Как работает tl431: TL431 принцип работы и очень простая проверка. — schip.com.ua

Содержание

TL431: стабилизатор напряжения, тока и усилитель ошибки | Приключения электроника

Пришло время попсового контента 🙂

Думаю, многие видели или даже использовали микросхему TL431.

Этот параллельный стабилизатор напряжения / программируемый стабилитрон / источник опорного напряжения (ох, как только его не классифицируют) весьма популярен и находит много применений как в самоделках, так и в промышленно выпускаемых устройствах.

Простейшая схема включения

Имеет множество аналогов разных производителей: LM431, AS431, KA431 и т.д. и т.п. Существует и отечественный — КР142ЕН19А.

Основные характеристики

Диапазон входных напряжений 2,5…36 В
Ток катода 1…100 мА
Минимальный ток стабилизации 0,4…1 мА
Точность опорного напряжения 2 / 1 / 0,5% (для версии без буквы в названии / с буквой A / с буквой B)

Для лучшего понимания схем рассмотрим принцип работы TL431:

REF — вход сравнения с опорным напряжением

«Английское» название данного регулятора (shunt regulator, шунтирующий) весьма хорошо описывает, как работает TL431:

Когда напряжение на входе REF превышает опорное 2,495 В, транзистор открывается, шунтируя нагрузку. Точно так же работают и обычные стабилитроны.

И, также как и стабилитрону, TL431 нужен резистор, задающий ток стабилизации. Считается он так:

Ну, и наконец, схемы с участием TL431.

Стабилизатор / ИОН с задаваемым напряжением

Сама на себя

В простейшем случае напряжение напрямую сравнивается с опорным и на выходе будет опорное напряжение 2,495 В.

Выставить нужное выходное напряжение можно с помощью резистивного делителя напряжения:

Расчет был на 9 В

Выходное напряжение равно:

Uref = 2,495 В, Iref = 2…4 мкА

Ток, втекающий в REF, можно не учитывать, если брать не очень большие сопротивления резисторов делителя (производитель советует, чтобы их сопротивление было около порядка 10 кОм). Тогда можно задаться одним из резисторов и посчитать другой:

Uref = 2,495 В

В моем примере взят R2 = 2,37 кОм, R1 по расчету 6,179 кОм, если брать из ряда Е48 — то 6,19 кОм рядом стоит 🙂

Подбирать резисторы надо весьма точно…

В отличие от обычных стабилитронов, TL431 не очень любит емкостные нагрузки и может самовозбудиться и колебаться.

При желании можно сделать один из резисторов переменным, и регулировать напряжение на выходе стабилизатора.

Встречаются схемы, где вместо R1 устанавливается терморезистор, и при повышении температуры TL431 включает транзистор, который включает вентилятор.

Тока 100 мА может быть недостаточно, поэтому используется:

Схема регулятора на TL431 с транзистором

Замечу, что это уже последовательный регулятор напряжения

Методика расчета та же, только резистор R выбирается такой, чтобы через TL431 шел ток стабилизации не меньше 1 мА.

Можно также использовать и MOSFET или транзистор Дарлингтона для умощнения стабилизатора.

Очень часто можно встретить TL431 в схемах источников дежурного напряжения в блоках питания (например, ATX). Выступает она там как

Усилитель ошибки

Приведу несколько примеров найденных в интернете схем:

Резисторы в делителе подобраны таким образом, чтобы если на линии питания напряжение больше, чем 5 В, на входе REF TL431 было напряжение больше 2,5 В.

При этом TL431 «откроется» и начнет пропускать через себя и светодиод ток. Из-за этого открывается фототранзистор оптрона, шунтируя вход обратной связи ШИМ-контроллера, заставляя его снизить коэффициент заполнения, а вместе с ним снижается и напряжение на линии питания.

Для наглядности

Конденсатор С1 играет роль интегратора (часто последовательно с ним ставят еще один резистор). R — задает ток стабилизации и ограничивает ток светодиода оптрона.

Из TL431 можно получить и источник тока:

Источник втекающего тока

Микросхема сравнивает напряжение на резисторе R1 с опорным. А так как напряжение на резисторе R1 прямо пропорционально втекающему току, то этот самый ток можно задать по формуле:

Uref = 2,495 В

Ничто не мешает нам поставить нагрузку «вниз» и получить

Ограничитель вытекающего тока

Только при расчете необходимо учитывать, что теперь в ток нагрузки входит и ток Iка, текущий через TL431:

Iка — ток катод-анод

В примере видно, что R1 задан ток 10 мА, и к нему приплюсовываются 3,6 мА со стабилитрона.

Бывают и более экзотичные применения:

Кто-то умудрялся делать из TL431 усилители…

Решила повторить

Ну, что сказать, усиливает… Квадратиш, практиш, гуд 🙂

Видела еще схемы генераторов, но у меня чего-то модель не запустилась…

Поэтому советую этот программируемый стабилитрон использовать по назначению, например, как в моем блоке питания, где TL431 используется в качестве стабилизатора со сниженным шумом.

Регулятор напряжения на тл431 схема — Мастер Фломастер

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.

Особенности TL431

Программируемое выходное напряжение до 36 V
Точность опорного напряжения: ±0.4%, Typ @ 25°C (TL431B)
Низкое динамическое выходное сопротивление, 0.22 Ом
Рабочий ток от 1,0 мА до 100 мА
Эквивалентный температурный коэффициент 50 ppm/°C
Термостабильность во всем диапазоне рабочих температур
Низкий выходной шум
Без содержания свинца

Электрические характеристики TL431

Входное (опорное) напряжение 2.495 V
Рабочий ток от 1 мА до 100 мА
Выходное напряжение от 2.495 до 36V
Входной ток 1.8 µA
Динамическое сопротивление 0,22 Ом

Цоколевка TL431

TL431 выпускается в нескольких корпусах

Схемы включения TL431

Напряжение на выходе этой схемы будет равно напряжению внутреннего ИОН TL431, то есть 2.5 V.

Схема ниже заменяет обычные стабилитроны с напряжением стабилизации от 2.5 до 36 вольт. Изменяя номиналы резисторов в делителе напряжения (R1, R2) можно менять выходное напряжение.

Рекомендованный максимальный ток для TL431 — 100 мА. Если нужен более мощный стабилитрон, можно использовать следующую схему. Максимальный ток будет зависеть от применяемого транзистора.

На рисунке ниже представлена схема компенсационного стабилизатора напряжения последовательного типа. По сравнению с предыдущей схемой, такой стабилизатор отличается меньшим входным сопротивлением, большим коэффициентом стабилизации, большим выходным током.

Одной из типовых схем включения TL431 является стабилизатор тока.

С помощью TL431 можно увеличить выходное напряжение стабилизатора 7805 и ему подобных.

На следующем рисунке изображена схема индикатора напряжения. Светодиод будет светиться, когда контролируемое напряжение находится между верхним (устанавливается R3,R4) и нижним уровнем (R1,R2).

Компаратор с температурно-компенсированным порогом.

Как работает TL431

Если управляющее напряжение превышает 2.5 вольта (внутренний источник опорного напряжения), выходной транзистор TL431 открывается, в результате чего между катодом и анодом TL431 протекает ток. Если управляющее напряжение меньше 2.5 вольт, то ток между катодом и анодом не протекает (вернее он очень маленький).

Кремниевый стабилитрон TL431 – это трехполюсной шунт-регулятор напряжения с параллельным включением регулирующего элемента. Его напряжение на выходе может устанавливаться в диапазоне от 2.5В до 36В, с использованием двух внешних резисторов, как делителей напряжения .

Интегральный стабилизатор TL431 и его российский аналог К142ЕН19, является регулируемым стабилитроном, и применяется в основном в блоках питания. Но возможности микросхемы этим не ограничиваются.

На рис. 1 показана функциональная схема TL431.

Регулируемый стабилитрон на микросхеме TL431 может найти применение в схемах простых и полезных световых индикаторах и сигнализаторах. С помощью подобных устройств на микросхеме TL431 можно отслеживать много различных параметров, например: уровень воды в емкости, температуру и влажность, освещённость и др.

Схема сигнализатора превышения напряжения на микросхеме TL431 представлена на рис. 2.

Работа сигнализатора превышения напряжения основана на том, что при напряжении на управляющем электроде стабилитрона DA1 (вывод 1) менее 2,5 В стабилитрон закрыт, через него протекает лишь небольшой ток, порядка 0,3 – 0,4 мА. Этого тока достаточно только для очень слабого свечения светодиода HL1. Для устранения этого недостатка, при необходимости, параллельно светодиоду подключить резистор сопротивлением порядка 2—3 кОм.

Напряжение на управляющем электроде, при котором загорается светодиод HL1, задается делителем R1, R2.

При достижении напряжения на выводе 1 микросхемы TL431 более 2,5 В, стабилитрон откроется и засветится светодиод HL1. Необходимое ограничение тока через светодиод HL1 и стабилитрон DA1 обеспечивает резистор R3. Сопротивление резистора R3 рассчитывается на прямой ток через светодиод в пределах 5 – 15 мА.

Для более точной настройки порога срабатывания устройства, вместо резистора R2 установить подстроечный, номиналом в полтора раза больше, расчётного. По окончании настойки, его можно заменить постоянным резистором.

Если требуется контролировать несколько уровней напряжения, например напряжение автомобильного аккумулятора, или других источников, напряжением от 4 до 36 В (36 В – предельное напряжение). В этом случае потребуются два, три или более таких сигнализаторов, каждый из которых настроен на свое напряжение. Таким способом можно создать целую линейку индикаторов линейной шкалы.

Индикатор пониженного напряжения на микросхеме TL431 показан на рис. 3.

Отличие схемы на рис. 3 от предыдущей на рис. 2, только в способе подключения светодиода HL1. Такое включение называется инверсным, т. к. светодиод зажигается в том случае, когда микросхема закрыта. Если контролируемое напряжение превышает порог, установленный делителем R1 R2, микросхема открыта, и ток протекает через резистор R3 и выводы 3-2 (катод-анод) микросхемы.

На открытом переходе 3-2 микросхемы присутствует падение напряжения порядка 2 В, которого не достаточно для зажигания светодиода. Чтобы светодиод гарантированно не зажегся, последовательно с ним установлены два диода VD1, VD2. Если напряжение зажигания светодиодов превышает 2,2 В, то установка этих диодов может не понадобиться, а вместо диодов VD1, VD2 устанавливаются перемычки.

Когда контролируемое напряжение станет меньше установленного делителем R1, R2, микросхема закроется, напряжение на ее выходе будет намного больше 2 В, светодиод HL1 будет светиться.

Объединив схемы на рис. 2 и рис. 3 можно настроить индикацию предельных режимов работы любых аккумуляторов напряжением 6, 12 или 24 вольта, или других источников постоянного напряжения.

Если требуется контролировать только изменение напряжения индикатор можно собрать по схеме, представленной на рис. 4.

В этом схеме индикатора применен двухцветный светодиод HL1. Если контролируемое напряжение, заданное резистором R2 превышает пороговое значение — светится красный светодиод, а если напряжение понижено, то горит зеленый.

Когда контролируемое напряжение находится вблизи заданного порога (примерно ±0,05 — 0,1 В) погашены оба индикатора, так как передаточная характеристика стабилитрона имеет определенную крутизну.

На микросхеме TL431 возможно создать устройства, следящие за изменением какой-либо физической величины.

Для этого резистор R2 можно заменить датчиком, изменяющим сопротивление под действием окружающей среды. Подобное устройство показано на рис. 5.

