Андрей Смирнов
Время чтения: ~10 мин.
Просмотров: 7

Проверка мультиметром стабилизатора tl431 и схема включения

Особенности работы, простота включения во многие схемы и хорошие характеристики сделали микросхему TL431 очень популярным регулируемым стабилизатором на рынке. С минимальным набором дополнительных электронных компонентов (нескольких резисторов и конденсаторов), она способна обеспечить рабочее напряжение в диапазоне от 2,5 до 36 В, при токе стабилизации от 1 до 100 мА. Для получения больших значений на выход ТЛ431 обычно добавляют мощные транзисторы.

foto-tl431-to92-1024x472.jpg

Это устройство еще называют управляемым программируемым стабилитроном. Его впервые представила миру американская компания Texas Instruments (TI) в далеком 1977 году. С тех пор оно постоянно совершенствовалось и теперь является неотъемлемой частью многих современных импульсных блоков питания, где выполняет роль источника опорного напряжения. Оно может быть отличной заменой для диодов Зенера, в различных электронных схемах.

Цоколевка

Распиновка TL431 зависит от корпусного исполнения устройства, в котором она размещена. Всего существует пять его разновидностей: для установки в отверстия: ТО-92; для поверхностного монтажа: SOT-23, SOT-25, SOT-89 и SOP-8. У электронных схем находящихся внутри таких пластиковых упаковок всего 3 контакта, с назначением: 1 – управляющий электрод; 2 – анод; 3- катод. Металлических выводов у некоторых типов корпусов этой микросхемы больше, при этом они не используются или совмещены с соседними. Как это сделано, наглядно показано на рисунке.

pin-tl431-to92-to23-sot89-sop8.jpg

Технические характеристики TL431

Рассмотрим максимально допустимые рабочие характеристики микросхемы. Если при его эксплуатации они будут превышены, то устройство неминуемо выйдет из строя. Продолжительная эксплуатация с параметрами, близкими к предельным значениям, также не допускается. Рассмотрим их подробней:

  • катодное выходное напряжение (VKA), по отношению к выводу анода до 37 В;
  • возможные значения токов: для непрерывного катодного на выходе (IKA) от –100 мА до 150 мА; для обратного на входе от -50 мА до 10 мА;
  • типовой импеданс до 0,22 Ом;
  • рассеиваемая мощность (для разных типов упаковки) PD: 0.8 Вт (SOT-89); 0,78 Вт (ТО-92); 0.75 Вт (SO-8); 0,33 Вт (SOT-23); 0,5 Вт (SOT-25);
  • температура кристалла (TJ): рабочая: 0…+70 ОС; -40 … +125ОС (для некоторых автомобильных версий); максимальная (TJmax) до +150ОС;
  • тепловое сопротивление корпуса RθJC: 97ОС/Вт (D); 156 ОС/Вт (LP); 28 ОС/Вт (KTP); 127ОС/Вт (P); 52ОС/Вт (PK); 149ОС/Вт (PW);
  • температура хранения: -65… +150 ОС.

Максимальную рассеиваемую мощность можно рассчитать по стандартной формуле PD= (TJmax-TA)/ RθJC. В ней ТА – это температура окружающей среды.

Рекомендуемые параметры эксплуатации

В рабочих условиях рекомендуемыми значениями использования TL413 являются: входное опорное напряжение (VREF) не более 36 В; катодный ток (IKA) должен быть в диапазоне от 1 до 100 мА; соблюдение температурных режимов использования. Стоит учитывать, что при IKAмА данная микросхема может функционировать нестабильно. Ниже представлены электрические параметры устройства, замеренные при температуре ТА= 25°C.Electrical-characteristics-tl431.png

Схемы включения TL431

Разберемся как работает TL431 на примере простейшей схемы стабилизации, состоящей из самого стабилитрона и одного резистора. К катоду подключается положительный, а к аноду отрицательный полюс питания. Для включения микросхемы, на её управляющий электрод подается опорное напряжение (Vref). 

