09.02.2022

Стабилизатор ТL 431 – особенности и технические характеристики

TL431: схема, характеристики, datasheet и аналоги

TL431 это регулируемый стабилизатор напряжения параллельного типа. Иначе его можно назвать «управляемым программируемым стабилитроном”. Предназначена она для применения в роли блока опорного напряжения в различных вариациях схем устройств питания, и, также может служить заменителем диодов Зенера в разнообразных схемах. Вопреки солидному возрасту микросхемы — почти 50 лет — она остается популярной и сейчас. Все благодаря ее размерам, стабильности и простоте подключения. Она обладает хорошими характеристиками, которые позволяют использовать ее как в хоббийных, так и в промышленных масштабах. Помимо прочего, еще одним преимуществом данной микросхемы является низкий уровень шума на ее выходе.

Впервые TL431 было представлено всему миру компанией Texas Instruments еще в 1977 году. За все это время был значительно улучшен технический процесс производства, а значит и точность характеристик в сравнении с указанными в datasheet. С тех пор эта микросхема стала неотъемлемой частью большого множества выпускаемых импульсных блоков питания.

Схема TL431

Рассмотрим схему, которая находится в официальном datasheet производителя Texas Instruments.

Схема довольно простая. На ней изображен самый обыкновенный операционный усилитель (выглядит, как треугольник на картинке), который подключен к транзистору на выходе.

Как работает TL431?

Здесь все элементарно. Операционному усилителю на вход стоит источник опорного напряжения на 2.5В, который подсоединен ко входу. Контакт под кодовым названием REF и коллектор и эмиттер транзистора связаны с контактами питания усилителя. А безопасность обеспечивает защитный диод, который сохранит и убережет микросхему от переполюсовки.

Чтобы открылся выходной транзистор, нужно на вход REF подать сигнал, вольтаж которого будет чуть больше, чем опорное. Так как достаточно превышения в пару милливольт, то смело можем считать, что подаем вольтаж, который равен опорному. В таком случае, на выходе с ОУ идет напряжение на базу транзистора, и он открывается.

Получается, что эта микросхема — вроде полевого транзистора. Она безостановочно сравнивает входной вольтаж с опорным, и, когда напряжение на входе больше, она открывается.

Специально для особо любознательных в даташите TL431 также имеется изображение детализированной схемы:

Как вы видите, даже на показанной развернутой схеме, устройство TL431 не вызывает чувство страха.

Характеристики TL431

Максимальное входное напряжение TL431 – 36В
Диапазон напряжений выхода TL431 – 2.5-36В
Максимальный выходной ток TL431 – 100мА
Минимальный ток нагрузки – 1мА
Опорное напряжение микросхемы – 2.5В
Погрешность напряжения на выходе – 0.5%, 1%, 2%
Сопротивление на выходе – 0.2 Ом
Рабочий температурный диапазон – -40-125°C

Виды TL431

TL431 производится в различных вариациях корпусов. В соответствии с типом монтажа, вы можете подобрать подходящий к вашему проекту. В целях монтажа в отверстия на плате и навесного монтажа: TO-92, а для поверхностного монтажа: SOT-23, SOT-25, SOT-89 и SOP-8.

Для прототипирования и простых самоделок без использования печатных плат наиболее удобным вариантом является TO92, так как ее можно использовать как совместно с breadboard, так и с навесным монтажем.

Подключение TL431

Вне зависимости от типа корпуса, микросхема имеет 3 контакта. А в корпусах с большим количеством ножек, остаток не используется или дублирует основные 3. Здесь вы можете увидеть цоколевку (распиновку) всех вариантов TL431.

Минимальная схема подключения состоит всего лишь из одного резистора. На выходе данной схемы напряжение будет равно опорному — 2.5В.

Схемы с использованием TL431

Микросхема может использоваться во многих разных схемах блоков питания. Это могут быть как регулируемые блоки питания, так и зарядные устройства к аккумуляторам. Давайте разберем несколько базовых, типовых схем, которые можно модернизировать, и на базе которых можно создавать свои замыслы и творения.

Стабилизатор напряжения на TL431 (2.5-36В, 100mA)

Данная схема позволяет заменить обыкновенный стабилитрон. Вы можете менять выходное напряжение путем изменения сопротивления резисторов R1 и R2. Чтобы провести расчет сопротивления, рекомендуем прибегнуть к использованию формулы, указанной ниже:

Стабилизатор напряжения с увеличенным максимальным током (2.5-36В)

Максимальный выходной ток TL431 равен 100мА. Однако, если вашему проекту нужен больший показатель выходного тока, то советуем вам использовать транзистор: тогда максимальный ток будет зависеть от его характеристик. Формула для расчета сопротивлений резисторов остается такой же.

