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.

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.

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:

Максимальное катодное напряжение – 36 В;
Источник очень стабилен, имеет температурный дрейф обычно около 3-7 мВ;
Входной ток (Ref) составляет 1-5 мкА;
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.

5 В = (1 + R1/R2) х 2,5;
R1/R2 = 1.

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

Второй пример для выходного напряжения 2,75 В:

2,75 В = (1 + R1/R2) х 2,5;
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:

Если выходное напряжение не достигло показателя 4,2 В, регулирование зарядного тока осуществляется посредством транзисторов и резисторов;
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.

Схема включения и принцип работы

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

Характеристика TL431

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

Проверка стабилизатора

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

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

Электронный компонент tl 431 - это одна из интегральных микросхем, чьё производство поставлено на массовый поток, начиная, с 1978 года. Она широко используется в большинстве компьютерных блоков питания, телевизоров и другой бытовой технике в качестве прецизионного программируемого источника опорного напряжения. На практике сложилось несколько схем включения tl431.

Устройство электронного элемента

Микросхема обладает простой конструкцией, состоящей из следующих элементов: корпуса, операционного усилителя (ОУ), выходного tl431 транзистора, а также источника опорного напряжения. Особенностью этой микросхемы является то, что она выполняет функции стабилитрона.

Источник опорного напряжения на 2.5 вольта, обладающий высокой стабильностью, подключается к инверсному входу ОУ (-), эмиттеру транзистора и землёй с помощью двух общих точек в цепь опорного напорного также включён кремниевый диод. Он предназначен для предотвращения создания обратного тока и защищает от переполюсовки. Прямой вход ® предназначен для приёма сигнала с других плат, а также питания усилителя. Он подключается через диод к коллектору транзистора также через общую точку. Выход ОУ подключён к базе транзистора.

Следует помнить, что транзистор, используемый в микросхемах данной серии, способен выдержать нагрузки до 0.1 А и 36 В.

Принцип работы

Работа микросхемы основана на принципе превышения напряжения поданного на прямой вход ОУ над опорным. При U (напряжении на прямом входе) меньше или равным Vref (опорном напряжении на выходе) будет подобное низкое напряжение, из-за чего транзистор не откроется, а ток по цепи анод-катод не будет поступать. Как только U превысит Vref на выходе ОУ, образуется напряжение, способное открыть транзистор и заставить ток протекать от катода к аноду, что заставляет микросхему работать.

Цоколёвка tl341

TL 341 представляет собой трёхвыводную микросхему. Каждая ножка имеет собственное название 1 - reference (выход), 2 - anode (анод) и 3 - catode (катод).

На практике цоколёвка бывает различной и зависит от типа корпуса выбранного производителем при изготовлении изделия. TL431 выпускается в большом количестве разных корпусов, от древних TO-92 до современных SOT-23. Распиновка tl431 в зависимости от вида корпуса изображены на рисунке 3.

Аналогами tl431 отечественного производства являются микросхемы КР142ЕН19А и К1156ЕР5Т. К зарубежным аналогам можно отнести:

KA431AZ;
KIA431;
HA17431VP;
IR9431N;
AME431BxxxxBZ;
AS431A1D;
LM431BCM.

Технические характеристики

Основными техническим характеристиками микросхемы tl 341 являются:

Из характеристик видно, что микросхему можно использовать при довольно обширном диапазоне напряжения, однако пропускная способность по току весьма невелика. Чтобы получить более серьёзные, к катодной цепи подключают мощные транзисторы, которые регулируют выходные параметры.

Схемы включения

Микросхема tl 431 представляет собой стабилитрон интегрального типа. Она обладает тремя схемами включения:

на 2.48 В (1);
на 3, 3 В (2);
на 14 В.

Вариант 1: схема на 2,48 В.

Схема включения стабилитрона на 2.48 вольта оснащена одноступенчатым преобразователем. Среднее значение рабочего тока в подобной системе составляет 5.3 А. К выводу ref (цепь опорного напряжения) монтируется цепь, состоящая из двух параллельно соединённых резисторов (по 2.4 и 2.26 кОм). На эти резисторы предварительно подаётся напряжение равное 5 В, которое после прохождения цепи превращается в 2,48.

С целью повышения чувствительности стабилитрона применяются разнообразные модуляторы, в основном, дипольного типа с ёмкостью менее 3 пФ (пикофарад). Стабилитроны подключают к катоду.

Вариант 2: схема включения на 3,3 В.

В схеме включения на 3,3 В также используется одноступенчатый преобразователь и резистор на 1 кОм, подключённый к катоду. Перед сопротивлением ставится сторонний источник питания на 3 В. К выводу (ref) подключается конденсатор ёмкостью 10 нФ, соединённый с землёй. Анод в подобной схеме сажается напрямую на землю, а катодная и входная цепи соединяются двумя общими точками.

Проблемой этой схемы включения является большая вероятность возникновения короткого замыкания (КЗ). Для того чтобы снизить риск возникновения КЗ, после стабилитронов монтируют предохранитель.

Чтобы усиливать сигнал к выводу подключают специальные фильтры. В такой схеме включения средние показатели напряжения и тока составляют 5 В/ 3.5 А, а точность стабилизации менее 3%. Стабилитрон подключается через векторный переходник поэтому нужно подбирать транзистор резонного типа Средняя ёмкость модулятора должна составлять 4.2 пФ. Для увеличения проводимости тока можно использовать триггеры.

Независимые устройства на базе микросхемы

Эту микросхему используют в блоках питания телевизоров и компьютером. Однако на её базе можно составить независимые электрические схемы некоторыми, из которых являются:

стабилизатор тока;
звуковой индикатор.

Стабилизатор тока

Стабилизатор тока - это одна из самых простых схем, которые можно реализовать на микросхеме tl 341. Он состоит из следующих элементов:

источника питания;
сопротивления R 1, подключённого с помощью общей точки к + линии питания;
шунтирующего сопротивления R 2 к - линии питания;
транзистора, чей эмиттер подключён к - линии через резистор R 2, коллектор к выходу - линии, а база через общую точку к катоду микросхемы;
микросхемы tl 341, чей анод подключён к - линии с помощью общей токи, а вывод ref включён в эмиттерную цепь транзистора также с помощью общей точки.

Основную роль в данной схеме выполняет шунтирующий резистор R 2, который за счёт обратной связи устанавливает значение, напряжение равное 2,5 В. Из-за этого выходной ток будет принимать следующий вид: I=2,5/R2.

Звуковой индикатор

Звуковой индикатор на базе tl 341 представляет собой простую схему, изображённую на рисунке 5

Такой звуковой индикатор можно использовать для отслеживания уровня воды в какой-либо ёмкости. Датчик представляет собой электронную схему в корпусе с двумя выводными электродами, изготовленными из нержавеющей стали, один из которых расположен на 20 мм выше другого.

В момент соприкосновения выводов датчика с водой происходит снижение сопротивления и осуществляется переход tl 341 в линейный режим через резисторы R 1и R 2. Это способствует появлению автогенирации на резонансной частоте и образованию звукового сигнала.

Проверка работоспособности с помощью мультиметра

Вопросом о том, как проверить tl431 с помощью мультиметра, задаются многие. Ответ на него достаточно прост для того, чтобы проверить микросхему tl341 или её модификации tl431a необходимо выполнить следующие действия:

Собрать простую тестовую схему с использованием микросхемы и ключа.
Замкнуть цепь переключателя и провести измерения. Мультиметр должен показывать значение опорного напряжения - 2,5 В.
Разомкнуть цепь и провести измерения. На дисплее измерительного прибора должно быть 5 В.