Условно на одной схеме показано сразу несколько датчиков. Если подключить фототранзистор, то получится фотореле. Пока освещенность большая, фототранзистор открыт, и его сопротивление невелико. Поэтому напряжение на управляющем выводе DA1 меньше порогового, вследствие этого светодиод не светит. Настройка порога срабатывания устройства производится в этом случае резистором R1, а конденсатор С1, совместно с резистором R3, служит фильтром для защиты от наводок на провода, соединяющие датчик с остальной схемой.

По мере снижения освещенности сопротивление фототранзистора увеличивается, что приводит к возрастанию напряжения на управляющем выводе DA1. Когда это напряжение превысит пороговое (2,5 В), стабилитрон открывается и зажигается светодиод.

Если вместо фототранзистора к входу устройства подключить терморезистор, например серии ММТ, получится индикатор температуры: при понижении температуры светодиод будет загораться.

Эту же схему можно применить в качестве датчика влажности, например, земли. Для этого вместо терморезистора или фототранзистора следует подключить электроды из нержавеющей стали, которые на некотором расстоянии друг от друга воткнуть в землю. При высыхании земли до уровня, определенного при настройке, светодиод зажжется.

Если в схеме на рис. 5 вместо цепочки со светодиодом HL1 и резистором R3 включить реле, то его контактами можно управлять мощными нагрузками, например: лампы уличного освещения, электронасосы и т.д.

На микросхеме TL431 возможно собрать и звуковой индикатор. Схема такого индикатора представлена на рис. 6.

Для контроля уровня жидкости, например, воды в ванне, к схеме подключается датчик из двух нержавеющих пластин, которые расположены на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга.

Когда вода достигнет датчика, его сопротивление уменьшается, а микросхема через резисторы R1 R2 входит в линейный режим. Поэтому возникает автогенерация на резонансной частоте пьезокерамического излучателя НА1, на которой и зазвучит звуковой сигнал.

В качестве излучателя можно применить излучатель с тремя выводами типа ЗП-З, или другой из дешёвых телефонных аппаратов китайского производства. Питание устройства производится от напряжения 5 — 12 В. Это позволяет питать его даже от гальванических батарей, что делает возможным использование его в разных местах, в том числе и в ванной.

Примечание:

При замене микросхемы TL431 на К142ЕН19 питающее напряжение не должно быть больше 30 вольт.

Блок питания на микросхеме tl431. Схема включения стабилитрона tl431 и проверка микросхемы мультиметром

В этой статье мы узнаем, как работает интегральный стабилизатор напряжения TL431, в регулируемых блоках питания.

Технически TL431 называется программируемым шунтирующим регулятором, простыми словами это может быть определено как регулируемый стабилитрон. Давайте рассмотрим его спецификацию и указания по применению.

Стабилитрон TL431 имеет следующие основные функции:

Выходное напряжение устанавливается или программируется до 36 вольт
Низкое выходное сопротивление около 0,2 Ома
Пропускная способность до 100 мА
В отличие от обычных диодов Зенера, генерация шума в TL431 незначительна.
Быстрое переключение.

Общее описание TL431

TL431 — регулируемый или программируемый регулятор напряжения.
Необходимое выходное напряжение может быть установлено с помощью всего двух внешних (делитель напряжения), подключенных к выводу REF.

На приведенной ниже схеме показана внутренняя структурная схема устройства, а также PIN-код обозначения.

Распиновка TL431

Схема включения стабилитрона TL431

Теперь давайте посмотрим, как этот прибор может быть использован в практических схемах. Схема ниже показывает, как можно использовать TL431 в роли обычного регулятора напряжения:

Приведенный выше рисунок показывает, как с помощью всего пары резисторов и TL431 получить регулятор, работающий в диапазоне 2,5…36 вольт. R1 представляет собой переменный резистор, который используется для регулировки выходного напряжения.

Следующая формула справедлива для вычисления сопротивлений резисторов, в случае если мы хотим получить какое-то фиксированное напряжение.

Vo = (1 + R1/R2)Vref

При совместном применении стабилизаторов серии 78xx (7805,7808,7812..) и TL431 можно использовать следующую схему:

TL431 катод соединен с общим выводом 78xx. Выход 78xx подключен к одной из точки резисторного делителя напряжения, который определяет выходное напряжение.

Вышеуказанные схемы использования TL431 ограничены выходным током 100 мА максимум.

Для получения более высокого выходного тока может быть использована следующая схема.

В приведенной выше схеме большинство компонентов схожи с обычным регулятором, приведенным выше, за исключением того, что здесь катод подключен к плюсу через резистор и к их точке соединения подсоединена база буферного транзистора. Выходной ток регулятора будет зависеть от мощности данного транзистора.

Области применения TL431

Выше изложенные варианты применения TL431 могут быть использована в любом месте, где требуется точность настройки выходного напряжения или опорного напряжении. В настоящее время это широко используется в импульсных источниках питания для генерации точного опорного напряжения.

(скачено: 846)

Сразу оговорюсь, что данная статья не панацея. У кого-то это может не пройти.

Для начала я расскажу о TL431, и для чего она служит. TL431 это управляемый стабилитрон с помощью которого можно получить стабилизированное напряжения в широких пределах от 2,5 вольта до 36 вольт. Применяя эту микросхему можно сделать источник опорного напряжения для блоков питания, а также для различных измерительных схем.

Рисунок взят из даташита компании ON Semiconductor

Ниже приведены два варианта даташит для этой микросхемы

Даташит компании ON Semiconductor https://www.onsemi.com/pub/Collateral/TL431-D.PDF
Даташит компании Texas Instruments http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl431.pdf

Цоколевка этой микросхемы наилучшим образом отображена в даташите компании ON Semiconductor

В даташите Texas Instruments обнаружена одна небольшая деталь

На всех рисунках есть одна надпись «top view» это переводится как «вид сверху» при невнимательном просмотре даташит, не зная, что это может обозначать, можно неправильно распаять на плате.

В одной из своих схем я применил микросхему TL431, и она оказалась неисправной. Поискав по форумам я нашел способ проверки этой микросхемы. А в некоторых местах я видел как вызванивают эту микросхему с помощью мультиметра но, увы, все это не то. Я тоже сначала попытался проверить мультиметром но сразу отложил в сторону это мероприятие. И решил попробовать проверить с помощью универсального тестера компонентов , который был ранее приобретен на алиэкспресс.

Во время проверки составил таблицу. Сначала проверил в режиме двухполюсника (если в таблице указаны два вывода, просто необходимо объединить оба вывода вместе).

Результаты измерения первого экземпляра

Измерение 1 – REF; 2 — катод.

Измерение 1 – анод; 2 — катод.

Измерение 1 — REF, катод; 2 – анод.

Измерение 1 – REF; 2 – катод, анод.

Измерение 1 – REF, 2 – анод, 3 – катод.

Результаты измерения второго экземпляра.

Небольшая разница присутствует. Глядя на таблицу замечаешь определенную закономерность. Например, в 4 строке это фактически режим работы TL431 для получения 2,5 вольта. Но самое интересное режим измерения в режиме трехполюсника. В одном случае определяется как транзистор, а во втором случае как отсутствует деталь. Самое интересное в случае когда транзистор определяется: определятся транзистор структуры NPN, вывод REF определятся как эмиттер, анод как база, а катод как коллектор. Между REF и катодом диод катод, которого направлен в сторону катода.

На основании этих данных уже можно судить исправлена микросхема или нет, а также определить цоколевку.

TL 431 это программируемый шунтирующий регулятор напряжения. Хотя, эта интегральная схема начала выпускаться в конце 70-х она до сих пор не сдаёт своих позиций на рынке и пользуется популярностью среди радиолюбителей и крупных производителей электротехнического оборудования. На плате этого программируемого стабилизатора находится фоторезистор, датчик измерения сопротивления и терморезистор. TL 431 повсеместно используются в самых разных электрических приборах бытовой и производственной техники. Чаще всего этот интегральный стабилитрон можно встретить в блоках питания компьютеров, телевизоров, принтеров и зарядок для литий-ионных аккумуляторов телефонов.

TL 431 интегральный стабилитрон

Основные характеристики программируемого источника опорного напряжения TL 431

Номинальное рабочее напряжение на выходе от 2,5 до 36 В;
Ток на выходе до 100 мА;
Мощность 0,2 Ватт;
Диапазон рабочей температуры для TL 431C от 0° до 70°;
Диапазон рабочей температуры для TL 431A от -40° до +85°.

Точность интегральной схемы TL 431 указывается шестой буквой в обозначении:

Точность без буквы – 2%;
Буква А – 1%;
Буква В – 0, 5%.

Столь широкое его применения обусловлено низкой ценой, универсальным форм-фактором, надёжностью, и хорошей устойчивостью к агрессивным факторам внешней среды. Но также следует отметить точность работы данного регулятора напряжения. Это позволило ему занять нишу в устройствах микроэлектроники.

Основное предназначение TL 431 стабилизировать опорное напряжение в цепи . При условии, когда напряжение на входе источника ниже номинального опорного напряжения, в программируемом модуле транзистор будет закрыт и проходящий между катодом и анодом ток не будет превышать 1 мА. В случае, когда выходное напряжение станет превышать запрограммированный уровень, транзистор будет открыт и электрический ток сможет свободно проходит от катода к аноду.

Схема включения TL 431

В зависимости от рабочего напряжения устройства схема подключения будет состоять из одноступенчатого преобразователя и расширителя (для устройств 2,48 В.) или модулятора небольшой ёмкости (для устройств 3.3 В). А также чтобы снизить риск короткого замыкания, в схему устанавливается предохранитель, как правило, за стабилитроном. На физическое подключение оказывает влияние форм-фактор устройства, в котором будет находиться схема TL 431, и условия окружающей среды (в основном температура).

Стабилизатор на основе TL 431

Простейшим стабилизатором на основе TL 431 является параметрический стабилизатор. Для этого в схему нужно включить два резистора R 1, R 2 через которые можно задавать выходное напряжение для TL 431 по формуле: U вых= Vref (1 + R 1/ R 2). Как видно из формулы здесь напряжение на выходе будет прямо пропорционально отношению R 1 к R 2. Интегральная схема будет держать напряжение на уровне 2,5 В. Для резистора R 1 выходное значение рассчитывается так: R 1= R 2 (U вых/ Vref – 1).

Эта схема стабилизатора, как правило, используется в блоках питания с фиксированным или регулируемым напряжением. Такие стабилизаторы напряжения на TL 431 можно обнаружить в принтерах, плоттерах, и промышленных блоках питания . Если необходимо высчитать напряжение для фиксированных источников питания, то используем формулу Vo = (1 + R 1/ R 2) Vref.

Временное реле

Прецизионные характеристики TL 431 позволяют использовать его не совсем по «прямому» назначению. Из-за того, что входной ток этого регулируемого стабилизатора составляет от 2 до 4 мкА, то используя данную микросхему можно собрать временное реле. Роль таймера в нём будет исполнять R1 который начнёт постепенно заряжаться после размыкания контактов S 1 C 1. Когда напряжение на выходе стабилизатора достигнет 2,5 В, транзистор DA1 будет открыт, через светодиоды оптопары PC 817 начёт проходить ток, а открытый фоторезистор замкнёт цепь.

Термостабильный стабилизатор на основе TL 431

Технические характеристики TL 431 позволяют создавать на его основе термостабильные стабилизаторы тока

. В которых резистор R2 выполняет роль шунта обратной связи, на нём постоянно поддерживается значение 2,5 В. В результате значение тока на нагрузке будет рассчитываться по формуле Iн=2,5/R2.

Цоколёвка и проверка исправности TL 431

Форм-фактор TL 431 и его цоколёвка будет зависеть от производителя. Встречаются варианты в старых корпусах TO -92 и новых SOT-23. Не стоит забывать про отечественный аналог: КР142ЕН19А тоже широко распространённый на рынке. В большинстве случаев цоколёвка нанесена непосредственно на плату. Однако не все производители так поступают, и в некоторых случаях вам придётся искать информацию по пинам в техпаспорте того или иного устройства.

