Есть много известных, знаковых, новаторских и одновременно простых конструкций интегральных схем, которые превзошли ожидания своих создателей, стали популярными и даже как-то повлияли на развитие электроники. Одна из них – управляемый стабилитрон tl431. Сделанная в 1978 году микросхема tl431 до сих пор широко применяется во многих профессиональных и любительских проектах.

Эксплуатационные характеристики tl431

Чтобы составить представление о конструкции tl431, надо изучить datasheet устройства или описание микросхемы на русском языке, которое можно найти в сети.

Часто tl431-ая система представлена в виде компаратора или конкретного транзистора с опорным напряжением 2,5 В и напряжением насыщения около 2 В. Транзистор открывается в момент достижения напряжения между анодной (Anode) и входной (Reference) клеммой 2,5 В, ток начинает протекать от анода к катоду. Если напряжение ниже величины открытия, транзистор запирается. Интерпретация схемы тл в виде такого транзистора облегчает понимание ее работы.

Фактически, это интегральная схема с расширенной внутренней структурой, состоящей из нескольких транзисторов, резисторов и конденсаторов.

В «даташите» представлены различные параметры системы, главными рабочими характеристиками являются:

1. Максимальное катодное напряжение – 36 В;
2. Источник очень стабилен, имеет температурный дрейф обычно около 3-7 мВ;
3. Входной ток (Ref) составляет 1-5 мкА;
4. Минимальное значение катодного тока рекомендуется 1 мА, максимальное – 100 мА.

Преимущества tl431 :

• регулируемое напряжение;
• потребляет мало энергии;
• защищает аккумулятор от глубокой разрядки;
• может использоваться, как регулируемый Z-диод и как управляемый усилитель;
• обладает только тремя контактами;
• низкая стоимость.

Цоколевка микросхемы зависит от фирмы-изготовителя и может различаться. Если радиолюбители выпаивают tl431 из какой-либо платы, то распиновка будет на ней видна.

Цоколёвка tl431 с несколькими разновидностями исполнения представлена на рисунке.

Схема включения

Для tl431 схема включения зависит от того, для каких целей предназначается устройство. Простейшее его применение – стабилизация напряжения заданной величины.

На вход tl431 подключается делитель напряжения, выполненный с помощью пары резисторов. С учетом технических данных микросхемы можно вычислить требуемые сопротивления.

Допустим, на выходе необходимо получить 5 В. Расчеты ведутся на основании формулы:

Vout = (1 + R1/R2) x Vref.

Полная формула записывается в виде:

Vout = (1 + R1/R2) x Vref + (Iref x R1), но вторую часть уравнения можно игнорировать, так как это очень маленькое значение, хотя все будет зависеть от используемой схемы.

1. 5 В = (1 + R1/R2) х 2,5;
2. R1/R2 = 1.

Так как соотношение сопротивлений равно 1, должны использоваться два резистора с одинаковым сопротивлением.

Второй пример для выходного напряжения 2,75 В:

1. 2,75 В = (1 + R1/R2) х 2,5;
2. R1/R2 = 0,1.

Например, если один резистор взят сопротивлением 1 кОм, то другой – должен быть 10 кОм.

В результате опорное напряжение сохраняется на уровне 2,5 В, останавливая свой выбор на различных сопротивлениях делителя, можно создать стабилизатор заданного значения напряжения.

Важно! В случае необходимости стабилизировать напряжение 2,5 В делитель не используется, а входной вывод tl431 соединяется с катодом.

Микросхема tl431 находит применение и как стабилизатор тока. Здесь для расчета сопротивления при желаемом токе применяется формула:

R2 = Vref/Io, где:

• R2 – сопротивление,
• Io – желаемый ток.

Так как напряжение Vref = 2,5 В, то R2 = 2,5/Io. При этом через сопротивление R2 выполняется обратная связь для сохранения уровня входного напряжения Vref.

