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

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.

Модели AC

Для дипольных инверторов часто используются чери АС стабилитроны TL431. Как проверить работоспособность подсоединенного элемента? Сделать это можно при помощи обычного тестера. Параметр выходного сопротивления обязан составлять не более 70 Ом

Также важно отметить, что устройства этой серии включаются через векторный преобразователь

В данном случае скалярные модификации не подходят. Во многом это связано с низким порогом проводимости тока

Также важно отметить, что показатель номинального напряжения не превышает 4 Вт. Рабочий ток в цепи поддерживается на уровне 2 А

Для понижения тепловых потерь используются различные тиристоры. На сегодняшний день выпускаются расширительные и фазовые модификации.

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.

Реле времени

TL431 нашел свое применение не только как источник опорного напряжения, а и во многих других применениях. Например благодаря тому что входной ток TL431 составляет 2-4мкА, то на основе этой микросхемы можно построить реле времени: при размыкании контакта S1 C1 начинает медленно заряжаться через R1, а когда напряжение на входе TL431 достигнет 2,5 В выходной транзистор DA1 откроется и через светодиод оптопары PC817 начнет протекать ток, соответственно откроется и фототранзистор и замкнет внешнюю цепь. В этой схеме резистор R2 ограничивает ток через оптрон и стабилизатор (например 680 Ом), R3 нужен чтобы предупредить зажигание светодиода от тока собственных нужд TL431 (например 2 кОм).

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.

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 исследуемое 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.

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.

Для автомобильных инверторов

Для автомобильных инверторов часто используются серии АС стабилитроны TL431. Схема включения в данном случае подразумевает использование двухразрядных триодов. Непосредственно фильтры применяются открытого типа. Если рассматривать схемы без расширителя, то пороговое напряжение колеблется в районе 10 Вт.

Непосредственно рабочий ток составляет 4 А. Параметр перегрузки системы допускается в 3 мА. Если рассматривать модификации с расширителями, то в данном случае устанавливаются высокоемкостные модуляторы. Резисторы используются стандартно селективного типа.

В некоторых случаях применяются разной мощности усилители. Параметр порогового напряжения, как правило, не превышает 12 Вт. Выходное сопротивление системы может колебаться от 70 до 80 Ом. Показатель точности стабилизации равняется примерно 2%. Рабочий ток у систем составляет не более 4.5 А. Непосредственно подключение стабилитронов происходит через катод.

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.

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.

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:

• IR943N
• TL432
• LM431

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.

ЗУ для мобильного телефона

Стабилизатор можно применить как своеобразный ограничитель тока. Это свойство будет полезным в устройствах для зарядки мобильного телефона.

Если напряжение в выходном каскаде не достигнет 4,2 В, происходит ограничение тока в цепях питания. После достижения заявленных 4,2 В стабилизатор уменьшает величину напряжения – следовательно, падает и величина тока. За ограничение величины тока в схеме отвечают элементы схемы VT1 VT2 и R1-R3. Сопротивление R1 шунтирует VT1. После превышения показателя в 0,6 В элемент VT1 открывается и постепенно ограничивает подачу напряжения на биполярный транзистор VT2.

Будет интересно➡ Что такое УЗО?

На базе транзистора VT3 резко уменьшается величина тока. Происходит постепенное закрытие переходов. Напряжение падает, что приводит к падению силы тока. Как только U подходит к отметке 4,2 В, стабилизатор tl431 начинает уменьшать его величину в выходных каскадах устройства, и заряд прекращается. Для изготовления устройства необходимо использовать следующий набор элементов:

• DA1 – TL431K – если нет в наличии этого элемента, то его можно заменить на tl4311, tl783ckc ;
• R1 – 2,2 Ом;
• R2 – 470 Ом;
• R3 – 100 кОм;
• R4 – 15 кОм;
• R5 – 22 кОм;
• R6 – 680 Ом;
• VT1, VT2 – BC857B;
• VT3 – az431 или az339p ;
• VT4 – BSS138.

Необходимо обратить особое внимание на транзистор az431. Для равномерного уменьшения напряжения в выходных каскадах желательно поставить транзистор именно az431, datasheet биполярного транзистора можно наблюдать в таблице.