TL 431 является интегральной схемой и состоит из 10 транзисторов. Из-за этого проверить её мультиметром невозможно. Для проверки исправности микросхемы TL 431 нужно использовать тестовую схему. Конечно, часто нет смысла искать перегоревший элемент и проще заменить схему целиком.

Программы расчёта для TL 431

В интернете существует множество сайтов, где вы сможете скачать программы-калькуляторы для расчёта параметров напряжения и силы тока. В них можно указывать типы резисторов, конденсаторов, микросхем и прочих составных частей схемы. TL 431 калькуляторы также бывают онлайн , они по функционалу проигрывают устанавливаемым программам, но если вам нужно исключительно входные/выходные и максимальные значения схемы, то они справятся с этой задачей.

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

Источник опорного напряжения TL431 — chipenable.ru

Описание

Графики электрических характеристик

Стабилизаторы напряжения – это электронные приборы со сложным устройством, а значит, они имеют разные накладки в функционировании и возможные неисправности. Существуют разные казусы в их работе, которые связаны с наибольшими нагрузками, а есть и настоящие поломки

. Эти понятия следует отличать, для чего существует несколько советов.

В первую очередь, рассмотрим, чем можно произвести качественную проверку работы этого устройства. Наиболее верным методом контроля качества устройства является обычный вольтметр, которым можно измерить напряжение в сети квартиры, а также напряжение на выходе прибора

. В домашней розетке напряжение способно колебаться в интервале 170-240 вольт, а на выходе стабилизирующего прибора оно должно равняться 220 вольтам.

Но простым методом проверки действия стабилизатора напряжения пользуются далеко не все, так как доверяют данным по индикатору. Но это доверие не всегда оправдывается, а иногда на китайских приборах цифровой индикатор просто подключен непосредственно к реле
. В этом случае реле имеют достаточно большой шаг, и он всегда будет показывать 220 В. По факту на выходе будет совсем другое значение.

Схемы включения TL431

Напряжение на выходе этой схемы будет равно напряжению внутреннего ИОН TL431, то есть 2.5 V.

Одной из типовых схем включения TL431 является стабилизатор тока.

С помощью TL431 можно увеличить выходное напряжение стабилизатора 7805 и ему подобных.

Компаратор с температурно-компенсированным порогом.

Как работает TL431

Опубликовано 28.12.2018

DC-DC понижающий преобразователь — ссылка на товар.

Лабораторный блок питания на TL431

Всем привет, сегодня сделаем лабораторный блок питания в корпусе старого компьютерного блока питания формата ATX. Он не идеальный но имеет право жить!

Технические характеристики устройства следующие: Стабилизированное регулируемое выходное напряжение 2.7-17В Регулируемый выходной ток 0-3А(5А) Мощность 50(80)Вт Линейна схема

Инструменты и материалы: -Неисправный блок питания ATX -Конденсаторы 2шт 100нФ -Конденсаторы 1шт 10мкФ -Конденсаторы 2шт 2200мкФ -Транзистор мощный n-p-n 3шт MJE13007 -Транзистор КТ817(кт815) BD139 -Резисторы разного номинала и мощности -Вентилятор 12В -Стабилитрон 12В -Диоды 1N4007 -Вольтамперметр -Микросхема TL431 -Транзистор 1шт 2N5551 -Переменный резистор 1шт 1К -Переменный резистор 1шт 10К -Предохранитель 2А -Трансформатор ТН-7(ТН любой) или другой -Диодный мост минимум на 6А -Паяльник -Припой -Флюс Схема: Диоды D1 и D2 это 1N4007, C6 и C7 на 100нФ. Т1 и Т5,Т3 любой мощный n-p-n транзистор(13007). R6 это шунт на 0.22Ом, Т2 это КТ817(КТ815, BD139). А T4 это 2N5551, Br1 это диодный мост на 6А и больше! Р1 на 10К, Р2 на 1К.R2 на 240Ом 2Вт, R4 на 1КОм 1Вт и R8 10КОм 2Вт(5Вт).

D4 это стабилитрон на 12В, кулер 12В. R7 на 220Ом (Не 1КОМ), также Tr1 трансформатор ТН-7 или любой другой!

Создание Разберём АТХ блок питания и забираем корпус и радиатор, кулер возможно, также диодный мост. Ставим диодный мост и транзистор на термопасте!

Паяем на макетной плате конденсатор и радиатор с деталями. Сверлим отверстия для клеем, трансформатора и потенциометра.

Прикрутить трансформатор болтами в корпус, запаять до кабеля первичную обмотку через предохранитель. Перед этим надо соединить обмотки для 220В и 12.6В.

Паяем схему и кулер.

Прикручиваем клеммы и потенциометр, закрываем крышку! Включаем в сеть.

Формулы и Расчеты ля начала нужно определить сопротивление резистора. При максимальном входном напряжении 19В по закону Ома сопротивление рассчитывается следующим образом: R= U/I = 19В / 0,08A = 240 Ом

Нужно рассчитать мощность резистора R1: P=I^2*R = 0,08 А * 0,08 А * 240 Ом = 1,5 Вт

Я использовал резистор на 2 Вт

Рассчитывается рассеваемая мощность как разница между входным и выходным напряжением умноженная на ток коллектора: P = (U выход -U вход)*I коллектора

Например, входное напряжение у нас 19 В, мы выставили выходное напряжение 12 В, а ток коллектора у нас 3 А Р = (19В-2.7В) *3А = 48 Вт – вполне нормально для нашего транзистора.

Расчет КПД. Р = 19В*3А=57Вт Вход Р = 17.3В*1.7А=29Вт Выход 29Вт:57Вт=0.5*100=50% КПД

Спасибо всем!!

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Как проверить электрический стабилизатор

Эта проверка выполняется довольно просто. Для этого необходимо взять следующие устройства:

Две настольные лампы.
Стабилизатор.
Электрическую плитку.
Удлинитель питания с 3-мя гнездами.

Порядок проверки:

Вставить вилку удлинителя в домашнюю розетку.
Стабилизатор подключить к удлинителю.
К стабилизатору подключить настольную лампу на 60 Вт.
Подключить электрическую плитку к удлинителю.

Если стабилизатор функционирует нормально, то работа плитки не повлияет на свет лампочки, а ели лампу подключить напрямую к удлинителю, то при включении плитки свет станет слабее. Это объясняется тем, что мощный потребитель в виде плитки значительно снижает напряжение и лампа, подключенная к сети до прибора, станет выдавать меньше света
. Но лампа, питающаяся после стабилизатора напряжения, не будет реагировать на повышение нагрузки.

Случается, и такая ситуация, когда люди не понимают работу стабилизатора, и сетуют на его плохую работу, хотя дело совершенно не в этом. Это получается так, что стабилизатор обесточивает нагрузку неожиданно, при стирке белья в машине автомате

. Но в этом нет никаких неисправностей.
Стиральная машина-автомат является мощным потребителем электрической энергии, но ее мощность распределяется неравномерно
.
При нагревании воды мощность может достигать до 5 кВт, а при обычной стирке уменьшается до 2 кВт
.
Из уроков физики средней школы известно, что если на входе трансформатора уменьшить напряжение, а на выходе увеличить напряжение, то выходная мощность также значительно снизится
. Смотрите статью про стабилизатор для стиральной машины.

Поэтому может возникнуть такая ситуация, что при уменьшении напряжения на выходе стабилизатора напряжения мощности будет достаточно для вращения барабана, но недостаточно для нагревания воды. В этом случае необходимо выключить все лишние потребители и налить в машину, отдельно нагретую воду.

Проверка стабилитрона мультиметром

Такой электронный элемент, как стабилитрон, внешне похож на диод, но использование его в радиотехнике несколько другое. Чаще всего стабилитроны применяют для стабилизации питания в маломощных схемах. Они включаются по параллельной схеме к нагрузке
.
При работе с чрезмерно высоким напряжением стабилитрон через себя пропускает ток, сбрасывая напряжение
. Эти элементы не способны работать при больших токах, так как они начинают греться, что приводит к тепловому пробою.

Проверка микросхемы стабилизатора

Требуется собрать стабилизирующие цепи для питания устройства на микроконтроллере PIC 16F 628, который нормально работает от 5 В. Для этого берем микросхему PJ 7805, и на ее базе по схеме из даташита выполняем сборку

.
Подается напряжение, а на выходе получается 4,9 В
. Этого хватает, но упрямство берет верх.

Достали коробку с интегральными стабилизаторами, и будем измерять их параметры. Чтобы не сделать ошибки, кладем перед собой схему

. Но при проверке микросхемы оказалось, что на выходе всего 4,86 В. Здесь необходим какой-либо пробник, чем и займемся.

Порядок проверки

Весь процесс сводится к тому, как проверяют диоды. Это делается обычным мультиметром в режиме проверки сопротивления или диода. Исправный стабилитрон может проводить ток в одном направлении, по аналогии с диодом.

Рассмотрим пример проверки двух стабилитронов КС191У и Д814А, один из них неисправный.

Сначала проверяем диод Д814А. При этом стабилитрон по аналогии с диодом пропускает ток в одну сторону.

Теперь проверяем стабилитрон КС191У. Он заведомо неисправен, так как совсем не может пропускать ток.

Регулятор напряжения на основе FET с TL431

Мне нужна помощь в понимании (на самом деле, исправлении или подтверждении моего понимания) того, как работает следующая схема:

U1 — это регулятор напряжения TL431, например, от Texas Instruments . Эта схема предназначена для обеспечения регулируемого напряжения на выводах Vout, и я ищу правильное объяснение, как это достигается. Вот что мне удалось выяснить:

В какой-то момент U1 закрывается, и ток течет от Vin через резистор R1 непосредственно к затвору Q1, который открывает транзистор при некотором напряжении. Таким образом, мы достигаем некоторое напряжение на Vout, но нам нужно некоторое регулируемое, то есть постоянное напряжение, более или менее независимое от сопротивления нагрузки, подключенного к выходу.

Когда напряжение на выводе источника Q1 достигает некоторой точки, определенной делителем резистора на R2, R3 и R4, U1 открывается и ток начинает течь через R1, затем U1, уменьшая напряжение, подаваемое на Q1, и, таким образом, частично закрывая его, что уменьшите напряжение на выводе источника Q1.

Если мы удалим конденсаторы C2 и C3 из цепи, мы должны увидеть некоторые пульсации на выводе Vout, вызванные этим открытием / закрытием транзистора.

Пожалуйста, дайте мне знать, если мое понимание верно, и если нет, как эта схема достигает регулирования.

Также, если этот вопрос не совсем подходит для этого сайта, я приношу свои извинения и удалю его.

Спехро Пефхани

Это линейный регулятор, а не импульсный, поэтому вы не должны видеть пульсацию.

Помимо этого, ваше понимание довольно точно. TL431 будет привлекать все больше и больше тока через катод, как напряжение на смысловой терминал, превышает его внутреннее опорное напряжение около 2,5В. МОП-транзистор подключен как повторитель источника, поэтому он имеет усиление по напряжению около 1. С2 находится там, чтобы убедиться, что обратная связь с U1 не чрезмерно задержана, что может вызвать колебания.

Таким образом, U1 будет поддерживать напряжение на затворе Q1, чтобы разделенное выходное напряжение (узел R3 / R4 / C2) было равно примерно 2,5 В.

Поскольку Q1 используется в качестве повторителя источника, у этого регулятора не будет низкого выпадения, однако намного проще обеспечить стабильность при различных емкостях нагрузки, потому что Q1 не добавляет усиление напряжения. Существует также нижний предел выходного напряжения ~ 2,5 В, достигаемый, когда R2 + R3 = 0 Ом.