Схемы с датчиками

Во многих схемах необходимо контролировать параметры при помощи различных датчиков (фоторезисторов, терморезисторов). Общая схема получается похожей, как для делителя, за исключением замены одного из сопротивлений. На его месте устанавливается, например, терморезистор, а катод tl431 подключается к катушке реле. Значение температуры устанавливается при помощи потенциометра. Когда температура превышает предел срабатывания, соотношение сопротивлений изменяется, напряжение на контакте управления tl431 превышает уровень открывания, ток пропускается на катушку реле, имеющую замыкающие контакты в цепи нагрузки.

Зарядное устройство

Для зарядных устройств важно ограничивать параметры тока и напряжения заряда во избежание повреждения аккумуляторов. Такая схема легко может быть реализована с применением интегральной микросхемы tl 431 и других элементов:

1. Если выходное напряжение не достигло показателя 4,2 В, регулирование зарядного тока осуществляется посредством транзисторов и резисторов;
2. По достижении значения 4,2 В выходное напряжение ЗУ контролируется tl431, не позволяя ему повышаться дальше.

Проверка микросхемы

Радиолюбители задаются вопросом, как проверить tl431 мультиметром? Простая прозвонка микросхемы невозможна, ведь она содержит много элементов. Но есть способ, как проверить работоспособность устройства, собрав специальную схему из резисторов, кнопки и самой ТЛ-схемы. Подключение мультиметра на выход схемы теперь поможет определить исправность tl431.

Понадобился мне тут недорогой источник опорного напряжения. Полистав каталоги, я остановил свой выбор на микросхеме TL431 за 20 рублей. Сейчас расскажу, что это за букашка и как ее использовать.

TL431

TL431 - это так называемый программируемый стабилитрон . Применяется в качестве источника опорного напряжения и источника питания для малопотребляющих схем. Выпускается несколькими производителями и в разных корпусах, мне досталась от Texas Instruments в корпусе SOT23.

Технические характеристики:

Выходное напряжение от 2.5 до 36 В
- рабочий ток от 1 до 100 мА
- выходное сопротивление 0.2 Ом
- точность 0.5%, 1% и 2%

Имеет три вывода. Два как у стандартного стабилитрона - анод и катод. И вывод опорного напряжения, который подключается к катоду или средней точке делителя напряжения. На зарубежных схемах обозначается так:

Минимальная схема включения требует один резистор и позволяет получать опорное напряжение 2.5 В.

Резистор в этой схеме рассчитывается по следующей формуле:

где Ist - ток TL431, а Il - ток нагрузки. Входной ток опорного вывода не учитывается, так как он ~2 мкА.

В полной схеме включения к TL431 добавляются еще два резистора, но в этом случае можно получить произвольное выходное напряжение.

Номиналы резисторов делителя напряжения и выходное напряжение TL431 связаны следующим соотношением:

,где Uref = 2.5 В, Iref = 2 мкА. Это типовые значения и они имеют определенный разброс (смотрите даташит).

Если задаться значением одного из резисторов и выходным напряжением, то можно рассчитать значение второго резистора.

А зная выходное напряжение и входной ток, можно рассчитать номинал резистора R1:

,где Iin - входной ток схемы, который складывается из рабочего тока TL431, тока делителя напряжения и тока нагрузки.

Если TL431 используется для получения опорного напряжения, то резисторы R2 и R3 нужно брать с точностью 1% из ряда E96.

Расчет стабилизатора напряжения на TL431

Начальные данные

Входное напряжение Uin = 9 В
Требуемое выходное напряжение Uout = 5 В
Ток нагрузки Il = 10 мА

Данные из даташита:

Ist = 1..100 мА
Iref = 2 мкА
Uref = 2.495 В

Расчет

Задаемся значением резистора R2. Максимальное значение этого резистора ограничено током Iref = 2 мкА. Если брать номинал резистора R2 равным единицам/десяткам кОм, то это подойдет. Пусть R2 = 10 кОм.

Так как TL431 используется в качестве источника питания, высокая точность здесь не нужна и членом Iref*R2 можно пренебречь.

Округленное значение R3 будет равно 10 кОм.

Ток делителя напряжения равен Uout/(R1+R2) = 5/20000 = 250 мкА.

Ток TL431 может быть от 1 до 100 мА. Если взять ток Ist > 2 мА, то током делителя можно пренебречь.

