird (ähnlich einem Niederleistungstransistor). Es ist dem Originalchip völlig ähnlich, aber einige Eigenschaften sind etwas anders. Der Innenwiderstand ist also auf <0,5 Ohm normiert.
Erwähnenswert ist der PWM-Controller SG6105. Es enthält zwei interne Stabilisatoren, absolut identisch mit dem TL431. Sie haben separate Anschlüsse und können als Referenzspannungsquellen verwendet werden.
So überprüfen Sie die Leistung des TL431-Chips
Die Mikroschaltung hat eine ziemlich komplexe interne Struktur, sodass sie nicht von einem Tester überprüft werden kann. In jedem Fall müssen Sie eine Art Schema sammeln. Wenn eine geregelte Stromversorgung vorhanden ist, werden drei Widerstände und eine LED benötigt.
Die Spannung der Stromversorgung darf nicht mehr als 36 V betragen. R1 wird so gewählt, dass bei maximaler Spannung der Strom durch die LED 10-15 mA nicht überschreitet. Das Verhältnis von R1 und R3 sollte so sein, dass bei maximaler Quellenspannung mehr als 2,5 V auf R3 abfallen, vorzugsweise mehr als 3. Wenn die Ausgangsspannung von 0 V auf den Schwellenwert an R3 ansteigt, blinkt die LED. was bedeutet, dass die Mikroschaltung funktioniert. Sie können die LED nicht einbauen, sondern einfach die Spannung an der Kathode messen - sie sollte sich sprunghaft ändern.
Wenn keine geregelte Quelle, aber ein Netzteil mit konstanter Spannung vorhanden ist, müssen Sie anstelle von R3 ein Potentiometer verwenden. Wenn sich der Motor in beide Richtungen dreht, sollte die LED aufleuchten und erlöschen.
Der Markt für elektronische Komponenten bietet ein sehr breites Spektrum an integrierten Spannungsreglern.Aber der Umfang ist sehr umfangreich, so dass viele Arten von Mikroschaltungen ihre Nische auf dem Markt haben. Einschließlich TL431.
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