Если его значение будет больше 2.5 В, то стабилитрон почти сразу откроется и начнет пропускать через себя ток (IKA), которым можно запитать соответствующую нагрузку. Его значение будет расти вместе с повышением уровня Vin . IKA можно определить по формуле IKA = (Vin— Vref)/R. При этом, выходное напряжение схемы будет стабилизировано на уровне опорного (VКА = Vref), не превышающего 2.5 В и независимо от подаваемого на входе Vin.

Максимальное значение IKA у TL431 ограничено не только 100 мА, но и мощностью рассеивания на её корпуса.

Расчет параметрической схемы стабилизации

Для получения на выходе микросхемы большего по величине напряжения (вплоть до 36 В), к её управляющему электроду дополнительно подсоединяют резистивный делитель. Он состоит из двух резисторов (R1 и R2) подключаемых между катодом и анодом. В этом случае внутреннее сопротивление стабилитрона возрастает на (1 + R1/R2) раз.

Для расчета схемы стабилизации на TL431 необходимы начальные данные о входном(VIN) и выходном (VКА) напряжениях, а также токах: стабилизации (IKA) и нагрузки (IL). Имея эти данные можно рассчитать значения других электронных компонентов, представленных на рисунке ниже.

Выходное напряжение и номиналы сопротивлений связаны между собой следующей формулой VКА= Vref *(1 + R1/R2)+ Iref *R1. Где Vref = 2495 мВ и Iref = 2 мкА -это типовые величины, они указаны в электрических параметрах из даташит на устройство.

Сопротивление R1 также можно взять из datasheet. Чаще всего берут с номиналами от 10 до 30 кОм. Значение R1 ограничено небольшим опорным током (Iref = 2 мкА), которым часто пренебрегают для расчетов схем стабилизации на TL431. Поэтому для вычисления значения R2, без учета Iref, можно использовать следующую формулу R2=R1/((VКА/Vref)-1).

Регулировка напряжения стабилизации

Для построения схем с возможностью ручной регулировки напряжения на выходе, вместо обычного R1 ставят потенциометр. Номинал ограничительного резистора R, оказывающего сопротивление току на входе (IIN), рассчитывают по формуле R=(VIN-VКА)/ IIN. Здесь IIN = IKA+ IL.

Несмотря на достоинства микросхемы TL431, есть у неё и весьма существенный недостаток– это маленький ток в нагрузке, который она способна выдержать. Для решения этой проблемы в схему включают мощные биполярные или полевые транзисторы.Примеры различных схем на основе стабилитрона TL431 можно посмотреть в следующем видео.

Аналоги TL431

Существует отечественная микросхема, похожая по своим параметрам на рассматриваемую. Это российский линейный стабилизатор КР142ЕН19. Наиболее полными аналогами TL431 является: IR943N, TL432, LM431. К устройствам с похожей цоколевкой, но немного другими электрическими параметрами можно отнести: HA17431A, KIA431. В качестве замены также можно попробовать использовать APL1431.

Как проверить мультиметром

TL431 нельзя проверить с помощью мультиметра, так как это не простой стабилитрон, а интегральная микросхема. Сопротивления между его выводами у разных производителей отличаются. Поэтому, для того чтобы убедится в её исправности обычно собирают простейшие схемы проверки.

Для проверки в схеме изображенной на рисунке слева, на вход подается 12 В. Если устройство исправно, то на выходе должно появится напряжение 4.9-5.0 В, а при замыкании кнопки S1 – 2.5 В. Мультиметр, в данном случае, нужен для измерения результатов тестирования.

TL431 можно также проверить в другой тестовой схеме со светодиодом (рисунок справа). При изменении сопротивления R2 потенциометра, на управляющем электроде появится 2.5 В. Диод должен скачкообразно перейти в светящееся состояние. Это будет означать то, что устройство исправно. Данный принцип работы можно использовать для создания индикатора разряда аккумулятора.