Тогда входной ток будет равен Iin = Ist + Il = 2 + 10 = 12 мА.

А номинал R1 = (Uin - Uout)/Iin = (9 - 5)/0.012 = 333 Ом. Округляем до 300.

Мощнность, рассеиваемая на резисторе R1, равна (9 - 5)*0.012 = 0.05 Вт. На остальных резисторах она будет еще меньше.

R1 = 300 Ом
R2 = 10 кОм
R3 = 10 кОм

Примерно так, без учета нюансов.

Емкость нагрузки

Если будете использовать TL431 и повесите на выходе конденсатор, то микросхема может "загудеть". Вместо уменьшения выходного шума, на катоде появится периодический пилообразный сигнал в несколько милливольт.

Емкость нагрузки, при которой TL431 ведет себя стабильно, зависит от тока катода и выходного напряжения. Возможные значения емкости показаны на картинке из даташита. Стабильные области - это те, что за пределами графиков.

Выпуск интегральной микросхемы начался с далекого 1978 года и продолжается по сегодняшний день. Микросхема дает возможность изготовить различные виды сигнализации и зарядные устройства для повседневного применения. Микросхема tl431 нашла широкое применение в бытовых приборах: мониторах, магнитофонах, планшетах. TL431 - это своего рода программируемый стабилизатор напряжения.

Схема включения и принцип работы

Принцип работы довольно прост. В стабилизаторе есть постоянная величина опорного напряжения , и если подаваемое напряжение меньше этого номинала, то транзистор будет закрыт и не допустит прохождение тока. Это отчетливо можно наблюдать на следующей схеме.

Если же эту величину превысить, регулируемый стабилитрон откроет P-N переход транзистора, и ток потечет дальше к диоду, от плюса к минусу. Выходное напряжение будет постоянным. Соответственно, если ток упадет ниже величины опорного напряжения, управляемый операционный усилитель закроется.

Цоколевка и технические параметры

Операционный усилитель выпускается в разных корпусах. Изначально это был корпус ТО-92, но со временем его сменил более новый вариант SOT-23. Ниже изображена распиновка и виды корпусов начиная с самого «древнего» и заканчивая обновлённой версией.

На рисунке можно наблюдать, что у tl431 цоколевка изменяется в зависимости от типа корпуса. У tl431 имеются отечественные аналоги КР142ЕН19А, КР142ЕН19А. Существуют и зарубежные аналоги tl431: KA431AZ, KIA431, LM431BCM, AS431, 3s1265r, которые ничем не уступают отечественному варианту.

Характеристика TL431

Этот операционный усилитель работает с напряжением от 2,5 до 36В. Ток работы усилителя колеблется от 1А до 100 мА, но есть один важный нюанс: если требуется стабильность в работе стабилизатора, то сила тока не должна опускаться ниже 5 мА на входе. У тл431 имеется величина опорного напряжения, которая определяется по 6-й букве в маркировке:

• Если буквы нет, то точность равняется - 2%.
• Буква А в маркировке свидетельствует о - 1% точности.
• Буква В говорит о - 0,5% точности.

Более развернутая техническая характеристика изображена на рис.4

В описании tl431A можно увидеть, что величина тока довольна мала и составляет заявленные 100мА, а величина мощности, которую рассеивают эти корпуса, не превышает сотен милливатт. Этого мало. Если предстоит работать с более серьезными токами, то будет правильнее воспользоваться мощными транзисторами с улучшенными параметрами.

Проверка стабилизатора

Сразу возникает уместный вопрос о том, как проверить tl431 мультиметром . Как показывает практика, одним мультиметром проверить не получится. Для проверки tl431 мультиметром следует собрать схему. Для этого понадобятся: три резистора (один из них подстроечный), светодиод или лампочка, источник постоянного тока 5В.

Резистор R3 необходимо подобрать таким образом, чтобы он ограничил ток до 20мА в цепи питания. Его номинал составляет примерно 100Ом. Резисторы R2 и R3 выполняют роль балансира. Как только напряжение будет 2,5 В на управляющем электроде, то переход светодиода откроется, и напряжение пойдет через него. Эта схема хороша тем, что светодиод выполняет роль индикатора.