Подобные схемы часто используются с другими микросхемами.К сожалению, большинство из них просто не могут пропускать высокий ток, поэтому, чтобы решить такую проблему, в дело вступает управляющий транзистор. В таком случае максимальный ток ограничивается его свойствами. Главная задача здесь — правильный подбор транзистора под управляющее напряжение на его базе.

Лабораторный блок питания на TL431 с защитой

Данная схема представляет собой регулируемый блок питания, который способен выдавать до 30Вт. И помимо этого имеет встроенную защиту от перегрузки. В случае, если ток начнет превышать допустимое значение на транзисторе Т2, то на ЛБП произойдет прекращение подачи напряжения, о чем будет сигнализировать загоревшийся светодиод.

Не стоит забывать использовать охлаждение в виде радиатора, ведь компоненты во время пиковых нагрузок будут быстро нагреваться, и со временем при частых перегревах, выходить из строя.

Стабилизатор тока на TL431 (Светодиодный драйвер)

Чаще всего стабилизаторы тока используются для запитывания светодиодов и светодиодных лент. Схема тут элементарная — вам понадобятся всего лишь пара резисторов и один транзистор.

Индикатор напряжения

Схема может понадобиться, когда вам необходимо следить за тем, чтобы напряжение не выходило за верхние и нижние пределы. Эти пределы задаются сопротивлением резисторов, по формуле, указанной ниже.

Данную схему можно модернизировать путем добавления пищалок или других звуковых устройств. Таким образом точно не получится пропустить сигнал о неправильном напряжении.

Таймер задержки на TL431

Универсальная микросхема, на которой есть возможность реализовать даже схему таймера задержки. Все, что вам понадобится — это пара резисторов и конденсатор. Их номиналы необходимо рассчитать по формуле, чтобы получить требуемое время задержки (формула указана ниже).

Такая схема возможна благодаря очень низкому показателю входного тока (4мкА). Во время замыкания главного контакта, транзистор начинает производить зарядку. После достижения показателя в 2.5В он открывается, и ток при содействии оптопаровому светодиоду (оптрону) начинает течь, от чего на внешней цепи происходит замыкание.

Зарядное устройство для литиевых аккумуляторах на TL431 и LM317

Эта простейшая схема позволяет правильно заряжать литиевые аккумуляторы. В этой зарядке TL431 используется в качестве источника опорного напряжения, а LM317 в качестве источника тока. Устройство заряжает аккумуляторы методом CC CV, означает, как все знают, постоянный ток (Constant Current), постоянное напряжение (Constant Voltage).

Входное напряжение для этой схемы — 9-20В. Сначала аккумулятор заряжается постоянным током, который поддается изменению, меняя сопротивление резистора R5. После того, как аккумулятор достигнет напряжения около 4.2В, он начинает заряжаться постоянным напряжением.

Учтите, что очень важно перед использованием настроить устройство: без нагрузки необходимо подстроить переменный резистор RV1 так, чтобы на выходе напряжение было равно 4.2 Вольта.

Как проверить TL431

Так как это не одиночный радиокомпонент, а целая схема, заключенная в маленький корпус, мы не можем проверить ее одним лишь мультиметром, ведь в ней содержится только 10 штук транзисторов, не говоря об остальных компонентах. Проверка сопротивлений между выводами не принесет никакой полезной информации, так как от партии к партии и от производителя к производителю референсные значения разнятся.

Поэтому, как и для проверки большинства микросхем, необходимо собрать простейшую схему с ее использованием. Такой схемой может послужить приведенная ниже

При подаче на вход 12В на выходе должно быть 5В, а при замыкании S1 на выход должно идти опорной напряжение микросхемы TL431 — 2.5В. Вы можете подобрать свои значения. Важно, чтобы они соответствовали формуле:

Если все значения подходят — значит микросхема рабочая и ее можно использовать в проекте. Если собрать небольшой стенд с такой схемой на breadboard, то получится конвейерно проверять большое количество TL431 и ей подобных микросхем.

Применение TL431

Эта микросхема может использоваться в различных устройствах питания различной мощности. TL431 используется в производстве блоков питания, ЛБП, стабилизаторов напряжения и тока, и прочего.

Эта микросхема может служить обычным компаратором, но благодаря внутреннему опорному источника питания схемы с таким использованием TL431 значительно упрощаются. В таком случае на ней можно создать схему терморегулятора и прочих устройств для считывания сигналов с аналоговых датчиков. А так же может служить индикатором напряжения. В том числе и звуковым.

Но чаще всего оно применяется в качестве источника опорного питания в связке с другими микросхемами, так как выдает его очень стабильно. Существует множеством схем, где TL431 используется в связке с LM317 — другим популярным регулируемым стабилизатором.