TL431 Постоянный ток утечки — UbuntuGeeks

Регулятор регулирует напряжение катода для поддержания постоянного напряжения на входе эталонного. Это как опорное напряжение плюс ОУ с транзистором. Р>

Внешнийтранзисторбудетконтролироватьтоквзависимостиотбазовогонапряжения.Такимобразом,контролируянапряжениенаэмиттере(гдеподключенвходREF),токколлектора(которыйсоставляетоколо99,5%оттокаэмиттера)эффективноконтролируетсясточностьюдодоли1%,приусловии,чтовынеисчерпаетесоответствиевольтаж.ТокколлекторабудетприблизительноравенVref/R2илиоколо2,495В/R2

Естьнебольшиеошибки,потомучтоусилениетранзисторанебесконечно,авходREFпотребляетпарумикроампер,ноэтодовольнохорошеепотреблениетока.КоллекторнеможетполностьюдобратьсядоVref,поэтомуминимальноенапряжениеколлекторасоставляетоколо2,6В,аэтоозначает,чтонапряжениенанагрузкедо+5неможетпревышать2,4В/л.Р>

Обратитевнимание,чтотокколлектораконтролируетсякакпостоянный.Блокцепиявляетсяприемникомпостоянноготока.ЕсливыизмеряететокколлектораиоткрываетеR4,тотокколлекторанедолженизменяться(есливынепревыситедопустимыйдиапазоннапряженийнаколлекторе).Р>

Вэтомслучаетоксоставляет2,495В/220\$\Omega\$=11,34мА.Максимальноесопротивлениенагрузки(коллектордо+5)составляетоколо2,4В/11,34мА=211\$\Omega\$.Когдавыпревыситеэтосопротивление,увасбольшенебудетпостоянноготока.Такимобразом,вашасхемас1Kнеявляетсяполезнымрабочимпримером.

Токэмиттеракакследствиетакжеявляетсяпостоянным,ноэтодовольнобесполезно,таккаконизменяетсясR2,такчтоэтобольшеустановленноенапряжениенарезисторе.Р>

ВотбыстроемоделированиеLTspiceсрезистором100Омвкачественагрузки:

Ic(Q1):  0.0113147   device_current

Уменьшите резистор 100 Ом (R3) до 0 Ом, и мы получим:

Ic(Q1):  0.0113152   device_current

Так что это довольно хороший текущий приемник. Выходное сопротивление (в идеале это было бы бесконечно) составляет около 2M \ $ \ Omega \ $. Р>

Аналогичным образом, если я увеличу напряжение питания до 10 В с постоянной R3 при 100 Ом, я получу:

Ic(Q1):  0.0113529

Так что около + 0,06% на одну линию вольт. Это можно улучшить, увеличив R2. При R2 = 1K регулировка линии улучшена до + 0,01% / вольт, а регулировка нагрузки также немного лучше. Р>

Узнаем как работает компаратор напряжения

Компаратор напряжения является довольно интересным устройством. Как он работает? Благодаря чему он может выполнять свои функции? Нельзя не отметить их значительную важность в многочисленных бытовых приборах, которые есть в большом количестве в каждом доме.

Общая информация

Чтобы управлять электронными схемами, используют большое количество различных устройств. Они позволяют разветвлять и настраивать сигналы. Чтобы сравнивать два различных импульса, используют компаратор. Что же он собой представляет? Компаратор напряжения – это устройство, которое занимается сравнением двух различных напряжений и силы тока, и на основании полученных данных он выдаёт конечный силовой сигнал. С его помощью указывается на большее полученное значение и указывается на соотношение полученных параметров. Устройство имеет две аналоговые вводные клеммы, что могут обрабатывать отрицательный и положительный сигнал. Также у них есть, подобно АЦП, один двоичный цифровой выход. На чем базируется его функционирование? Для обеспечения работы всегда создаётся компаратор напряжения на транзисторах.

Что применяется в современности

Первоначально широко использовались интегрированные компараторы напряжения. За характерные особенности их работы они назывались высокоскоростными. Для них требуется наличие дифференциального напряжения в рамках определённого диапазона, который значительно ниже, нежели напряжение в сети питания. Подобные приборы не допускали наличия внешних сигналов, которые выходили бы за установленные рамки. Современный аналогово-цифровой компаратор напряжения имеет транзисторный ввод. Как правило, потенциальный сигнал для него не должен превышать значение в 0,3 В. Часто можно встретить компаратор напряжения на микроконтроллере. Для таких случаев используется продукция компаний «Микрочип» и «Атмел». В случае если приходится иметь дело со стереокомпаратором (их ещё называют компараторами ультрабыстрого типа), то требуемый порог не превышает значения 0,2 В. Следует отметить, что величина используемого диапазона ограничена конкретным входным напряжением.

И это всё?

Конечно же, нет! Существует ещё компаратор напряжения на операционном усилителе. Он представляет собой прибор, у которого разница между входом и высоким сопротивлением сигнала чрезвычайно тонко сбалансирована. Благодаря этому они используются в тех случаях, когда необходимо обеспечить работу схем с небольшим напряжением. Также устройства, где используются операционные усилители, часто ещё называются видеоспектральным компаратором. Теоретически, оно может работать в конфигурации, где предусмотрено наличие открытого контура (то есть нет отрицательной обратной связи). Устройство в таких случаях используется как компаратор низкой производительности.

Какие недостатки есть у компараторов с операционными усилителями

Они имеют такие негативные моменты:

Так, основное их предназначение – это работа в линейном режиме, когда отсутствует отрицательная обратная связь. Также их особенностью является довольно значительный режим восстановления.
Практически у всех операционных усилителей есть конденсаторы внутренней компенсации, что ограничивают скорость нарастания значения выходного напряжения при генерации высокочастотных сигналов. Поэтому использование подобных схем приводит к незначительной задержке импульсов.
И напоследок – компаратор не обладает внутренним гистерезисом.

Из-за перечисленных недостатков использование устройства для управления разными схемами обходится зачастую без различных усилителей. Единственным исключением является использование генератора.

Использование

Работа компаратора напряжения часто применяется во время производственных процессов, где существует ограниченное выходное напряжение. Но при этом необходимо, чтобы оно хорошо взаимодействовало с цифровой логикой. Поэтому их часто можно встретить в разнообразных термических приборах. В качестве примера можно привести реле температуры, терморегулятор и прочее. Могут они использоваться и с целью сравнения сигналов и сопротивления для таких устройств, как стабилизатор, таймер и прочее. В бытовых устройствах их содержит едва ли не любая микросхема. Компаратор напряжения можно найти в микроволновой печи, духовке и многих иных современных образцах техники.

Принцип работы

Давайте пройдём весь путь логических «измышлений» данного устройства. Итак, первоначально на плюс-вход поступает аналоговый сигнал. Он называется неинвертируемым. Затем переносимся к выходу. Он называется инвертируемым и может высылать два разнополярных аналогичных сигнала. От чего зависит «принятое» устройством решение? Допустим, что аналоговый вход больше выхода. В таком случае нами будет получена логическая единица. Благодаря этому, допустим, будет включен открытый коллектор транзистора или же произведено иное действие с другим элементом схемы. И она начнёт выполнять возложенные на неё функции. В случае если аналоговый выход больше, нежели вход, устройство работает в режиме логического нуля и ничего не происходит. В таких ситуациях большую роль играет опорное напряжение компаратора.

И ещё немного об устройстве

Давайте уделим внимание двухпороговым и фазовым компараторам. В случае их применения практически всегда работа строится на воздействии на входы в рамках логических цепей. И их функционирование зависит от уровня сети питания. Можно сказать, что это довольно своеобразные элементы перехода сигнала от аналоговой к цифровой форме. Благодаря этому можно не уточнять неопределённость выходов сигнала. Почему? Дело в том, что компаратор всегда может обеспечить определённый захват петли гистерезиса.

Применение

Давайте же рассмотрим более детально, где и как они используются. Так, во многих домах есть компаратор напряжения для разряда аккумулятора на ноутбуке или телефоне, весы, датчики сетевого напряжения. Встретить их можно во множестве различных интегральных микросхем, где они используются с целью обеспечения контроля над входными импульсами. Благодаря этому поддерживается связь между источником сигнала и пунктом назначения. Часто применяется компаратор-регулятор (триггер) Шиммера. Этим существенным преимуществом является возможность работы в режиме многоканальности, когда можно сравнивать значительное количество сигналов. Он обеспечивает весьма широкий функционал (по сравнению со стандартными компараторами). Также эти устройства используются для визуального определения состояния поверхности, что обрабатывается. Для этих целей используется компаратор шероховатости.

Программирование

Компараторы используются в качестве составной части электрической схемы ШИМ. Но не только. Они могут быть применены и для написания отдельных программ или же их компонентов. Так, их часто используют, чтобы создавать java-коллекции. Что необходимо для этого? Вот небольшой список с ответами:

Первоначально следует позаботиться о среде разработки. Можно порекомендовать обратить внимание на Maven. В ней создаётся проект, и для него выбираются нужные компоненты.
Затем устанавливаются дополнительные утилиты, и следует начинать создавать новый файл. Имейте в виду, что прерывать процесс недопустимо. Также во время работы рекомендуется сохраняться на всех этапах работы.
Когда всё готово, нужно выставить требуемые настройки.
Затем нужно создать класс, что будет использоваться для проверки данных, а также их распределения по нужным ячейкам памяти. Класс используется также для сортировки определённой информации по конкретным параметрам и при надобности обеспечения их защиты.

Как выбрать устройство при покупке

Приобрести готовый компаратор представляется возможным в любом радиотехническом магазине. Цена же на него будет зависеть от выдвигаемых требований. В первую очередь необходимо определиться с назначением устройства. Затем внимание должен получить такой момент, как количество каналов. Также следует внимательно осмотреть устройство на предмет наличия внешних повреждений. Так, оно может пострадать во время транспортировки или же просто было выполнено некачественно.

Как проверить работоспособность компаратора напряжения

У многих начинающих радиолюбителей часто возникает вопрос, как узнать, можно ли использовать устройство. Для этого не нужно иметь какую-то сложную схему или устройство. Для этого достаточно использовать вольтметр. При этом на входы подаётся регулируемое напряжение и определяется, работает оно или нет. Не следует забывать и о том, что устройства часто содержат выходной транзистор. У них коллектор и эмиттер вроде «висят в воздухе». Поэтому необходимо обеспечить соответствующее подключение. В таком случае на инверсный вход подаётся опорное напряжение.

Заключение

Вот и был рассмотрен компаратор напряжения. Это полезное устройство позволит обеспечить работу для большого количества различных устройств. Компаратор позволит создать множество разных схем и значительно расширит поле деятельности радиолюбителя. Не следует ограничиваться уже существующими разработками. При этом необходимо научиться обеспечить работу компаратора с другими элементами.

Отсутствует

Код 404 страница не найдена. К сожалению, страница отсутствует или перемещена.

Ниже приведены основные подразделы этого сайта.