Источник постоянного тока - 5В является фиксированным, а управлять микросхемой tl431 можно с помощью переменного резистора R2. Когда питание на микросхему не подается, то диод не горит. После того как сопротивление изменяется при помощи подстроечного резистора, светодиод загорается. После этого мультиметр нужно включить в режим измерения постоянного тока и замерить напряжение на управляющем выводе, которое должно составлять 2,5. Если напряжение присутствует и светодиод горит, то элемент можно считать рабочим.

На базе операционного усилителя тока tl431 можно создать простой стабилизатор. Для создания нужной величины U этого понадобятся три резистора. Необходимо высчитать номинал запрограммированного напряжения стабилизатора. Расчет можно произвести при помощи формулы: Uвых=Vref(1 + R1/R2). Согласно формуле U на выходе зависит от величины R1 и R2. Чем больше сопротивление R1 и R2, тем ниже напряжение выходного каскада. Получив номинал R2, величину R1 можно высчитать следующим образом: R1=R2(Uвых/Vref – 1). Регулируемый стабилизатор возможно включить тремя способами.

Необходимо учесть немаловажный нюанс: сопротивление R3 можно рассчитать по той формуле, по которой рассчитывался номинал R2 и R2. В выходной каскад не стоит устанавливать полярный или неполярный электролит, во избежание помех на выходе.

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.

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:

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.

При ремонте была явная необходимость в первую очередь проверить исправность источника опорного напряжения, но не проверял, откладывал на потом и занимался тем, с чем можно было повременить. Понимал, что «туплю», но ничего поделать не мог. Тестера для проверки TL431 не было. В очередной раз подпаивать «на коленке» детальки проверочной схемы уже было невмоготу. И как не хотелось отвлекаться от начатого ремонта, но пришлось. Душу согревало, что в следующий раз, когда понадобиться проверить Т-эльку проблем не будет.

Схема электрическая тестера

В виртуальном пространстве интернета схем для такой проверки множество. Разницу между ними усмотрел в том, что одни сообщают - сигнализируют о исправности электронного компонента миганием - загоранием светодиодов, другие создают предпосылки для измерения напряжения на выходе, по величине которого и следует судить о исправности TL431. С одной стороны первые вроде как самодостаточны, в дополнение же ко вторым необходим вольтметр. С другой стороны первым нужно «верить на слово», вторые же сами ничего «не решают», а выдают объективную информацию для принятия решения. К тому-же вольтметр всегда под рукой. Выбрал второй вариант, он к тому же ещё и проще, «цена вопроса» - три постоянных резистора.

За подходящим корпусом, для помещения в него всего необходимого, дело не встанет, на сайте есть статья «Изготовление сетевой вилки с нестандартным корпусом». Начал с оборудования верхней крышки корпуса, для этого понадобились трёхвыводная панелька, кнопка нажимного действия и тетрадный лист в клеточку на котором был начерчен круг в соответствии с диаметром крышки и шилом намечены места установки панельки и кнопки. Вырезанный круг уже стал шаблоном, был помещён на крышку и на ней произведена шилом соответствующая разметка. Далее, тем-же шилом, были проколоты отверстия необходимого диаметра под контакты панельки и кнопки.

Так на верхнюю крышку установлены панелька и кнопка (их контакты загнуты изнутри и пропаяны оловом), на среднюю часть корпуса, в качестве разъёма питания, встал «тюльпан», на нижней крышке разместились штыри для подключения к мультиметру. То, что в качестве корпуса выступили некоторые части (две крышки и горлышко) пластиковой ёмкости (молочной бутылки) вероятно ясно и без пояснений.

Осталось с внутренней стороны крышки, на контактах панельки и кнопки смонтировать саму схему, в первую очередь установил три резистора, во вторую были припаяны все соединительные провода. Проводов получилось неожиданно много, тут спешить не надо - немудрено и перепутать.