Аналоги TL431

Так, как микросхема обрела большую популярность, сейчас не составляет труда найти ее аналоги. Если вы ищете аналоги от отечественных производителей, то вот список для вас:

КР142ЕН19
КР142ЕН19А
К1156ЕР5Т

Самыми полноценными аналогами являются:

Также на замену Tl431 можно использовать:

KA431AZ
KIA431
HA17431VP
IR9431N
AME431BxxxxBZ
AS431A1D
LM431BCM
HA17431A, KIA431
APL1431

Для большинства из этих вариантов, схему менять не придется. Но стоит проверять datasheet каждой из них, чтобы быть уверенным, что цоколевка не отличается от TL431.

Безопасная эксплуатация TL431

При эксплуатации необходимо соблюдать параметры внешней среды, описанные производителем. Это необходимо не только для большего срока службы компонента, но также для его предсказуемого поведения. На таблице ниже отображены характеристики TL431 при температуре 25°C.

Нельзя перегружать элемент, его максимальное входное напряжение — 36В.

Лучше всего, чтобы ток нагрузки был не меньше 5мА, иначе микросхема может работать нестабильно и непредсказуемо.

Datasheet TL431

Datasheet находится на официальном сайте производителя. https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl431.pdf

Или на нашем сайте по ссылке.

В нем вы можете найти наиболее полный характеристики, все спецификации, возможности, примеры использования — всю информацию которая есть о данной микросхеме. Помимо этого, там находится информация для производств: виды, маркировки, упаковки, поддержка и прочее.

Производители TL431

Из-за своей невероятной популярности, TL431 производится почти всеми наиболее крупными предприятиями, которые специализируются на производстве микросхем. Однако, не все из них продаются в СНГ, множество продаются только за рубежом. Среди тех компаний, чья продукция поступает к нам:

Texas Instruments
ONS
STM
Nexperia
HTC
NXP Semiconductors

Остальные изготовители этой продукции, чья продукция недоступна у нас: Hotchip Technology, Calogic, Motorola, HIKE Electronics, Fairchild Semiconductor.

Где купить?

Сейчас TL431 доступна практически во всех магазинах радиокомпонентов. Ее можно без труда найти как на улицах своего города, так и в интернет-каталогах. Но в случае с покупкой в магазине вы можете заплатить в несколько раз больше, чем могли бы, закупаясь на AliExpress. По этой ссылке вы можете найти TL431 по лучшей цене и с хорошими отзывами, чтобы не переплачивать за воздух.

Можете посмотреть небольшой видеоурок про TL431:

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 < 2,5 В.

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.

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:

2% – буквы нет;
1% – буква А;
0,5% – буква В.

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

Схема подключения и характеристики TL 431

Схема подключения и характеристики TL 431

Рабочие особенности, простота подключения в большинство схем и прекрасные характеристики смогли сделать микросхему ТL 431 очень популярным стабилизатором регулируемого типа на рынке.

С малым набором добавочных компонентов электронного типа (несколько конденсаторов и резисторов), она может обеспечивать рабочее напряжение от 2.5 до 36 В, при стабилизационном токе от 1 до 100 мА. Для того, чтобы получить большие значения на выходе микросхемы обычно добавляют транзисторы высокой мощности. Такой элемент называют еще и контролируемым программируемым стабилитроном. В первый раз его представили миру в 1977 году.

С того времени оно постоянно было усовершенствовано и теперь стало неотъемлемой частью большинства современных блоков импульсного типа питания, где проводят роль источника напряжения опорного типа. Оно может стать прекрасной заменой для диодов Зенера, в разных схемах электронного типа. Рассмотрим схему подключения ТL 431.

Цоколевка

Для монтажа в отверстия – ТО-92.
Для монтажа поверхностного типа – SOT-8, SOT-22, SOT-25 и SOP-89.

Для схем электронного типа находящиеся внутри этих упаковок из пластика есть всего три контакта, причем первый – управляющий электрод, второй анод и третий катод. Металлических выводов у определенных видов корпусов такой микросхемы больше, и при этом они не применяются или совмещены с соседними. Как это сделано, показано на фото.

Технические параметры

Свойства

Предлагаем рассмотреть максимально допустимые рабочие свойства микросхемы. Если при его применении они будут превышены, то устройство будет неминуемо выходить из строя. Длительная эксплуатация с характеристиками, которые близки к предельному значению, тоже недопустимы. Рассмотрим их подробнее:

_КА

Вероятные токовые значения – для катодного значения непрерывного на выходе (I_КА) составляет 100-150 мА, а для обратного при вхождении от 50 до 10 мА.
Типичный импеданс бывает от 0.22 Ом.
Мощность рассеиваемого типа (для различных видов упаковки) Р_D: 0.75 Вт (SO-8); 0,33 Вт (SOT-23); 0,5 Вт (SOT-25); 0.8 Вт (SOT-89) и 0,78 Вт (ТО-92).
Кристаллическая температура (Т_J) – рабочая от -40 до +70 градусов (для определенных автомобильных версий).
Температура хранения составляет от -65 до +155 градусов.

