Мікросхема TL431 принцип роботи
Радіостанції
Радіомодеми
GSM модеми
Блоки живлення та перетворювачі
Інформація
(495) 220-95-14 [email protected]
Мікросхема TL431 була створена в кінці 70-х і до теперішнього часу широко використовується в промисловості та в радіоаматорській діяльності. Але незважаючи на її солідний вік, не всі радіоаматори близько знайомі з цим чудовим корпусом та його можливостями. У запропонованій статті я постараюся ознайомити радіоаматорів із цією мікросхемою.
Для початку давайте подивимося, що у неї всередині і звернемося до документації на мікросхему, "датасіту" (до речі, аналогами цієї мікросхеми є - КА431, і наші мікросхеми КР142ЕН19А, К1156ЕР5х). А всередині в неї з десяток транзисторів і всього три висновки, то що це таке?
Виявляється, все дуже просто. Усередині знаходиться звичайний операційний підсилювач ОУ (трикутник на блок-схемі) з вихідним транзистором та джерелом опорної напруги. Тільки тут ця схема відіграє трохи іншу роль, а саме – роль стабілітрона. Ще його називають "Керований стабілітрон". Як він працює? Дивимося блок-схему TL431 на малюнку 2. Зі схеми видно, ОУ має (дуже стабільне) вбудоване джерело опорної напруги 2,5 вольт (маленький квадратик) підключений до інверсного входу, один прямий вхід (R), транзистор на виході ОУ , колектор (К) та емітер (А), якого об'єднані з висновками живлення підсилювача та захисний діод від переполюсування. Максимальний струм навантаження транзистора до 100 мА, максимальна напруга до 36 вольт.
Тепер на прикладі простої схеми, зображеної малюнку 4, розберемо, як усе працює. Ми вже знаємо, що всередині мікросхеми є вбудоване джерело опорної напруги – 2,5 вольт. У перших випусків мікросхем, які називалися TL430 - напруга вбудованого джерела було 3 вольти, у пізніших випусків доходить до 1,5 вольта. Значить для того, щоб відкрився вихідний транзистор, необхідно на вхід (R) операційного підсилювача, подати напругу - трохи перевищує опорне 2,5 вольт, (приставку "трохи" можна опустити, так як різниця становить кілька мілівольт і надалі будемо вважати, що на вхід потрібно подати напругу, що дорівнює опорному), тоді на виході операційного підсилювача з'явиться напруга і вихідний транзистор відкриється. Якщо сказати по простому, TL431 - це щось типу польового транзистора (або просто транзистора), який відкривається при напрузі 2,5 вольта (і більше), що подається на його вхід. Поріг відкриття-закриття вихідного транзистора тут дуже стабільний із-за наявності вбудованого стабільного джерела опорної напруги.
Зі схеми (рис. 4) видно, що на вхід R мікросхеми TL431, включений дільник напруги з резисторів R2 і R3, резистор R1 обмежує струм світлодіода. Оскільки резистори дільника однакові (напруга джерела живлення ділиться навпіл), то вихідний транзистор підсилювача (ТЛ-ки) відкриється при напрузі джерела живлення 5 вольт і більше (5/2=2,5). На вхід R у цьому випадку з дільника R2-R3 подаватиметься 2,5 вольт. Тобто світлодіод у нас загориться (відкриється вихідний транзистор) при напрузі джерела живлення – 5 вольт і більше. Погасне відповідно при напрузі джерела менше 5 вольт. Якщо збільшитиопір резистора R3 в плечі дільника, то необхідно буде збільшити і напругу джерела живлення більше 5 вольт, для того, щоб напруга на вході R мікросхеми, що подається з дільника R2-R3 знову досягла 2,5 вольт і відкрився вихідний транзистор ТЛ-ки .
Виходить, що якщо дільник напруги (R2-R3) підключити на вихід БП, а катод ТЛ-ки до бази або затвора регулюючого транзистора БП, то зміною плечей дільника, наприклад змінюючи величину R3 - можна буде змінювати вихідну напругу даного БП, тому що при цьому змінюватиметься і напруга стабілізації ТЛ-ки (напруга відкриття вихідного транзистора) - тобто ми отримаємо керований стабілітрон. Або якщо підібрати дільник не змінюючи його надалі - можна зробити вихідну напругу БП суворо фіксованою при певному значенні.
Вивод; - якщо мікросхему використовувати як стабілітрон (основне її призначення), то ми можемо за допомогою підбору опорів дільника R2-R3 зробити стабілітрон з будь-якою напругою стабілізації в межах 2,5 - 36 вольт (максимальне обмеження по " датасіту"). Напруга стабілізації в 2,5 вольта - виходить без дільника, якщо вхід ТЛ-ки підключити до її катода, тобто замкнути висновки 1 і 3.
Тоді ще виникають питання. можна замінити TL431 звичайним операційним оператором? - Можна, тільки якщо є бажання конструювати, але необхідно буде зібрати своє джерело опорної напруги на 2,5 вольт і подати живлення на операційник окремо від вихідного транзистора, оскільки струм споживання може відкрити виконавчий пристрій. У цьому випадку можна зробити опорну напругу яку завгодно (не обов'язково 2,5 вольта), тоді доведеться перерахувати опори дільника, що використовується спільно з TL431, щоб при заданомувихідному напрузі БП - напруга подане на вхід мікросхеми дорівнювало опорному.
Ще одне питання - а чи можна використовувати TL431, як звичайний компаратор і зібрати на ній, припустимо, терморегулятор, або щось подібне?
- Можна, але оскільки вона відрізняється від звичайного компаратора вже наявністю вбудованого джерела опорної напруги, схема вийде набагато простіше. Наприклад, така;
Тут терморезистор (термістор) є датчиком температури, і зменшує свій опір у разі підвищення температури, тобто. має негативний ТКС (Температурний Коефіцієнт Опору). Терморезистори з позитивним ТКС, тобто. опір яких зі збільшенням температури збільшується - називаються позистори. У цьому терморегуляторі при перевищенні температури вище встановленого рівня (регулюється змінним резистором), спрацює реле або якийсь виконавчий пристрій, і контактами відключить навантаження (тени), або наприклад включить вентилятори в залежності від поставленого завдання. Ця схема володіє малою гістерезисом, і для його збільшення, необхідно вводити ООС між висновками 1-3, наприклад підстроювальний резистор 1,0 - 0,5 мОм і величину його підібрати експериментальним шляхом залежно від необхідного гістерезису. Якщо необхідно, щоб виконавчий пристрій спрацьовував при зниженні температури, датчик і регулятори потрібно поміняти місцями, тобто термістор включити у верхнє плече, а змінний опір з резистором - в нижнє. І на закінчення, Ви вже легко розберетеся, як працює мікросхема TL431 у схемі потужного блоку живлення для трансівера, яка наведена на малюнку 6, і яку роль тут грають резистори R8 і R9, і як вони підбираються.
Микола Петрушов матеріал із сайту: На допомогу радіоаматору