В этот раз не стал для дополнительного крепления применять клей, а «посадил» всё на меленькие саморезы. По три штуки на каждом элементе. Так более ремонтопригодно, хотя и ремонтировать тут навряд ли, что-то понадобиться. Пробник собран, раз и на всегда. Осталось проверить его работу и соответственно исправность имеющихся в наличии источников опорного напряжения TL431.

Видео

Раз дело «выгорело» и пробник теперь есть, осталось помнить об этом и суметь в случае необходимости быстро его идентифицировать из числа других в таких, же корпусах, что лежат в предназначенной для этого коробке. А ещё нужно помнить, что рабочее напряжение пробника 12 вольт, что при не подключённом TL431 мультиметр будет показывать напряжение 10 вольт, при подключённом 5 вольт, а при нажатой кнопке 2,5 вольта и вдобавок правильно установить проверяемый компонент в панельку. А можно особо и не запоминать, а оформить соответствующим образом лицевую панель. Автор проекта: Babay iz Barnaula .

Обсудить статью ПРОВЕРКА ИСТОЧНИКА ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ TL431

Микросхема TL431 datasheet создана в конце 70-х годов, однако и по сегодняшний день она широко применяется в радиолюбительской деятельности и в промышленности. Эта микросхема представляет собой интегральный регулируемый стабилизатор, который нашел широкое применение в различных блоках питания.

Описание работы

TL431 datasheet имеет всего три вывода, однако в ее корпусе спрятано десять транзисторов (компаратор). Функции этого устройства и обычного стабилизатора похожи. Однако, благодаря подобному усложнению, микросхема имеет более высокий уровень термостабильности, а также повышенную крутизну характеристики. Главной особенностью такого прибора является способность при помощи внешнего делителя изменять напряжение стабилизации в пределах 2,5-30 В. У некоторых моделей нижний порог может составлять 1,25 В. Схема компаратора, интегрированного в изделие datasheet TL431, состоит из следующих компонентов:

• встроенный источник (весьма стабильный) опорного напряжения 2,5 В, который подключается к инверсному входу компаратора;
• один вход прямого уровня;
• на выходе компаратора транзистор, эмиттер и коллектор которого объединены с контактами питания;
• диод для защиты от переполюсовки.

Транзистор имеет максимальный ток нагрузки 100 мА, а максимальное напряжение - 36 В. Для того чтобы сработал встроенный компаратор (соответственно, открылся транзистор на выходе микросхемы), необходим

о на его вход подать опорного. На входе микросхемы включен состоящий из двух резисторов, он делит величину напряжения пополам. Это значит, что компаратор откроется при поступлении на вход схемы 5 В, на выходе делителя же получаем 2,5 В. Если увеличивать сопротивление резистора, то необходимо также увеличивать и напряжение питания. Получается, что данная микросхема может работать в качестве стабилитрона в пределах 2,5-36 В.

Назначение и сфера применения

Не существует ни одного в котором бы не было микросхемы TL431 datasheet. Также ее можно встретить практически во всех импульсных маломощных источниках питания, например, в зарядках для мобильных телефонов. Эти микросхемы можно использовать не только по прямому назначению (стабилитрон для блоков питания), но и создавать на их базе различные световые индикаторы и звуковые сигнализаторы. С помощью таких приборов отслеживают множество различных параметров (но основным все-таки является напряжение). Существует множество схем на базе TL431 datasheet, благодаря которым можно собрать устройства, контролирующие уровень жидкости в емкости, влажность и температуру, давление газа или жидкости, освещенность. Перечисленные варианты - не единственно возможные, применение данной микросхемы на самом деле весьма широко, все зависит от желания конструктора.

Очень часто начинающие радиолюбители интересуются, чем можно заменить TL431. Аналог, конечно, существует. Так, можно использовать импортные изделия КА431 и отечественные устройства КР142ЕН19А, К1156ЕР5х.

Подведем итоги

Компании "TEXAS INSTRUMENTS" весьма надежна, имеет широкий рабочий диапазон, проста в эксплуатации, а самое главное, имеет доступную цену. Благодаря своим характеристикам, она выпускается более сорока лет и до сих пор остается востребованной.