Главная страница общей электроники
Мой канал YouTube Electronics
Проекты микроконтроллеров Arduino
Raspberry Pi и Linux

Возвращение к регистрам порта Arduino
Digispark ATtiny85 с расширителем GPIO MCP23016
Программа безопасной сборки H-Bridge
Построить управление двигателем с H-мостом без фейерверков
MOSFET H-мост для Arduino 2

Гистерезис компаратора и триггеры Шмитта
Учебное пособие по теории компараторов
Оптопары MOSFET реле постоянного тока с фотоэлектрическими драйверами
Подключение твердотельных реле Crydom MOSFET
Photodiode Op-Amp Circuits Tutorial
Входные цепи оптопары для ПЛК
h21L1, 6N137A, FED8183, TLP2662 Оптопары с цифровым выходом
Цепи постоянного тока с LM334
LM334 Цепи CCS с термисторами, фотоэлементами
LM317 Цепи источника постоянного тока
TA8050P Управление двигателем с Н-мостом
Оптическая развязка органов управления двигателем с Н-мостом
Управление двигателем с Н-мостом на всех NPN-транзисторах
Базовые симисторы и тиристоры
Твердотельные реле переменного тока с симисторами
Светоактивированный кремниевый управляемый выпрямитель (LASCR)
Базовые схемы транзисторных драйверов для микроконтроллеров
ULN2003A Транзисторная матрица Дарлингтона с примерами схем
Учебное пособие по использованию силовых транзисторов Дарлингтона TIP120 и TIP125
Управление силовыми транзисторами 2N3055-MJ2955 с транзисторами Дарлингтона
Что такое биполярные транзисторные переключатели
Учебное пособие по переключению N-канального силового полевого МОП-транзистора
Создание транзисторного управления двигателем с H-мостом
Управление двигателем с Н-мостом и силовыми МОП-транзисторами
Другие примеры цепей с двутавровым мостом силового полевого МОП-транзистора
Создание мощного транзисторного управления двигателем с H-мостом
Теория и работа конденсаторов
Построить вакуумную трубку 12AV6 AM-радио
Катушки для высокоселективного кристаллического радио
Добавление двухтактного выходного каскада к усилителю звука Lm386
Исправление источника питания
Основные силовые трансформаторы
Схема транзисторно-стабилитронного стабилизатора
Уловки и подсказки для регуляторов напряжения серии LM78XX
Биполярные источники питания
Создайте регулируемый источник питания 0-34 В с Lm317
Использование датчиков Холла с переменным током
Использование переключателей и датчиков на эффекте Холла
Использование ратиометрических датчиков на эффекте Холла
Использование датчиков Холла с Arduino-ATMEGA168
Простой преобразователь от 12-14 В постоянного тока до 120 В переменного тока
Глядя на схемы оконного компаратора
Автоматическое открытие и закрытие окна теплицы
La4224 Усилитель звука мощностью 1 Вт
Управление двигателем H-Bridge с силовыми МОП-транзисторами Обновлено

Обновлено в сентябре 2017 г .:
Веб-мастер
Бристоль, Юго-Западная Вирджиния
Наука и технологии
2017 Обновления и удаления веб-сайта
Электроника для хобби
Конституция США
Христианство 101
Религиозные темы
Электронная почта

»Главная » Эл. адрес »Пожертвовать » Преступление »Электроника для хобби
» Экологичность »Расизм »Религия »Бристоль VA / TN

»Архив 1 »Архив 2 »Архив 3 »Архив 4 »Архив 5
» Архив 6 »Архив 7 »Архив 8 »Архив 9

Обратный инжиниринг TL431, чрезвычайно распространенная микросхема, о которой вы не слышали / Sudo Null IT News

Кен, как и планировал, провел обратный инжиниринг микросхемы на основе фотографий, сделанных BarsMonster. Барс в статье упомянул его разговор с Кеном, но этой переведенной статьи еще не было.

Фотография кристалла интересной, но малоизвестной микросхемы TL431, используемой в блоках питания, позволяет понять, как аналоговые схемы реализованы на кремнии.Несмотря на то, что схема на фото выглядит как какой-то лабиринт, сама микросхема относительно проста, и ее можно без особого труда исследовать. В своей статье я постараюсь объяснить, как транзисторы, резисторы и другие радиодетали упакованы в кремний для выполнения своих функций.

Фотография кристалла TL431. Оригинальные Zeptobars.

TL431 — это «программируемый прецизионный источник опорного напряжения» [1], который обычно используется в импульсных источниках питания для обеспечения обратной связи, когда выходное напряжение слишком велико или, наоборот, мало.Используя участок схемы, называемый запрещенной зоной (опорное напряжение, величина которого определяется шириной запрещенной зоны), TL431 обеспечивает стабильное опорное напряжение в широком диапазоне температур. На блок-схеме TL431 видны источник опорного сигнала на 2,5 В и компаратор, но взглянув на фото кристалла, можно увидеть, что внутренняя структура микросхемы отличается от чертежа.

Блок-схема TL431 взята из таблицы.

TL431 имеет долгую историю: он был выпущен еще в 1978 году [2] и с тех пор использовался во многих устройствах.Он помог стабилизировать напряжение в блоке питания Apple II и теперь используется в большинстве блоков питания ATX [3] и даже в зарядных устройствах для iPhone и других устройств. И MagSafe-коннекторы, и переходники для ноутбуков, и микрокомпьютеры, драйверы светодиодов, блоки питания для аудиоаппаратуры, видеоприставок, телевизоров [4]. Вся эта электроника имеет TL431.

На фотографиях ниже показан TL431 внутри шести разных блоков питания. TL431 доступен в различных формах и размерах. Ниже показаны два наиболее популярных форм-фактора.[5] Возможно, причина того, что TL431 не привлекает особого внимания, заключается в том, что он больше похож на обычный транзистор, чем на микросхему.

Шесть примеров схем питания с использованием TL431. Верхний ряд: дешевый 5-вольтовый блок питания, дешевое зарядное устройство для телефона, зарядное устройство для Apple iPhone (на фото все еще виден вариант GB9). Нижний ряд: адаптер MagSafe, USB-накопитель KMS, блок питания Dell ATX (оптопары на переднем плане)

Как электронные компоненты выглядят в кремнии?

TL431 — очень простая микросхема, и ее логику на кремниевом уровне вполне можно понять, внимательно изучив фото.Я покажу, как реализованы транзисторы, резисторы, перемычки и конденсаторы. А потом проведу полный реверс-инжиниринг этого чипа.

Реализация различных типов транзисторов

В микросхеме используются биполярные транзисторы как npn, так и pnp (в отличие от микросхем типа 6502, в которых использовался полевой МОП-транзистор). Если вы изучали электронику в школе или университете, вы, возможно, видели схему npn-транзистора (как показано ниже), на которой показаны коллектор (обозначен C), база (B) и эмиттер (E). Транзистор изображен как своего рода сэндвич с P-слоем между двумя N-слоями, такое расположение слоев характеризует транзистор как npn.Однако оказывается, что в микросхеме нет абсолютно ничего похожего на эту схему. Даже база не в центре!

Условное обозначение и устройство npn-транзистора.

На фото ниже вы можете рассмотреть один из транзисторов TL431. Различия в цвете розовой и пурпурной областей вызваны разным легированием кремния для образования областей N и P. Светло-желтые участки — металлический слой микросхемы, расположенный поверх кремния. Такие площадки нужны для обеспечения возможности подключения проводников к коллектору, эмиттеру и базе.

Внизу фотографии изображено поперечное сечение, примерно показывающее, как устроен транзистор. [6] Вы можете видеть, что на нем гораздо больше деталей, чем на сэндвиче npn из книг. Однако, если вы присмотритесь, в поперечном сечении под эмиттером (E) вы можете найти тот самый npn, который образует транзистор. Провод эмиттера подключен к кремнию N +. Под ним находится P-слой, подключенный к базовому контакту. Еще ниже находится слой N +, подключенный к коллектору (не напрямую).[7] Транзистор заключен в кольцо P + для изоляции от соседних компонентов. Так как большинство транзисторов в TL431 относятся к типу npn, то после того, как они впервые разобрались, их очень легко найти на фото и определить нужные контакты.

npn-транзистор из фотографии кристалла TL431 и его структура в кремнии.

Выходной npn-транзистор намного больше остальных, так как он должен выдерживать полную токовую нагрузку.Большинство транзисторов работают с микроамперами, и этот выходной транзистор поддерживает токи до 100 миллиампер. Для работы с такими токами он сделан большего размера (занимает 6% всего кристалла) и имеет широкие металлические разъемы на эмиттере и коллекторе.

Топология выходного транзистора сильно отличается от других npn-транзисторов. Создается, так сказать, сбоку, плоская структура вместо глубокой, а база расположена между эмиттером и коллектором. Металл слева подключен к десяти эмиттерам (голубоватый кремний N-типа), каждый из которых окружен розовым P-слоем, который является базой (средний проводник).Коллектор (правая сторона) имеет только один большой контакт. Эмиттерный и базовый проводники образуют вложенную «гребенку». Обратите внимание, что металл коллектора становится шире сверху вниз, чтобы поддерживать высокие токи в нижней части транзистора.

Транзисторы типа Pnp имеют совершенно другую структуру. Они состоят из закругленного эмиттера (P), окруженного базовым кольцом (N), которое, в свою очередь, окружено коллектором (P). Таким образом, вместо обычной вертикальной структуры npn-транзисторов получается горизонтальный сэндвич.[8]

На схеме ниже показан один из этих pnp-транзисторов, а на его поперечном сечении показана кремниевая структура. Стоит отметить, что хотя металлический контакт для базы расположен в углу транзистора, он электрически подключен через области N и N + к активному кольцу, которое проходит между коллектором и эмиттером.

Структура pnp-транзистора.

Реализация резисторов в микросхеме

Резисторы — ключевой компонент практически любой аналоговой схемы.Они выполнены в виде длинной полоски легированного кремния. (Похоже, в этом чипе использовался кремний P-типа). Различное сопротивление достигается за счет использования разных участков материала — сопротивление пропорционально площади.

Снизу заметны три резистора — они образованы тремя длинными горизонтальными полосками кремния. Через них проходят желтоватые металлические проводники. Место стыка металлического слоя и резистора имеет вид квадратов. Расположение этих контактов задает длину резистора и, соответственно, его сопротивление.Например, сопротивление нижнего резистора немного больше, чем у других, потому что контакты расположены на большем расстоянии. Два верхних резистора спарены с металлическим слоем сверху слева.

Резисторы

Резисторы в микросхемах имеют очень плохие допуски — сопротивление между микросхемами может отличаться на 20% из-за различий в производственном процессе. Очевидно, это серьезная проблема для прецизионных микросхем вроде TL431. Поэтому TL431 спроектирован таким образом, что важной характеристикой является не удельное сопротивление, а соотношение сопротивлений.Конкретные значения сопротивлений не очень важны, если сопротивления изменяются в одинаковой пропорции. Второй метод уменьшения зависимости от эффекта изменчивости — топология самого чипа. Резисторы расположены на параллельных дорожках одинаковой ширины, чтобы уменьшить влияние любой асимметрии сопротивления кремния. Кроме того, они размещены рядом друг с другом, чтобы минимизировать отклонения свойств кремния между разными частями чипа. Помимо всего этого,

Силиконовые перемычки для установки сопротивления

Этого я не ожидал от TL431, так что это перемычки для регулировки сопротивлений.Во время изготовления чипа эти перемычки можно удалить, чтобы отрегулировать сопротивление и повысить точность чипа. Некоторые из более дорогих микросхем имеют сопротивления, которые можно удалить с помощью лазера, который просто выжигает часть резистора перед упаковкой. Точность этого метода намного выше, чем у перемычек.

Цепочка-перемычка изображена на фото ниже. Он содержит два параллельных резистора (на фото они выглядят как один элемент) и перемычку. В нормальном состоянии эта перемычка шунтирует резисторы.При изготовлении микросхемы можно измерить ее характеристики, а если требуется большее сопротивление, то к площадкам подключаются два щупа и подается большой ток. Этот процесс сжигает перемычку, добавляя в цепь небольшое сопротивление. Таким образом, сопротивление всей схемы можно немного отрегулировать для улучшения характеристик микросхемы.

Перемычка сопротивления

Конденсаторы

TL431 содержит только два внутренних конденсатора, но они сделаны двумя совершенно разными способами.

Первый конденсатор (под текстом «TLR431A») образован диодом с обратным смещением (красноватые и фиолетовые полосы). Обратный слой в диоде имеет емкость, которая может быть использована для образования конденсатора (подробнее). Основное ограничение этого типа конденсатора заключается в том, что емкость изменяется в зависимости от напряжения, поскольку изменяется ширина обратного слоя.