Максимальную степень рассеиваемости мощности можно рассчитать по обычной формуле P_D= (T_Jmax-T_A)/ R_θJC.При этом Т_А – температура в окружающей среде.

Рекомендуемые эксплуатационные параметры

При рабочих условиях рекомендованные значения применения стабилизатора является входное напряжение опорного типа не более 36 В, катодный ток должен быть от 1 до 100 мА, а также соблюдение режимов температуры при применении. Следует учесть, что при I_КА< 5мА эта микросхема может работать нестабильно. Ниже есть электрические параметры устройства, которые замерены при температурном уровне Т_А=25 градусов.

Схемы подключения

Требуется разобраться, как работает элемент на примере простой схемы стабилизации, которая состоит непосредственно из стабилитрона и 1 резистора. В катод требуется подключить положительный, а в анод минусовой полюс для запитки. Для подключения микросхемы, на ее управляющий электрод требуется подавать опорное напряжение. Если значение стабилизатора ТL получится больше 2.5 В, то стабилитрон практически сразу откроется и начинает пропускать через себя электрический ток, которым можно запитывать требуемую нагрузку. Его значение начнет расти вместе с увеличением уровня V_in. А вот ток можно определить по формуле I_KA = (V_in— V_ref)/R. При этом напряжение выходного типа будет стабилизовано на уровне опорного, которое не более 2.5 В и вне зависимости от подаваемого на входе V_in. Максимальное значение I_KA у стабилизатора ограничено не просто 100 мА, но и мощностью корпусного рассеивания.

Расчет параметрической стабилизационной схемы

Для того, чтобы получать на выходе микросхемы большего по размеру напряжения (до 36 В), к ее катоду управляющего типа дополнительно требуется подсоединить резистивный делитель. Он сделан из двух резисторов, которые подключают между анодом и катодом. В таком случае внутреннее сопротивление стабилитрона увеличивается. Для расчета стабилизационной схемы требуются начальные данные о выходном и входном напряжения, а еще токах – нагрузки и стабилизации. Имея эти данные можно рассчитывать значения остальных электронных компонентов, которые представлены на схеме ниже. Выходное напряжение, а также номиналы сопротивлений связаны друг с другом такой формулой — V_КА= V_ref *(1 + R₁/R₂)+ Ir_ef *R₁. При этом V_ref = 2495 мВ и I_ref = 2 мкА являются типичными величинами, и они прописаны в электрических параметрах на устройстве. Сопротивление первого резистора можно взять из datasheet. Обычно берут с номиналом 10-30 кОм, причем значением первого резистора ограничено малым опорным током (2 мкА), а им часто пренебрегают для расчета стабилизационных схем. По этой причине для вычисления значения второго резистора можно применять другую формулу R₂=R₁/((V_КА/V_ref)-1).

Регулирование напряжения стабилизации

Для выстраивания схем с возможность регулирования вручную напряжения на выходе, вместо простого первого резистора устанавливают потенциометр. Номинал резистора ограничительного типа, который оказывает сопротивление току на входу, требуется рассчитать по формуле R=(V_IN-VК_А)/ I_IN. При этом I_IN = I_KA+ I_L. Несмотря на преимущества микросхемы, у нее есть достаточно существенный минус – малый ток в нагрузке, который она может выдержать. Для решения такой проблемы в схему требуется подключать полевые или мощные биполярные транзисторы. Примеры разных схем можно увидеть в видео.

Аналоги стабилизатора

Есть микросхемы отечественного производства, которые похожи по своим свойствам на рассматриваемую. Это линейный российский стабилизатор КР142ЕН19. Больше всего подойдут IR943N, ТL432 и LМ431. К устройствам с такой цоколевкой, но немного иными остальными электрическими характеристиками можно отнести НА17431А и КIА431. В роли замены еще можно попробовать применять АРL1431.

Как проверить устройство мультиметром

Эту микросхему невозможно проверить посредством мультиметра, потому что это не просто стабилитрон, а целая интегральная микросхема. Сопротивления между его выводами у различных изготовителей отличаются. По этой причине, чтобы убедиться в исправности, как правило, собирают простые схемы проверки. Для того, чтобы проверить в схеме изображения, на вход подают 12 В. Если устройство исправное, то на выходе должно быть напряжение от 4ю9 до 5 В, а если будет замыкание S₁ – 2.5 В. Мультиметр, в таком случае, требуется для измерения результатов тестирования.

