Описание и руководство по применению стабилизаторов TL431, TL432
Регулируемые стабилизаторы напряжения на ИМС TL431, TL432:
характеристики, datasheet, схемы включения, цоколёвка, онлайн
калькулятор по
расчёту номиналов резисторов
Трёхвыводная микросхема TL431 – это регулируемый стабилизатор напряжения с нормированной (а соответственно, высокой) температурной стабильностью
и низким выходным шумом.
Предназначена TL431 для применения в роли источника опорного напряжения и может служить заменителем стабилитронов, особенно в тех случаях, когда к параметрам
устройства предъявляются повышенные требования как по стабильности, так и по шумам и экономичности.
Микросхемы TL431C и TL431AC специфицированы для работы в диапазоне температур: от 0°C до 70°C, а микросхемы TL431A и TL431AI для работы: от –40°C до 85°C.
ИМС TL432 представляют собой такие же стабилизаторы напряжения, как и TL431, только упакованные в корпуса для поверхностного монтажа.
С полным описанием справочных характеристик микросхем на русском языке можно познакомиться на странице – Datasheet на
TL431.
Функциональная схема ИМС TL431 (TL432) приведена на Рис.1.
Рис.1 Функциональная схема ИМС TL431 (TL432)
Функционально TL431 содержит источник опорного напряжения ≈2,5 В и операционный усилитель, сравнивающий Uref с опорным напряжением.
В качестве выходного каскада TL431 выступает транзистор с открытым коллектором npn-структуры, управляющий током нагрузки и защищённый от обратных выбросов напряжения диодом.
Каких-либо средств защиты от перегрева или перегрузки по току не предусмотрено.
Если управляющее напряжение Uref не превышает порога переключения, то выходной каскад закрыт, а управляющие им каскады потребляют в режиме покоя ток величиной
100…200 мкА.
После превышения порога выходной каскад открывается, т. е. по сути TL431 – это своего рода аналог идеального ключевого транзистора с порогом открывания ≈2,5 В.
База, коллектор и эмиттер такого транзистора у TL431 традиционно именуются соответственно: управляющим входом (R), катодом (C) и анодом (A).
Основные технические характеристики и рекомендованные условия TL431:
Катодное напряжение, В .................................................................. Vref – 36 ;
Катодный ток, мА............................................................................... 1 – 100 ;
Диапазон температур TL431C, TL431AC, °C................................... 0 – 70 ;
Диапазон температур TL431I, TL431AI, °C...................................... -40 – 85 ;
Опорное напряжение Vref, В............................................................. 2,440 – 2,550 ;
Опорный ток (типичный) Iref, μA....................................................... 2 ;
Динамический импеданс (типичный), Ом......................................... 0,2 ;
Рассеиваемая мощность (для разных типов упаковки), Вт............. 0,33 – 0,8 .
На Рис.2 приведены базовые конфигурации линейных стабилизаторов, выполненных на ИМС TL431. Изначально именно такое включение TL431 подразумевалось под основным,
так как микросхема позиционировалась как экономичная альтернатива дорогим прецизионным стабилитронам.
Рис.2 Базовые конфигурации линейных стабилизаторов на TL431
В простейшей схеме параллельного стабилизатора напряжения (Рис.2 слева) управляющий вход TL431 замыкается на катод, что превращает микросхему в
аналог стабилитрона с фиксированным напряжением стабилизации ≈2,5 В.
Для стабилизации бо́льших напряжений к управляющему входу TL431 подключается резистивный делитель R1R2 (Рис.2 посередине).
Выходное напряжение и номиналы резисторов связаны между собой следующими соотношениями:
Uвых.стаб = Vref×(1 + R1/R2) + R1×Iref ;
RB = (Uвх.нест - Uвых.стаб) /Iкат ,
где Vref = 2,495 В и Iref = 2 мкА – это типовые значения, указанные в datasheet на TL431, а
Iкат – ток катода TL431.
Учитывая то, что для нормального функционирования TL431 минимальный ток катода должен быть не менее 1 мА, то максимальный ток нагрузки
может составлять величину – не более (Iкат - 1) мА.
В случае использования умощняющего транзистора (Рис.2 справа) ток нагрузки может быть увеличен в h21 раз, где h21 – это коэффициент усиления транзистора
по току.
Исходя из приведённых формул и заданных параметров стабилизатора, можно построить калькулятор по расчёту балластного резистора, а также резистивного делителя
R1R2.
Единственное, о чём следует помнить, так это то, что для сохранения высокой температурной стабильности TL431 ток, протекающий через делитель должен как
минимум в 100 раз превышать опорный ток Iref, то есть быть – не менее 0,2 мА. Правда, зачастую с целью повышения экономичности устройств этим фактором
пренебрегают.
Онлайн калькулятор расчёта номиналов резисторов
для регулируемых стабилизаторов на TL431, TL432
При необходимости откорректировать значение тока через делитель R1R2 следует изменить номинал резистора R1.
Рис.3 Области, в которых может происходить возбуждение TL431
|
При работе на резистивную нагрузку спад АЧХ TL431 начинается в районе 10 кГц, а частота единичного усиления составляет величину около 1 МГц.
Для увеличения устойчивости микросхема скомпенсирована встроенной ёмкостью.
Однако при шунтировании анода и катода внешней ёмкостью номиналом от нескольких нФ до нескольких МкФ, возникает довольно высокая вероятность
самовозбуждения.
На Рис.3 отображены области, в которых может происходить возбуждение чипа.
|
При малых и при больших ёмкостях TL431 устойчива. В области от 6 нФ до 4 мкФ самовозбуждение вероятно. При этом наихудшим
является сочетание малых токов катода и малых напряжений анод-катод. При существенных же токах и напряжениях TL431 становится абсолютно устойчивой.
Часто для подавления возбуждения TL431 достаточно включить между анодом и ёмкостью нагрузки «антизвонное» сопротивление, номинал
которого определяется сочетанием ёмкости нагрузки, IKA и UKA и, как правило, составляет величины: от десятка до нескольких сотен Ом.
В datasheet-е на TL431 приведено множество примеров и схем применения ИМС в разных электронных устройствах.
Остановимся на двух самых распространённых:
|
Изображённый на Рис.4 прецизионный источник постоянного тока на TL431 хорош отсутствием эффекта Эрли и крайне высокой температурной стабильностью.
Ток в нагрузке рассчитывается по формуле:
Iнагр (А) = 2,495 (В)/RS (Ом),
а резистор в катоде TL431 вычисляется из соотношений:
Rкат = (VI(BATT)-2,495-Uбэ)/Iкатод ,
Iкатод ≥ 1 (мА) + Iнагр/h21 .
|
Рис.4 Прецизионный источник тока
Рис.5 Прецизионный ограничитель тока на TL431
Ограничитель тока (Рис.5) лимитирует максимальное значение тока, поступающего в нагрузку, на уровне
Iнагр (А) = 2,495 (В) / RCL (Ом) + Iкатод (А) .
ИМС TL431 и TL432 производится в различных вариациях корпусов. Всевозможные варианты исполнения и цоколёвки приведены на Рис.6.
Рис.6 Варианты корпусов и цоколёвка TL431, TL432
|
