Spis treści:
TL431 to trójzaciskowe regulowane układy scalone regulatora napięcia. Mają określoną stabilność termiczną w samochodowych i komercyjnych zakresach temperatur. Podobne układy scalone regulacji znajdziemy w ładowarkach urządzeń mobilnych, zasilaczach konsumenckich, elektronice samochodowej czy w oświetleniu LED. Napięcie wyjściowe TL431 może być ustawione na dowolną wartość pomiędzy ok. 2,5 V a 36 V za pomocą dwóch zewnętrznych rezystorów przy prądzie do 100mA.
Urządzenia te mają typową impedancję wyjściową wynoszącą 0,2Ω. Aktywny obwód wyjściowy zapewnia bardzo ostrą charakterystykę włączenia, dzięki czemu urządzenia te doskonałymi zamiennikami diod Zenera na przykład w zasilaczach impulsowych. TL432 ma dokładnie taką samą funkcjonalność i specyfikacje elektryczne jak urządzenie TL431, ale ma różne wyprowadzenia dla pakietów DBV, DBZ i PK. Sprawdza się w przetwornikach, stabilizatorach napięcia, jako element kompensacyjny w zastosowaniach związanych z temperaturą i wszędzie tam, gdzie wymagane są regulowane odniesienie napięcia i prądu oraz monitorowanie napięcia.
Cechy i zastosowania TL431
TL431 umożliwia precyzyjne ustawienie napięcia referencyjnego w zakresie od kilku woltów do kilkudziesięciu woltów w zależności od konkretnego modelu oraz stabilność napięcia referencyjnego w zmiennych warunkach temperaturowych i obciążeniowych. Pobiera stosunkowo niewielką ilość prądu. Jest odporny na zakłócenia i fluktuacje napięcia zasilania, co czyni go stabilnym źródłem napięcia w różnych warunkach. TL431 może działać także jako komparator napięcia, czyli do porównywania napięcia referencyjnego z napięciem wejściowym. Dostępny jest w różnych obudowach popularnych w mikroelektronice takich jak TO-92, TO-220, SO-8, a to z kolei pozwala na łatwą integrację w różnych układach jako moduł.
Dane techniczne i sposób działania
Dzięki zastosowaniu zewnętrznego dzielnika napięcia TL431 może regulować napięcia w zakresie od 2,495 do 36 V przy prądach do 100 mA. Typowe początkowe odchylenie napięcia odniesienia od nominalnego poziomu 2,495 V jest mierzone w miliwoltach, maksymalne odchylenie w najgorszym przypadku jest mierzone w dziesiątkach miliwoltów. Obwód może bezpośrednio sterować tranzystorami mocy, a kombinacje TL431 z tranzystorami MOS mocy są stosowane w wysokowydajnych regulatorach liniowych o bardzo niskim spadku. Gdy Vref jest poniżej progu 2,495 V, tranzystor wyjściowy jest zamykany.
Resztkowy prąd katodowo-anodowy ICA zasilający obwód front-end utrzymuje się w granicach 100 i 200 μA. Gdy Vref zbliża się do progu ICA wzrasta do 300-500 μA, ale tranzystor wyjściowy pozostaje zamknięty. Po osiągnięciu progu tranzystor wyjściowy delikatnie się otwiera, a ICA zaczyna rosnąć w tempie około 30 mA/V. Gdy Vref przekracza próg o około 3 mV, a ICA osiąga 500-600 μA, transkonduktancja gwałtownie skacze do 1. Powyżej tego punktu TL431 działa w normalnym trybie wysokiej transkonduktancji.
Prąd rośnie, aż pętla ujemnego sprzężenia zwrotnego łącząca katodę z wejściem sterującym ustabilizuje napięcie w pewnym punkcie powyżej progu. Ten punkt jest napięciem odniesienia całego regulatora. Alternatywnie TL431 może działać bez sprzężenia zwrotnego jako komparator napięcia lub z dodatnim sprzężeniem zwrotnym jako wyzwalacz Schmitta; w takich zastosowaniach ICA jest ograniczony tylko przez obciążenie anody i pojemność zasilacza.
Nominalne napięcie referencyjne 2,495 V podane w specyfikacjach jest testowane w trybie Zenera w temperaturze otoczenia +25°Ci ICA 10mA. Napięcie progowe i granica między trybami niskiej i wysokiej transkonduktancji nie są określone i nie są testowane. Rzeczywiste napięcie utrzymywane przez konkretny TL431 w rzeczywistej aplikacji może być wyższe lub niższe niż 2,495 V, w zależności od odchylenia początkowego konkretnego układu scalonego, temperatury i ze względu na impedancję wyjściową.
TL431 - schemat
TL431 ma jedno wejście, które jest połączone z rezystorem podciągającym (R1) oraz rezystorem obciążającym (R2). Wejście to jest nazywane “anodą” lub “wejściem napięcia”. Wyjście TL431 jest nazywane “katodą”. To jest punkt, z którego odczytuje się referencyjne napięcie stałe, które jest zwykle określane przez konkretny model TL431. Czwarty pin TL431 jest nazywany “członem kanału”. Jest on zasilany napięciem zasilania (Vcc) i służy do zapewnienia zasilania dla samego układu. W praktyce wartości rezystorów R1 i R2 są dobrane tak, aby uzyskać pożądane napięcie referencyjne na wyjściu TL431. Zmieniając wartości tych rezystorów, można dostosować napięcie referencyjne układu do konkretnej aplikacji.
TL431 - cena, opinie
W kwestii praktyki naturalne rozpatrzenie wad i zalet można przeprowadzić w odniesieniu do wspomnianej konkurentki, diody Zenera. Stabilizatory napięcia to koszt zwykle kilku do kilkunastu złotych w pakietach po 5 lub 10 sztuk. To nieco droższa opcja niż diody Zenera (kilkadziesiąt groszy lub kilka złotych) do wykorzystania w projektach THT, co jest ważne w projektach o ograniczonym budżecie, lecz dotyczy raczej dużych projektów, gdyż w małej skali różnica ta nie jest tak znaczna. Stabilizatory oferują wyższą stabilność, zapewniają stałe napięcie wyjściowe niezależnie od zmian napięcia zasilania i obciążenia, są bardziej skuteczne w redukcji zakłóceń na wyjściu i mają niższy poziom hałasu na wyjściu w porównaniu z diodami Zenera.
Warto pamiętać, że stabilizatory generują więcej ciepła, co może być problemem w aplikacjach wymagających wysokiej wydajności energetycznej – część energii jest tracona w postaci ciepła. Mimo że nie oferują takiej samej stabilności co stabilizatory, mogą być wystarczające dla niektórych prostych zastosowań, takich jak ograniczenie napięcia w określonym zakresie. Opinie na temat TL431 są zazwyczaj pozytywne zwłaszcza wśród inżynierów i hobbystów zajmujących się elektroniką. Układ cieszy się uznaniem z uwagi na wszechstronność stosowania od prostych zasilaczy po układy regulacji, stabilne, precyzyjne napięcie referencyjne, łatwość użycia, dostępność obudów, stosunkowo niski koszt i dobrą stabilność temperaturową. Ze względu na te cechy TL431 stał się popularnym wyborem w projektach elektronicznych na całym świecie.