Еще схему можно проверить по другому тесту со светодиодом, а при изменении сопротивления второго резистора потенциометра, на электроде управления появится 2.5 В. Диод должен скачкообразно переходить в состояние свечения. Это будет означать то, что устройство исправное. Такой принцип можно применять для того, чтобы создавать индикатор разряда аккумулятора.

Управляемый стабилизатор напряжения tl431 (on semiconductor)

Внешний вид стабилизатора

Устройство и принцип действия

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.

Устройство управляемого стабилитрона

«база» – управляющий вход (R0);
«коллектор» – катод (C);
«эмиттер» – анод (А).

Принципиальная схема

Технические характеристики

Как проверить стабилитрон мультиметром

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%.

Электрические характеристики LT431

Точностные характеристики

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

Компенсационные стабилизаторы напряжения

Принцип компенсационного стабилизатора на TL431 такой же как и на обычном стабилитроне: разность напряжений между входом и выходом компенсирует мощный биполярный транзистор. Но точность стабилизации получается выше, за счет того что обратная связь берется с выхода стабилизатора. Резистор R1 нужно рассчитывать на минимальный ток 5 мА, R2 и R3 рассчитываются, также как для параметрического стабилизатора (рис 1.)

Чтобы стабилизировать токи на уровне единиц и десятков Ампер одним транзистором в компенсационном стабилизаторе не обойтись, нужен промежуточный усилительный каскад. Оба транзистора работают по схеме с эмиттерного повторителя, т.е. происходит усиление тока, а напряжение не усиливается. На рисунке представлена реальная схема компенсационного стабилизатора на TL431, в ней появились новые компоненты: резистор R2 ограничивающий ток базы VT1 (например 330 Ом), резистор R3 – компенсирующий обратный ток коллектора VT2 (что особенно актуально при нагреве VT2) (например 4,7 кОм) и конденсатор C1 – повышающий устойчивость работы стабилизатора на высоких частотах (например 0,01 мкФ) (рис 2).

Схемы включения TL431

Параметрический стабилизатор напряжения

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

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

Корпус и цоколёвка ИС

Стабилизатор тока на TL431

Токовая стабилизация на TL431

Индикатор повышения напряжения

Схема индикатора

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.

R2 = 2,5*R1/(Uзажиг. – 2,5).

Проверка исправности TL431

Индикатор низкого напряжения

Схема индикации низкого напряжения

Индикатор изменения напряжения

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

Схема устройства контроля над изменением напряжения

Работа TL431 совместно с датчиками

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

Датчики вместо резистора

TL431 в схеме со звуковой индикацией (ЗИ)

Индикатор уровня воды

Кому лень читать

Я не зря опять затронул эту тему ,это одна из самых массово выпускаемых интегральных микросхем.

Улучшенная схема будет выглядеть так: Данная доработка позволяет значительно снизить пульсации тока и, следовательно, яркости светодиодов. Для стопроцентного предотвращения загорания светодиода в его цепь дополнительно включены 2 диода.

Datasheet на русском.. К примеру, если в качестве датчика применить фототранзистор , то в конечном итоге получится фотореле, реагирующее на степень освещенности. На данной микросхеме реализовано множество схем зарядных устройств для литиевых аккумуляторов. Быстрое переключение.

Схема, приведенная ниже, представляет собой мощный светильник на двух ваттных светодиодах и ваттном IRF в корпусе ТО см. В полной схеме включения к TL добавляются еще два резистора, но в этом случае можно получить произвольное выходное напряжение. Рисунок 5.

Простое зарядное устройство для литиевого аккумулятора. Но этого тока достаточно для очень слабого свечения светодиода HL1. Следующая формула справедлива для вычисления сопротивлений резисторов, в случае если мы хотим получить какое-то фиксированное напряжение. Но главный плюс схемы заключается в нормализации режима работы светодиодов и защита их от бросков напряжения во время включения.

Вместо заключения

Но у светодиода максимально допустимый ток составляет всего 20 мА. В данной схеме R3 рассчитывается точно также, как если бы использовался обычный стабилитрон, то есть зависит от выходного напряжения, диапазона входного напряжения и диапазона токов нагрузки. Варианты использования данной микросхемы могут быть различные, но максимальное распространение она получила в блоках питания с регулируемым и фиксированным напряжением. Реле времени TL нашел свое применение не только как источник опорного напряжения, а и во многих других применениях. Все это время она находится на первых местах в списке мировых лидеров в производстве электронных компонентов, прочно удерживаясь в первой десятке или, как чаще говорят, в мировом рейтинге TOP

TL Ее выпуск стартовал в году. В этом случае вместо фототранзистора нужно подсоединить два нержавеющих электрода, которые втыкают в землю на небольшом расстоянии друг от друга. TL431 управляемый стабилитрон,как проверить работу.

Цоколёвка TL431

Стабилизатор напряжения на транзисторе

2% – буквы нет;
1% – буква А;
0,5% – буква В.