Именно этот транзистор плавно уменьшает напряжение и силу тока. Вольт-амперные характеристики этого элемента хорошо подходят для решения поставленной задачи.

Операционный усилитель TL431 является многофункциональным элементом и дает возможность конструировать различные устройства: зарядные для мобильных телефонов, системы сигнализации и многое другое. Как показывает практика, операционный усилитель обладает хорошими характеристиками и не уступает зарубежным аналогам.

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.

Технические характеристики

В блоках питания от сети 220В линейный стабилизатор обычно устанавливается сразу после выпрямительного диодного моста, где выполняет свою основную роль источника вторичного электропитания (ИВЭП). Рекомендуемая производителями величина входного напряжения у КРЕН8Б находится в диапазоне 14,5 … 18 В. В любом случае, должно быть на 2,5-3 В больше от опорного.

Максимальные параметры

Изготовителями заявлены следующие максимальные параметры КР142ЕН8Б, при температуре корпуса (ТК) от -45 до +70оС, если не указано иного:

• входное напряжение (при ТК от -45 до +100оС) — до 30 В;
• мощность рассеивания – до 1,5 Вт; до 8 Вт (c теплоотводом);
• ток в нагрузке – до 1500 мА (c использованием теплоотвода).

Электрические параметры

Если ток в нагрузке будет более 100 мА, то рекомендуется применение теплоотвода. На практике его величина может достигать 900 мА, что на много меньше значения заявленного отдельными производителями в даташит, но вполне достаточного для большинства современных слаботочных систем. Сведения о электрических параметрах КРЕН8Б, при температуре окружающей среды +25оС, представлены в таблице ниже.

Типовое включение

Устойчивая работа электронных приборов обеспечивается стабильностью поданного на них электропитания. Отсюда и возникает потребность в его выравнивании до необходимого уровня. Превышение или снижение питающих значений недопустимо, так как приводит к неисправности в работе оборудования. Самый очевидный способ — использовать популярную отечественную микросхему из серии КР142.

КР142ЕН8Б является одним из линейных стабилизаторов указанной серии. Его типовая схема подключения очень простая и подходит для всех КР142ЕН. Она включает в себя саму КРЕНку (еще одно неофициальное название 142ЕН8Б) и пару сглаживающих конденсаторов. В даташит рекомендовано применение небольших ёмкостей с величиной 0,33 и 1,0 мкФ. Обычно используют керамические или танталовые версии.

Если для проекта выбраны алюминиевые электролитические конденсаторы, то они должны быть не менее 10 мкФ. Их лучше подсоединять как можно ближе к выводам микросхемы. Многие радиолюбители делают это навесным монтажом, спаивая ножки радиоэлементов между собой.

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:

1. Texas Instruments
2. ONS
3. STM
4. Nexperia
5. HTC
6. NXP Semiconductors

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

Простое зарядное устройство для литиевого аккумулятора.

Главное отличие зарядного устройства от блока питания – четкое ограничение зарядного тока. Следующая схема имеет два режима ограничения:

• по току;
• по напряжению;

Пока напряжение на выходе меньше 4,2 В ограничивается выходной ток, при достижении напряжением величины 4,2 В начинает ограничиватся напряжение и ток заряда снижается. На следующей схеме ограничение тока осуществляют транзисторы VT1, VT2 и резисторы R1-R3. Резистор R1 выполняет функцию шунта, когда напряжение на нем превышает 0,6 В (порог открывания VT1), транзистор VT1 открывается и закрывает транзистор VT2. Из-за этого падает напряжение на базе VT3 он начинает закрываться и следовательно снижается выходное напряжение, а это ведет к снижению выходного тока. Таким образом работает обратная связь по току и его стабилизация. Когда напряжение подбирается к уровню 4,2 В в работу начинает вступать DA1 и ограничивать напряжение на выходе зарядного устройства.

А теперь список номиналов компонентов схемы:

• DA1 – TL431C;
• R1 – 2,2 Ом;
• R2 – 470 Ом;
• R3 – 100 кОм;
• R4 – 15 кОм;
• R5 – 22 кОм;
• R6 – 680 Ом (нужен для подстройки выходного напряжения);
• VT1, VT2 – BC857B;
• VT3 – BCP68-25;
• VT4 – BSS138.