Конденсатор, образованный pn переходом. Линия производителя написана с использованием металла, нанесенного поверх кремния.

Второй конденсатор устроен совершенно иначе и больше похож на обычный конденсатор с двумя пластинами.Смотреть не на что — он состоит из большой металлической пластины с кремниевой подложкой N + в качестве второй пластины. Для того, чтобы подходить к другим частям цепи, она имеет неправильную форму. Этот конденсатор занимает около 14% площади кристалла, что свидетельствует о том, что конденсаторы в микрочипах используют пространство очень неэффективно. В таблице данных указано, что оба конденсатора емкостью 20 пикофарад каждый, но я не знаю, насколько этому можно поверить.

Конденсатор.

Обратное проектирование TL431

Маркированный кристалл TL431.

На схеме выше элементы на кристалле выделены и названы, а затем перенесены на рисунок ниже. После всех предыдущих разъяснений я думаю, что структура любого элемента должна быть ясной. Три вывода микросхемы подключены к опорной, анодной и катодной площадкам. Микросхема имеет один уровень металлизации (светло-желтый) для подключения компонентов. На чертеже сопротивление выставлено относительно неизвестного R. Наверное, 100 Ом вполне подойдет, но точное значение я не знаю.Самым большим сюрпризом было то, что характеристики элементов сильно отличались от тех, которые ранее публиковались в других схемах. Эти характеристики существенно влияют на то, как стабилитрон обычно работает с напряжением запрещенной зоны. [9]

Чертеж TL431

Как работает микросхема?

Работа TL431 снаружи выглядит довольно просто — если на «опорный» контакт подается напряжение выше 2,5 В, то выходной транзистор проводит ток между катодом и анодом.В блоке питания это увеличивает ток, протекающий к управляющей микросхеме (косвенно), и влечет за собой снижение мощности БП, после чего напряжение падает до нормального уровня. Таким образом, в БП используется TL431, чтобы стабильно удерживать необходимое выходное напряжение.

Самая интересная часть микросхемы — это опорное напряжение, равное ширине запрещенной зоны. [10]. Ключевые элементы видны на фотографии кристалла: эмиттерная область транзистора Q5 в 8 раз больше, чем у Q4, поэтому два транзистора по-разному реагируют на температуру.Выходные сигналы транзисторов объединяются через резисторы R2, R3, R4 в желаемой пропорции для компенсации температурных эффектов и формирования стабильного опорного сигнала. [11] [12]

Напряжения из температурно-стабилизированной запрещенной зоны передаются на компаратор, вход которого — Q6 и Q1, а Q8 и Q9 управляют им. Наконец, выходной сигнал компаратора проходит через Q10 для управления выходным транзистором Q11.

«Открыть» микросхему низкотехнологичным способом

Для получения фотографии кристалла кристалла обычно требуется его растворение в опасных кислотах и фотографирование самого кристалла с помощью дорогостоящего металлографического микроскопа.(Zeptobars описал этот процесс здесь). Мне было интересно, что произойдет, если я просто сломаю TL431 зажимными щипцами и посмотрю на него в дешевый микроскоп. В процессе я сломал кристалл пополам, но все равно получил интересные результаты. На изображении внутри корпуса изображен большой медный анод, который до сих пор работает как радиатор. Рядом находится кристалл (по крайней мере, большая его часть), который был установлен на аноде внутри белого круга. Обратите внимание, насколько сам кристалл меньше своего тела?

Корпус TL431, внутренний анод и большая часть кристалла.

С помощью простого микроскопа я получил фото снизу. Несмотря на то, что, очевидно, я не получил такого же качественного изображения, как Zeptobars, структура микросхемы видна намного лучше, чем я ожидал. Этот эксперимент показывает, что вы можете снять корпус микросхем и сфотографировать кристалл, даже не касаясь различных опасных кислот. Сравнивая мой снимок дешевого TL431, заказанного на eBay, с TL431, сфотографированным Zeptobars, я вижу их идентичность. Поскольку его микросхема не совпадает с опубликованными чертежами, мне стало интересно, не прекратилось ли в какой-то момент производство той странной версии микросхемы.Но я считаю, что это предположение неверно.

Кусок кристалла, сфотографированный через микроскоп.

Заключение

TL431 — самый распространенный чип, о котором никто не слышал? Нет надежного способа проверить, но я думаю, что это хороший кандидат. Похоже, что никто не опубликовал данных о том, что еще один чип будет производиться в больших количествах. Некоторые источники утверждают, что таймер 555 — самая распространенная микросхема, с которой ежегодно тираются миллиарды копий (я не очень верю в такое большое количество).Но TL431 определенно занимает достаточно высокое место в списке распространенности. Скорее всего, у вас есть TL431 в каком-то устройстве прямо сейчас (зарядное устройство для телефона, адаптер питания ноутбука, блок питания ПК или монитора). Разница между 555 или 741 и TL431 в том, что эти микросхемы настолько широко известны, что стали чуть ли не частью поп-культуры — книги, футболки и даже кружки. Но если вы не работаете с блоками питания, велики шансы, что вы никогда не слышали о TL431. Так что отдал свой голос за TL431 в такой странной номинации.Если у вас есть другие варианты фишек, которые незаслуженно проигнорировали, оставляйте комментарии.

Благодарность

Хрустальные снимки, сделанные Zeptobars (кроме моего). Рисование и анализ основаны на работе Кристофа Бассо [12]. Кроме того, я значительно улучшил свой анализ благодаря обсуждениям с Майклом из Zeptobars и группой Visual 6502, в частности, с Б. Энглом.

Примечания и ссылки

1. В связи с тем, что TL431 не имеет наиболее распространенной функции, стандартного имени для такого элемента не существует.В различных таблицах данных есть такие названия: «регулируемый шунтирующий стабилизатор», «программируемый прецизионный источник опорного напряжения», «программируемый шунтирующий источник опорного напряжения», «программируемый стабилитрон». ↑

2. Я обнаружил происхождение TL431 в Руководстве по регулятору напряжения, опубликованном Texas Instruments в 1977 году. Предшественником этого чипа был TL430, выпущенный как регулируемый шунтирующий стабилизатор в 1976 году. TL431 был создан в том же 1976 году в качестве обновления. к TL430 с повышенной точностью и стабильностью, и поэтому был назван регулируемым прецизионным шунтирующим стабилизатором.В 1977 году он был объявлен как один из будущих продуктов TI, и он уже поступил в продажу в 1978 году. Еще одним объявлением был TL432, который должен называться «Блок сборки таймера / стабилизатора / компаратора» и состоять из источника опорного напряжения, компаратора и транзисторный усилитель по предварительному паспорту. Но во время выпуска TL432 план по предоставлению «строительных блоков» был забыт. TL432 стал аналогом TL431 с другими распиновками для более удобной разводки платы (даташит).↑

3. Современные блоки питания ATX (пример один, пример два) часто содержат по три TL431 каждый. Один для обратной связи с резервным питанием, второй для обратной связи в основной цепи питания, а третий принят как линейный стабилизатор выходного напряжения 3,3 В. ↑

4. Интересно посмотреть на импульсные блоки питания, в которых TL431 не используется. В более ранних моделях в качестве источника опорного напряжения использовался эталонный стабилитрон. Например, такое практиковалось в первом экземпляре блока питания для блоков Apple II (Astec AA11040), но вскоре в стабилитрон TL431 внесли изменения — Astec AA11040, ревизию Bed и.Commodore CBM-II, модель B, использовала необычное решение — TL430 вместо TL431. В оригинальном блоке питания для IBM PC использовался эталонный стабилитрон (вместе с несколькими операционными усилителями). Позже в БП для ПК часто использовался ШИМ-контроллер TL494, который уже содержал опорное напряжение для вторичной цепи. Другие блоки питания могут содержать SG6105, который уже включает два TL431.
В зарядных устройствах для телефонов обычно используется TL431. Редко можно встретить дешевую подделку этого элемента: проще взять стабилитрон и сэкономить пару центов.Еще одним исключением могут быть зарядные устройства, например, для iPad. Они реализуют стабилизацию в первичной цепи, и никакой обратной связи по выходному напряжению не требуется. В своей статье про блоки питания я описал это более подробно. ↑

5. TL431 доступен в большем количестве вариантов шасси, чем я думал. На двух фото TL431 выполнен в «транзисторном» корпусе на трех ножках (ТО-92). На остальных фотографиях показан вариант SMD в SOT23-3. TL431 также может быть в корпусе SMD с 4, 5, 6 и 8 выводами (SOT-89, SOT23-5, SOT323-6, SO-8 или MSOP-8).Кроме того, его можно найти в более крупной версии TO-252 или даже в виде 8-контактного чипа (DIP-8). ( фотографий ). ↑

6. Более подробную информацию о том, как устроен биполярный транзистор в кремнии, можно найти много где. Полупроводниковая технология дает хороший обзор устройства на n-p-n-транзисторе. В презентации «Базовая обработка интегральных схем» очень подробно описывается производство микросхем. Даже схемы из Википедии очень интересны. ↑

7. Возможно, вам интересно, почему такое терминологическое разделение коллектора и эмиттера, если в нашей простой транзисторной схеме они абсолютно симметричны? Ведь оба подключены к N-слою, какая разница? Но как видно на фото кристалла, коллектор и эмиттер не только очень разные по размеру, но и сплавление происходит по-разному.Если поменять местами коллектор и эмиттер, транзистор будет иметь очень слабый коэффициент передачи. ↑

8. Транзисторы pnp в TL431 имеют круговую структуру, которая сильно отличается от npn. Эта круговая структура проиллюстрирована в книге «Designing Analog Chips» Ганса Камензинда, автора 555 Timer. Если вы хотите узнать больше о том, как работают аналоговые схемы, я рекомендую эту книгу, в которой подробно объясняется этот вопрос с минимумом математики. Бесплатная версия в формате PDF или бумажная.
Кроме того, структуру pnp-транзисторов можно найти в Принципах полупроводников.А книга «Анализ и проектирование аналоговых интегральных схем» рассказывает о детальных моделях биполярных транзисторов и о том, как они реализованы в микросхемах. ↑

9. Транзисторы и резисторы на микросхеме, которые я исследовал, имеют совершенно другие характеристики по сравнению с опубликованными ранее. Эти характеристики в основном определяют работу стабилитрона с напряжением запрещенной зоны. В частности, в предыдущих схемах R2 и R3 находились в соотношении 1 к 3, а для Q5 зона эмиттера была в два раза больше, чем для Q4.Глядя на фото кристалла, я вижу, что R2 и R3 имеют одинаковое сопротивление, а Q5 имеет эмиттерную зону в 8 раз больше, чем Q4. Исходя из таких соотношений между характеристиками, получаем еще ΔVbe. Чтобы компенсировать разницу между фактическими характеристиками и расчетными, в прошлом схемы R1 и R4 также делались другими, чем на кристалле. Я поясню этот момент более подробно позже в статье, но просто обратите внимание: Vref = 2 * Vbe + (2 * R1 + R2) / R4 * ΔVbe должно быть около 2.5 вольт. Учтите, что значение имеет не удельное сопротивление резисторов, а их соотношение. Как я уже писал ранее, это помогает нейтрализовать плохую переносимость резисторов в микросхеме. На микросхеме Q8 образован двумя параллельными транзисторами. Но я не могу понять, что стоит за этим странным решением. Я ожидал, что Q8 и Q9 будут идентичны, чтобы построить сбалансированный компаратор. Моя основная теория заключается в том, что это делается для регулировки опорного напряжения так, чтобы оно достигало 2,5 В. Б. Энгл предположил, что это может помочь устройству лучше работать при низком напряжении.На микросхеме Q8 образован двумя параллельными транзисторами. Но я не могу понять, что стоит за этим странным решением. Я ожидал, что Q8 и Q9 будут идентичны, чтобы построить сбалансированный компаратор. Моя основная теория заключается в том, что это делается для регулировки опорного напряжения так, чтобы оно достигало 2,5 В. Б. Энгл предположил, что это может помочь устройству лучше работать при низком напряжении. На микросхеме Q8 образован двумя параллельными транзисторами. Но я не могу понять, что стоит за этим странным решением. Я ожидал, что Q8 и Q9 будут идентичны, чтобы построить сбалансированный компаратор.Моя основная теория заключается в том, что это делается для регулировки опорного напряжения так, чтобы оно достигало 2,5 В. Б. Энгл предположил, что это может помочь устройству лучше работать при низком напряжении. ↑