Даташит тл431 в зависимости от модели и конструкции

Аналоги TL431

Некоторые аналоги для TL431

Графики электрических характеристик

Графики параметрических процессов

Цоколевка

Распиновка TL431 зависит от корпусного исполнения устройства, в котором она размещена. Всего существует пять его разновидностей: для установки в отверстия: ТО-92; для поверхностного монтажа: SOT-23, SOT-25, SOT-89 и SOP-8. У электронных схем находящихся внутри таких пластиковых упаковок всего 3 контакта, с назначением: 1 – управляющий электрод; 2 – анод; 3- катод. Металлических выводов у некоторых типов корпусов этой микросхемы больше, при этом они не используются или совмещены с соседними. Как это сделано, наглядно показано на рисунке.

Характеристики микросхемы TL431

Микросхема TL431 по своим техническим характеристикам которые указаны в datasheet является регулируемым стабилизатором, гарантирующим хорошую температурную стабильность. Если использовать два внешних резистора в качестве делителя, микросхема способна обеспечить стабильное напряжение на участке от 2,5 до 36 В. Так же TL431 может использоваться совместно с низковольтными МДП транзисторами для создания очень экономичных стабилизаторов. Кроме этого она часто используется в импульсных блоках питания использующих оптронную пару для развязки высоковольтных цепей.

Цоколевка

Существует пять разновидностей корпусов, в которых выпускается микросхема TL431. Это ТО-92, SOT-23, SOT-25, SOT-89 и SOP-8. Расположение выводов показано на рисунке, представленном ниже:

Технические характеристики

Рассмотрим максимально допустимые характеристики микросхемы TL431. Если при работе они будут превышены, то прибор выйдет из строя. Длительная эксплуатация устройства с параметрами, близкими к предельным, также опасна для него. Значения этих параметров представлены ниже:

наибольшее возможное напряжение между анодом и катодом – 37 В;
диапазон токов, протекающих через катод на протяжении длительного времени – от -100 до +150мА;
диапазон токов на входе (управляющем электроде) устройства – от -0,05 до +10 мА;
максимальная рассеиваемая мощность зависит от типа корпуса:
SOT-89 – 0.8 Вт;
ТО-92 – 0,78 Вт;
SO-8 – 0.75 Вт;
SOT-23 – 0,33 Вт;
SOT-25 – 0,5 Вт.
диапазон рабочих температур – от -25 до +85 О С;
предельно допустимая температура кристалла – +150 О С;
диапазон температур при которых может хранится изделие — -65 до +150 О С.

В технической документации производители приводят диапазон рекомендуемых рабочих характеристик. Напряжение на катоде V_KA может изменяться от минимального, равного управляющему V_REF, до максимального 36 В. Катодный ток должен находиться в пределах от 1 до 100 мА.

При конструировании нового устройства следует также обращать внимание на электрические характеристики. Измерение производилось при температуре T_C= 25°C. Остальные параметры тестирования приведены в колонке «Режимы измерения».

Аналоги

Существует отечественная микросхема, похожая по своим параметрам на рассматриваемую, это 142ЕН19. Полным аналогом TL431 является IR943N. Среди устройств с одинаковыми выводами, но немного отличающимися электрическими параметрами можно назвать HA17431A, KIA431. Если нет других альтернатив, для замены можно попробовать использовать APL1431. Однако в этом случае возможно придётся изменить монтажную плату.

Производители

Первая микросхема TL431 изготовлена американской фирмой Texas Instruments в далеком 1977 году и с тех пор завоевала популярность. Сейчас ее производством занимаются множество зарубежных компаний: Texas Instruments, ON Semiconductor, Unisonic Technologies, STMicroelectronics, IK Semicon Co, HTC Korea TAEJIN Technology, NXP Semiconductors, Microsemi Corporation, Motorola, Fairchild Semiconductor, Analog Intergrations Corporation, Guangdong Kexin Industrial, Diodes Incorporated, Wing Shing Computer Components, KEC(Korea Electronics), SHIKE Electronics, Calogic, Continental Device India Limited, Sangdest Microelectronic (Nanjing), SeCoS Halbleitertechnologie GmbH, Hotchip Technology, Foshan Blue Rocket Electronics, Compact Technology, GUANGDONG HOTTECH INDUSTRIAL, Sames, Kersemi Electronic, Sirectifier Global, Shenzhen Jin Yu Semiconductor, Nanjing International Group, DONGGUAN YOU FENG WEI ELECTRONICS. На Российском рынке представлена продукция таких компаний: Diodes Incorporated, Texas Instruments, STMicroelectronics, NXP Semiconductors, ON Semiconductor, Fairchild Semiconductor, Unisonic Technologies.