10. Я не буду вдаваться в подробности реализации стабилитрона с запрещенным напряжением, не говоря уже о том, что его название звучит как название какого-то сумасшедшего квантового устройства, но на самом деле это всего лишь пара транзисторов. Чтобы понять, как работает этот стабилитрон, вы можете ознакомиться со статьей Пола Брокоу, изобретателя одноименного стабилитрона, «Как сделать опорное напряжение с запрещенной зоной за один простой урок».Кроме того, есть еще такая презентация. ↑

11. В некотором смысле схема запрещенной зоны в TL431 работает в противоположном направлении по сравнению с обычной запрещенной зоной, которая подает правильное напряжение на эмиттер, чтобы получить желаемое значение на выходе. TL431, однако, принимает опорное напряжение в качестве входа, а эмиттеры используют в качестве входных сигналов для компаратора. Другими словами, в отличие от блок-схемы, внутри TL431 входной сигнал «ref» не сравнивается с каким-либо стабильным опорным напряжением.Вместо этого вход ref генерирует два сигнала для компаратора, которые совпадают, если входное напряжение составляет 2,5 В. ↑

12. О TL431 написано много статей, но все они предвзяты и ожидают от читателя каких-либо начальных знаний в области теории автоматического управления, графов Боде и так далее. «TL431 в шлейфах импульсных источников питания» — классическая статья Кристофа Бассо и Петра Каданка. Она объясняет работу TL431 в цепи компенсации обратной связи существующих источников питания.Книга содержит подробные чертежи и описания внутреннего устройства элемента. Еще есть интересные статьи на сайте powerelectronics.com. В статье «Проектирование с использованием TL431» Рэя Ридли для журнала Switching Power Magazine дается подробное объяснение того, как использовать TL431 в цепях обратной связи для блока питания, а также объясняется, как работает компенсатор. Обратите внимание на презентацию ON Semiconductor «TL431 в управлении импульсными источниками питания». Конечно, в даташите также есть чертежи внутреннего устройства микросхемы.Странно, но сопротивления на этих рисунках отличаются от тех, которые я получил при рассмотрении фото кристалла. ↑ Конфигурация выводов

, характеристики и применение

В 1977 году компания Texas Instruments представила стабилизирующий диод TL431, работающий аналогично стабилитрону. Это трехконтактный биполярный транзистор, который эквивалентен идеальному транзистору n-типа без потерь на гистерезис. Это регулируемый шунтирующий регулятор напряжения. Эквивалентными сериями регуляторов TL431 являются регуляторы ATL431, TL432, LM431, KS431, TS431 и 142Eh29.

Функции этих схем регуляторов аналогичны, за исключением того, что они отличаются размером, точностью, компоновкой, рабочими токами и скоростными характеристиками. Это 8-контактный стабилизатор, доступный в корпусе типа TO-92. В этой статье подробно рассказывается о работе регулятора TL431 с простыми схемами.

Что такое регулятор TL431?

Регулятор TL431 представляет собой регулируемый прецизионный шунтирующий стабилизатор напряжения. Изменяя номиналы подключенных резисторов, можно программировать выходное напряжение.Поэтому он называется программируемым шунтирующим регулятором. Эта микросхема работает почти так же, как стабилитрон, за исключением того, что номинальное напряжение программируется.

Его также называют регулируемым стабилитроном. Он в основном используется в электрических цепях для обеспечения положительного или отрицательного опорного напряжения. Его стоимость невысока и обычно используется в качестве источника опорного напряжения в изолированных цепях питания. Микросхема регулятора TL431 показана на рисунке ниже. ’

Конфигурация выводов регулятора TL431

Это 3-контактная интегральная схема с шунтирующим диодом стабилизатора напряжения, выпускаемая в корпусе типа To-92.Резисторный делитель, подключенный к опорному выводу ИС, регулируется для изменения номинального выходного напряжения с 2,5 В до 36 В. Рабочий ток составляет от 1 мА до 100 мА с типичным значением импеданса 0,22 Ом.

Обеспечивает стабильную работу в широком диапазоне рабочих температур. В различных приложениях он используется, когда необходима замена стабилитронов, поскольку его работа почти аналогична работе стабилитрона, за исключением того, что выходное напряжение является программируемым и регулируемым.Он широко используется в схемах контроля повышенного и пониженного напряжения, схемах контроля оконного напряжения и источниках питания в качестве источника опорного напряжения.

Конфигурация выводов регулятора TL431 / схема выводов

Регулятор TL431 представляет собой 3-контактный шунтирующий регулятор с определенной термической стабильностью в применимых температурных диапазонах автомобильного, военного и коммерческого назначения. Расположение выводов регулятора TL431 / схема выводов показаны на рисунке ниже. Схематическое обозначение диода-регулятора TL431 показано на рисунке ниже.

Схематический символ TL431

Pin1 (Ссылка): Он используется для установки номинального напряжения стабилитрона
Pin2 (Anode): Это анодный вывод эквивалентного стабилитрона
Pin3 (Cathode): Это катодный вывод эквивалентного стабилитрона.

TL431 Технические характеристики

Технические характеристики TL431 или технические характеристики следующие:

Это программируемый стабилитрон
Выходное напряжение колеблется от 2.От 5 до 36 вольт
Допуск выходного напряжения будет + -4%
Диапазон выходного тока или потребляемого тока от 1 мА до 100 мА
Выходное сопротивление будет 0,22 Ом
Трехконтактный TL431 выпускается в корпусе To-92. 8-контактный TL431 доступен в корпусах SOIC и PDIP.
Диапазон рабочих температур от -40 ° C до 125 ° C
Выходной шум низкий.
Типичный температурный дрейф: 6 мВ (C temp) и 14 мВ (I Temp, Q temp)
При 25 ° C допуск опорного напряжения будет 1% (класс A), 0.5% (марка B), 2% (стандартная марка)
Его стоимость очень низкая.

/ Как использовать

Принципиальная схема интегральной схемы регулятора TL431 представлена на рисунке ниже.

Принципиальная схема регулятора TL431

Из приведенной выше принципиальной схемы мы видим, что NPN-транзистор смещен от операционного усилителя с точным номинальным напряжением 2,5 В на неинвертирующем выводе. Коллекторный вывод транзистора подключен к катодному выводу микросхемы TL431, а вывод эмиттера транзистора подключен к анодному выводу микросхемы TL431.

Теперь рассмотрим, что микросхема регулятора TL431 работает как компаратор. На одной стороне компаратора будет точное напряжение 2,5 вольт, а на другой стороне будет установлено с помощью опорной клеммы. Эта функция в основном применима в импульсных источниках питания (SMPS), поскольку ИС регулятора TL431 может сравнивать полученное выходное напряжение с желаемым выходным напряжением и управлять частотой переключения, обеспечивая путь обратной связи. Для изоляции высоковольтной части с этой схемой обычно используется оптрон.

Теперь давайте изучим несколько основных и простых схем с использованием основного электронного компонента регулятора TL431.

Прецизионная цепь опорного напряжения

Принципиальная схема цепи прецизионного опорного напряжения с использованием регулятора TL431 приведена ниже. Он обеспечивает лучшую температурную стабильность и большой выходной ток. Чтобы избежать самовозбуждения, следует тщательно учитывать значение CL при подключении к емкостным нагрузкам.

Прецизионная схема опорного напряжения

Регулируемый регулируемый источник питания

Регулируемый диапазон выходного напряжения Vo находится в пределах 2.6 Вольт и 36 Вольт.

Выражение для выходного напряжения Vo записывается как,

Vo = Vref (1 + R1 / R2)

, поскольку Vref установлен на 2,5 В

Напряжение, которое может выдержать схема, связано с (Vo-Vi). Если есть большая разница напряжений, то мощность, потребляемая резистором, увеличивается. Принципиальная схема регулируемого стабилизированного источника питания с использованием этого стабилизирующего диода показана ниже.

Регулируемый регулируемый источник питания

Компаратор напряжения

В этом приложении напряжение Vref = 2.5 Вольт используется эффективно. Небольшое внутреннее сопротивление, присутствующее в диоде стабилизатора TL431, помогает очень легко и эффективно отслеживать формы входных и выходных сигналов. Принципиальная схема компаратора напряжения с диодом-стабилизатором TL431 представлена на рисунке ниже.

Принципиальная схема компаратора напряжения

Монитор напряжения

Передаточные характеристики регулятора практически используются при разработке монитора напряжения. При верхнем и нижнем пределе напряжения мощность светодиода, верхнее и нижнее напряжения будут (1 + R1 / R2) и (1 + R3 / R4) соответственно.На приведенной ниже принципиальной схеме показан монитор напряжения с использованием диода стабилизатора TL431.

Схема контроля напряжения

Схема защиты от перенапряжения

Когда входное напряжение Vi превышает определенное значение, регулятор начинает срабатывать. В этот момент тиристор включается, чтобы генерировать большой мгновенный ток. Это помогает сжечь предохранитель и защитить заднюю цепь. В точке защиты напряжение будет (1 + R1 / R2) Vref. Принципиальная схема, иллюстрирующая защиту от перенапряжения с использованием TL431, показана ниже.

Схема защиты от перенапряжения

Где использовать / области применения регулятора TL431

Применения регулятора TL431 перечислены ниже.

Используется в импульсных источниках питания (SMPS)
Применяется в цепях изолированного питания.
Используется в компараторах напряжения со встроенным эталоном
Используется в цепях регулирования тока.
Используется в цепях прецизионных источников опорного напряжения
Используется в регулируемых цепях питания, регулируется
Используется в цепях защиты от перенапряжения
Используется в мониторах напряжения
Используется в цепях источника постоянного тока
Используется в регулируемых характеристиках шунта
Используется, когда требуется замена стабилитронов.
Используется в солнечных батареях
Используется в цепях монитора и зарядного устройства

Альтернативные регуляторы TL431 — стабилитрон и варианты регуляторов TLV431, LM431 и TS431L1.