Скачать datasheet на TL431 можно кликнув на подсвеченное название производителя.

Схема включения

Разберёмся, как работает TL431, для чего посмотрим на структурную схему включения. Если действующее напряжение на входе не превышает опорное (V_ref), на выходе ОУ также небольшое напряжение, поэтому транзистор закрыт. Величина тока протекающего через него невелика, не больше 1 мА. Когда напряжение действующее на входе нарастает и превышает V_ref, открывается ОУ. Таким образом через транзистор начинает течь ток.

Параметрический стабилизатор

Чтобы задать напряжение, в выходной цепи стабилизатора должен находиться делитель напряжения, состоящий из двух резисторов R1 и R2. Разность потенциалов на выходе устройства при этом равна:

где V_ref – опорное напряжение, для рассматриваемой микросхемы TL431 равно 2,5 В.

При увеличении соотношения между резисторами R1/R2 растет выходное напряжение. Зная величину напряжения действующего на выходе и задавшись значением R2, можно определить сопротивление R1:

Величина сопротивления R3 подбирается также, как и для устройств с стабилитроном. Устанавливать конденсатор на выходе схемы не рекомендуется, чтобы предотвратить паразитную генерацию.

Компенсационный стабилизатор

Компенсационный стабилизатор работает же, как и при использовании стабилитрона. В них для уравновешивания разницы напряжений действующих на входе и выходе используется мощный транзистор. Однако точность стабилизации в устройствах с TL431 будет выше. Здесь величина сопротивления R1 рассчитывается на наименьший ток 5 мА. R2 и R3 рассчитываются так же, как и для параметрического стабилизатора.

Рассмотренный выше стабилизатор не может работать с выходными токами равными единицам или даже десяткам ампер. Чтобы построить мощный блок питания нужно использовать усилительный каскад с двумя транзисторами, включёнными как в схеме эмиттерного повторителя.

Ниже представлена схема работы стабилизатора напряжения TL431. Здесь R2 ограничивает ток, текущий через базу VT1. Резистор R3 нужен для компенсации обратного коллекторного тока VT2. Конденсатор С1 используется для увеличения стабильности работы на больших частотах.

Стабилизатор тока

Приведём схему стабилизатора тока на TL431. Здесь на сопротивлении R2, при помощи обратной связи, установлено напряжение 2,5 В. Тогда ток на нагрузке будет равен I_н=2,5/R2 (током базы пренебрегаем). При подстановке в данную формулу величины сопротивления в омах получим ток в амперах, а если в килоомах, ток будет в миллиамперах.

Если у вас остались вопросы по TL431, по ее характеристикам или вы не можете найти нужный datasheet то пишите об этом в комментариях, мы обязательно Вам поможем.

TL431, что это за “зверь” такой?

Рис. 1 TL431.

TL431 была создана в конце 70-х и по настоящее время широко используется в промышленности и в радиолюбительской деятельности.
Но не смотря на её солидный возраст, не все радиолюбители близко знакомы с этим замечательным корпусом и его возможностями.
В предлагаемой статье я постараюсь ознакомить радиолюбителей с этой микросхемой.

Для начала давайте посмотрим, что у неё внутри и обратимся к документации на микросхему, “даташиту” (кстати, аналогами этой микросхемы являются – КА431, и наши микросхемы КР142ЕН19А, К1156ЕР5х).
А внутри у неё с десяток транзисторов и всего три вывода, так что же это такое?

Рис. 2 Устройство TL431.

Оказывается всё очень просто. Внутри находится обычный операционный усилитель ОУ (треугольник на блок-схеме) с выходным транзистором и источником опорного напряжения.
Только здесь эта схема играет немного другую роль, а именно – роль стабилитрона. Ещё его называют “Управляемый стабилитрон”.
Как он работает?
Смотрим блок-схему TL431 на рисунке 2. Из схемы видно, ОУ имеет (очень стабильный) встроенный источник опорного напряжения 2,5 вольт (маленький квадратик) подключенный к инверсному входу, один прямой вход (R), транзистор на выходе ОУ, коллектор (К) и эмиттер (А), которого объединены с выводами питания усилителя и защитный диод от переполюсовки. Максимальный ток нагрузки этого транзистора до 100 мА, максимальное напряжение до 36 вольт.

Рис. 3 Цоколёвка TL431.

Теперь на примере простой схемы, изображенной на рисунке 4, разберём, как это всё работает.
Мы уже знаем, что внутри микросхемы имеется встроенный источник опорного напряжения – 2,5 вольт. У первых выпусков микросхем, которые назывались TL430 – напряжение встроенного источника было 3 вольта, у более поздних выпусков, доходит до 1,5 вольта.
Значит для того, чтобы открылся выходной транзистор, необходимо на вход (R) операционного усилителя, подать напряжение – чуть превышающее опорное 2,5 вольт, (приставку “чуть” можно опустить, так как разница составляет несколько милливольт и в дальнейшем будем считать, что на вход нужно подать напряжение равное опорному), тогда на выходе операционного усилителя появится напряжение и выходной транзистор откроется.
Если сказать по простому, TL431 – это что то типа полевого транзистора (или просто транзистора), который открывается при напряжении 2,5 вольта (и более), подаваемого на его вход. Порог открытия-закрытия выходного транзистора здесь очень стабильный из-за наличия встроенного стабильного источника опорного напряжения.

Рис. 4 Схема на TL431.

Из схемы (рис. 4) видно, что на вход R микросхемы TL431, включен делитель напряжения из резисторов R2 и R3, резистор R1 ограничивает ток светодиода.
Так как резисторы делителя одинаковые (напряжение источника питания делится пополам ), то выходной транзистор усилителя (ТЛ-ки) откроется при напряжении источника питания 5 вольт и более ( 5/2=2,5). На вход R в этом случае с делителя R2-R3 будет подаваться 2,5 вольт.
То есть светодиод у нас загорится (откроется выходной транзистор) при напряжении источника питания – 5 вольт и более. Потухнет соответственно при напряжении источника менее 5-ти вольт.
Если увеличить сопротивление резистора R3 в плече делителя, то необходимо будет увеличить и напряжение источника питания больше 5 вольт, для того, что-бы напряжение на входе R микросхемы, подаваемое с делителя R2-R3 опять достигло 2,5 вольт и открылся выходной транзистор ТЛ-ки.

Получается, что если данный делитель напряжения (R2-R3) подключить на выход БП, а катод ТЛ-ки к базе или затвору регулирующего транзистора БП, то изменением плеч делителя, например изменяя величину R3 – можно будет изменять выходное напряжение данного БП, потому что при этом будет изменяться и напряжение стабилизации ТЛ-ки (напряжение открытия выходного транзистора) – то есть мы получим управляемый стабилитрон.
Или если подобрать делитель не изменяя его в дальнейшем – можно сделать выходное напряжение БП строго фиксированным при определённом значении.

Вывод; – если микросхему использовать как стабилитрон (основное её назначение), то мы можем с помощью подбора сопротивлений делителя R2-R3 сделать стабилитрон с любым напряжением стабилизации в пределах 2,5 – 36 вольт (максимальное ограничение по “даташиту”).
Напряжение стабилизации в 2,5 вольта – получается без делителя, если вход ТЛ-ки подключить к её катоду, то есть замкнуть выводы 1 и 3.

Тогда возникают ещё вопросы. можно ли например заменить TL431 обычным операционником?
– Можно, только если есть желание конструировать, но необходимо будет собрать свой источник опорного напряжения на 2,5 вольт и подать питание на операционник отдельно от выходного транзистора, так как ток его потребления может открыть исполнительное устройство. В этом случае можно сделать опорное напряжение какое угодно (не обязательно 2,5 вольта), тогда придётся пересчитать сопротивления делителя, используемое совместно с TL431, чтобы при заданном выходном напряжении БП – напряжение подаваемое на вход микросхемы было равно опорному.

Ещё один вопрос – а можно использовать TL431, как обычный компаратор и собрать на ней, допустим, терморегулятор, или что то подобное?

– Можно, но так как она отличается от обычного компаратора уже наличием встроенного источника опорного напряжения, схема получится гораздо проще. Например такая;

Рис. 5 Терморегулятор на TL431.

Здесь терморезистор (термистор) является датчиком температуры, и он уменьшает своё сопротивление при повышении температуры, т.е. имеет отрицательный ТКС (Температурный Коэффициент Сопротивления). Терморезисторы с положительным ТКС, т.е. сопротивление которых при увеличении температуры увеличивается – называются позисторы.
В этом терморегуляторе при превышении температуры выше установленного уровня (регулируется переменным резистором), сработает реле или какое либо исполнительное устройство, и контактами отключит нагрузку (тэны), или например включит вентиляторы в зависимости от поставленной задачи.
Эта схема обладает малым гистерезисом, и для его увеличения, необходимо вводить ООС между выводами 1-3, например подстроечный резистор 1,0 – 0,5 мОм и величину его подобрать экспериментальным путём в зависимости от необходимого гистерезиса.
Если необходимо, чтобы исполнительное устройство срабатывало при понижении температуры, то датчик и регуляторы нужно поменять местами, то есть термистор включить в верхнее плечо, а переменное сопротивление с резистором – в нижнее.
И в заключении, Вы уже без труда разберётесь, как работает микросхема TL431 в схеме мощного блока питания для трансивера, которая приведена на рисунке 6, и какую роль здесь играют резисторы R8 и R9, и как они подбираются.