Таким образом, это все об обзоре таблицы данных регулятора TL431, которая включает в себя — определение, спецификации, конфигурацию контактов / схему контактов, принципиальную схему / как использовать и где использовать / приложения регулятора TL431. Вот вам вопрос: «Каковы преимущества регулятора TL431? «

% PDF-1.6 % 23 0 obj> эндобдж xref 23 90 0000000016 00000 н. 0000002478 00000 н. 0000002592 00000 н. 0000002716 00000 н. 0000003388 00000 н. 0000003929 00000 н. 0000004479 00000 н. 0000004778 00000 п. 0000005190 00000 п. 0000005329 00000 н. 0000005463 00000 п. 0000005606 00000 н. 0000005640 00000 н. 0000005908 00000 н. 0000006470 00000 н. 0000006729 00000 н. 0000007326 00000 н. 0000007584 00000 н. 0000007923 00000 п. 0000007947 00000 н. 0000008430 00000 н. 0000008454 00000 н. 0000008927 00000 н. 0000009037 00000 н. 0000009149 00000 п. 0000033950 00000 п. 0000059008 00000 п. 0000083483 00000 п. 0000105540 00000 н. 0000128580 00000 н. 0000151704 00000 н. 0000176969 00000 н. 0000202929 00000 н. 0000205577 00000 н. 0000219288 00000 н. 0000234343 00000 п. 0000260806 00000 н. 0000276029 00000 н. 0000276287 00000 н. 0000276355 00000 н. 0000276920 00000 н. 0000288094 00000 н. 0000288358 00000 п. 0000288426 00000 н. 0000288837 00000 н. 0000291372 00000 н. 0000301337 00000 н. 0000303985 00000 н. 0000304019 00000 н. 0000304091 00000 н. 0000304204 00000 н. 0000304538 00000 н. 0000307186 00000 н. 0000307220 00000 н. 0000307447 00000 н. 0000307814 00000 н. 0000307926 00000 н. 0000308078 00000 н. 0000308307 00000 н. 0000308691 00000 п. 0000308808 00000 н. 0000308960 00000 н. 0000309328 00000 н. 0000309747 00000 н. 0000309864 00000 н. 0000310006 00000 н. 0000310425 00000 н. 0000310519 00000 п. 0000310671 00000 п. 0000310942 00000 н. 0000311036 00000 н. 0000311188 00000 н. 0000348038 00000 п. 0000348310 00000 п. 0000348723 00000 н. 0000359842 00000 н. 0000360110 00000 н. 0000360178 00000 н. 0000360576 00000 н. 0000360602 00000 н. 0000361051 00000 н. 0000364740 00000 н. 0000393217 00000 н. 0000393290 00000 н. 0000407706 00000 н. 0000408055 00000 н. 0000408085 00000 н. 0000408150 00000 н. 0000408265 00000 н. 0000002096 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 112 0 obj> поток xb»c`X

Как регулируемое опорное напряжение TL431 работает с регулируемым стабилизатором, таким как LM317? : AskElectronics

Я недавно читал о регулируемом шунтирующем регуляторе TL431, и у меня возникла пара вопросов.

Во-первых, из того, что я могу понять из этой схемы в таблице данных (см. Https://imgur.com/a/U3tGTth), это операционный усилитель с выходом с открытым коллектором, с неинвертирующим контактом, подключенным к Вывод Vref корпуса и инвертирующий вход подключен к внутреннему источнику опорного напряжения 2,5 В. Когда Vref выше 2,5 В, операционный усилитель насыщается на уровне катодного напряжения и начинает проводить через базу транзистора, что эффективно замыкает катод на анод. У меня такой вопрос, все говорят, что TL431 — это замена стабилитронов, а некоторые даже называют его программируемым стабилитроном.Однако, когда выходной транзистор является проводящим, не означает ли это просто падение напряжения V BE между катодом и анодом TL431 (0,7 В, как у обычного кремниевого диода)? Потому что в случае стабилитронов они начинают проводить в обратном направлении выше напряжения стабилитрона, но напряжение на них является напряжением стабилитрона.

И, во-вторых, при создании чего-то вроде прецизионного источника 5 В с LM317 и TL431 (см. Второе изображение на imgur или техническое описание TI), насколько я понимаю, LM317 поддерживает постоянное напряжение 1.2 или 1,25 В между выводами OUT и ADJ, что составляет основу для обычной конфигурации (резистор между OUT и ADJ и еще один между ADJ и GND). Если вы подключите катод TL431 к выводу ADJ, а анод к GND, как на картинке, а Vref к средней точке делителя напряжения, это означает, что TL431 начинает проводить при 5 В. Я не совсем уверен, как он обеспечивает опорное напряжение 5 В, и еще больше сбивает с толку то, почему LM317 в этой конфигурации выдает напряжение на выводе ADJ (5 В) вместо 6.25 В (выход 1,25 В над контактом ADJ). Может ли кто-нибудь указать мне на более подробные объяснения того, как работают LM317 и TL431 и почему они работают именно так, как в этой конфигурации?

Спасибо.

Примеры схем TL431 фиксированное или регулируемое выходное напряжение

Несколько недель назад мы создали это зарядное устройство и схему защиты, которая снижала напряжение, когда оно достигало 4,2 В. Чтобы сделать эту схему, я использовал диод ZENER, TL431, но я никогда не объяснял вам, как работает этот компонент и что еще он может делать.На самом деле это стабилитрон с переменным опорным напряжением , и его можно использовать во многих схемах. Сегодня я покажу вам несколько примеров схем, которые вы можете создать с помощью этого компонента, и вы увидите, насколько он может быть полезен для стольких приложений. Ограничитель тока с фиксированным значением, опорное напряжение или переменное опорное напряжение, его можно использовать как защиту от пониженного или повышенного напряжения, или как таймер задержки и многое другое. Так что оставайтесь до конца видео и узнайте все об этом компоненте и просмотрите все примеры, которые я вам покажу.Итак, приступим.

Часть 1 — Как работает обычный стабилитрон?

Обычный диод ZENNER можно подключить, как показано ниже. Обычный диод ZENNER обычно имеет опорное напряжение, которое мы можем найти в таблице данных. Если это опорное напряжение составляет, например, 5 В, то, что этот компонент будет делать в приведенной ниже конфигурации, — это пропускать необходимое количество тока к земле таким образом, чтобы выходное напряжение регулировалось на уровне 5 В.Но если вам нужно другое напряжение на выходе, вам нужно заменить диод на тот, который имеет это опорное напряжение. Вот почему мы используем TL431, потому что он имеет допустимое регулируемое напряжение v , которое можно изменить на третьем выводе.

Часть 2 — Фиксированный выход при 2,5 В

Итак, давайте посмотрим на первую схему с этим компонентом. Как видите, в отличие от обычного диода, который имеет 2 контакта, у этого есть 3 контакта, анод, катод и опорное напряжение.Итак, из предыдущей схемы мы можем сделать следующую. Проблема в том, что TL431 может потреблять максимум , всего 100 мА , при большем количестве он сгорит. И опорное напряжение может быть от 2,5 В до 36 В . Итак, с этой схемой прямо сейчас, поскольку опорный сигнал подключен к выходу, значение будет минимальным напряжением TL431, которое составляет 2,5 В. Чтобы ограничить ток и не сжечь микросхему, у меня на входе есть резистор 330 Ом. Таким образом, ток, который проходит через микросхему, составляет 29 мА, если на входе 12 В.Я установил эту схему на макетной плате, и, как вы можете видеть, на входе 12 В. Но если я измерю выход, он будет стабильным на уровне 2,5 В.

Часть 3 — Выход любого фиксированного значения

Но теперь, что, если я хочу, чтобы выход был отличным от 2,5 В. Давайте посмотрим на второй пример. Что ж, вместо подключения опорного пина на выходе мы добавляем делитель напряжения . Теперь выходное значение будет равно 2,5 В, умноженному на 1 плюс соотношение между этими двумя резисторами.Так, например, если оба резистора имеют номинал 10 кОм, выходной сигнал будет 2,5 умножен на 2, то есть будет 5 В. Изменяя номинал этих резисторов, вы можете получить любой выход от 2,5 до 36 В, но имейте в виду, что выход, очевидно, не может быть выше входного. У меня такая же схема установлена на моей макетной плате. Как видите, на этот раз выходное напряжение составляет 5 В, а входное — 12 В. Вы можете использовать эту ИС в качестве эталонного напряжения с фиксированным значением для аналогового чтения Arduino, если хотите. Например, если вам нужно фиксированное значение 3 В, вы меняете сопротивление и подключаете этот выход к выводу Aref на Arduino.Хорошо то, что выход 5V не изменится, если вход изменится на , как вы можете видеть, я меняю вход на 25V, а выход по-прежнему 5V.

Часть 4 — Выход переменного напряжения

Но теперь, для третьего примера, вместо резисторов с фиксированным номиналом давайте добавим потенциометр. Теперь мы можем изменить выходное значение, просто изменяя значение потенциометра. Вот эта простая схема, смонтированная на моей макетной плате.Как видите, с помощью потенциометра я могу изменить значение на выходе. На этот вывод не влияет ввод. Как вы можете видеть, я изменяю вход, но выход остается стабильным на том же значении, поскольку ИС выполняет регулировку, потребляя больше или меньше тока.

, часть 5 — см. Полное видео

Как видите, TL431 можно использовать как источник опорного напряжения, а также как выход переменного напряжения.Надеюсь, вам понравился этот урок, и, возможно, вы узнали что-то новое. Если мои видео вам помогут, подумайте о поддержке моей работы над PATREON или о пожертвовании через PayPal. Еще раз спасибо и увидимся позже, ребята.

Введение в TL431 — Инженерные проекты

Всем привет! Я надеюсь, что вы все будете в полном порядке и весело проведете время. Сегодня я расскажу вам о Introduction to TL431. TL 431 — это программируемые диоды шунтирующего стабилизатора с тремя выводами. Это диод с низким температурным коэффициентом, который может быть запрограммирован от опорного напряжения (Vref) до 36 В при подключении к 2 внешним резисторам.

TL 431 имеет сопротивление 0,22 Ом и диапазон тока от 1 мА до 100 мА. В нескольких различных приложениях стабилитроны могут быть заменены диодом TL 431 из-за его эффективности. Эти приложения включают источники питания, схемы операционного усилителя (ОУ) и цифровые вольтметры.TL-431 может использоваться как положительный или отрицательный источник опорного напряжения, поскольку он работает как шунтирующий стабилизатор. TL-431 имеет низкое выходное шумовое напряжение. Он не содержит свинца (Pb), галогенов и соответствует требованиям RoHS. Дополнительные сведения о TL 431, например, его особенности, характеристики и конфигурация контактов будут объяснены позже в этом руководстве.

Введение в TL431

TL431 — это диод шунтирующего стабилизатора, поэтому он может использоваться как положительный или отрицательный источник опорного напряжения. Он имеет низкое выходное шумовое напряжение.TL-431 можно заменить стабилитроном во многих приложениях, например. цифровые вольтметры, схема операционного усилителя, источники питания и т. д. TL-431 показан на рисунке ниже.

1. Распиновка TL431

TL-431 имеет всего три контакта: опорный, анодный и катодный.

Все три контакта вместе с их символом приведены в таблице, приведенной ниже.

2. Конфигурация контактов TL431

Правильно обозначенная схема контактов любого устройства улучшает положение пользователя.

Я сделал полностью размеченную схему диода TL 431 вместе с его анимацией.

Полная распиновка вместе с анимацией, символьным представлением и реальным изображением TL-431 показана на рисунке ниже.

3. Пакеты TL431

TL-431 имеет два разных типа пакетов SOT-23 (3) и SOT-23 (5).

Обе упаковки вместе с их размерами и номерами деталей приведены в таблице, приведенной ниже.

4. Схема TL431

Принципиальная схема устройства помогает нам понять его внутренние функции.

Я предоставил помеченную принципиальную схему TL 431, как показано на рисунке ниже.

5. Рейтинги TL431

Номинальные значения тока, напряжения и мощности любого устройства показывают его потребляемую мощность, то есть количество тока и напряжения, достаточное для его работы.

Я указал значения тока, мощности и напряжения TL-431 в приведенной ниже таблице.

6. Приложения TL431

Существует множество приложений, связанных с TL-431, некоторые из реальных приложений TL 431 приведены ниже.

Контроль напряжения.

Компаратор со встроенным эталоном.

Регулируемое опорное напряжение.

Замена стабилитрона.

Регулируемая привязка по току.

Итак, это все из учебника Введение в TL431. Надеюсь, вам понравился этот замечательный урок.Если у вас есть какие-либо проблемы, вы можете спросить меня в комментариях в любое время, даже не колеблясь.

No related posts.