Производители

Из-за своих хороших параметров, надежности и дешевизны, TL431 используется в различных технических решениях. Поэтому её производством занимаются многие зарубежных компаний. Существует даже полностью переведенный datasheet tl431 на русском от Texas Instruments (TI). А вот ссылки на некоторые даташит устройств продающихся в РФ: TI, ON Semiconductor, STMicroelectronics, Nexperia, HTC Korea, NXP Semiconductors. Есть еще изготовители этих изделий, но их трудно найти в российских магазинах. К ним относятся: Unisonic Technologies, Motorola, Fairchild Semiconductor, Diodes Incorporated, HIKE Electronics, Calogic, Sangdest Microelectronic (Nanjing), SeCoS Halbleitertechnologie GmbH, Hotchip Technology, Foshan Blue Rocket Electronics и др.

TL431 принцип работы и очень простая проверка. Я не зря опять затронул эту тему ,это одна из самых массово выпускаемых интегральных микросхем .

TL431

Ее выпуск стартовал в 1978 году. Большую популярность она получила при использовании различных импульсных блоках питания для телевизоров ,тюнеров , DVD и другой аудио-видео техники. И она часто работает в паре с тоже очень популярной радиодеталью- оптроном PC817.

Для тех читателей, кому легче информацию воспринимать на слух, советую посмотреть видео в самом низу страницы.

Tl431 является прецизионным управляемым источником опорного напряжения.

Свою популярность она завоевала благодаря своей очень низкой стоимости и высокой надежности и точности. Принцип работы ее довольно просто понять из структурные схемы.

Если напряжение на входе источника ниже опорного напряжения то и на выходе операционного усилителя низкое напряжение , соответственно транзистор закрыт и ток от катода к аноду не протекает (точнее он очень маленький не превышает 1 миллиампера).

Эквивалентная схема TL431

Эквивалентную схему этой микросхемы можно представить в виде обыкновенного стабилитрона .Где напряжение стабилизации можно рассчитать по формуле приведенной ниже :

Один из самых простых типов стабилизаторов — это параметрический.

Параметрический: в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, имеющий большую крутизну(Википедия). Его можно сделать и на микросхеме tl431.

Для этого понадобится всего лишь три резистора, два из которых будут управлять входом микросхемы и как бы программировать  напряжение на выходе. Рассчитать напряжение на выходе можно будет по формуле Uвых=Vref( 1 + R1/R2 ). При этом Vref=2,5ВR1=R2( Uвых/Vref – 1 ). Кроме резисторов R1 и R2 в схеме ещё присутствует резистор R3 его предназначение как и для простого стабилитрона он является ограничителем тока Основные технические характеристики TL431: напряжение анод-катод: 2,5…36 вольт; ток анод-катод: 1…100 мА (если нужна стабильная работа, то не стоит допускать ток менее 5мА);

Компенсационный стабилизатор напряжения

Компенсационный: имеет обратную связь.

Теперь кратко назначение компонентов: Резистор R2 он является ограничителем тока базы транзистора vt1 можно использовать от 300 до 400 ом. Резистор R3 компенсирует обратный ток коллектора транзистора vt2 можно использовать резистор 4.7 кОм. Конденсатор C1 повышает устойчивость работы стабилизатора на высоких частотах, можно использовать 0.01 мкФ.

Стабилизатор тока на TL431

На микросхеме tl431 нужно собрать термостабильный стабилизатор тока.

Резистор R2 совместно с транзистором vt1 является своеобразным шунтом на котором с помощью обратной связи поддерживается напряжение 2,5 вольта. Рассчитать ток стабилизации можно по формуле  Iн=2,5/R2.

Индикатор повышения напряжения на TL431

Светодиод начинает светиться когда напряжения превышает заданный порог. Который можно рассчитать по формуле:

R2 = 2,5 х Rl/(Uз — 2,5)

Индикатор изменения напряжения на TL431

Здесь светодиоды будут зажигаться  в зависимости от того напряжение превысило или наоборот стало ниже заданного порога.

Подключение датчиков

Датчики подключают как одно из плеч делителя на управляющий контакт стабилизатора

Один из простых методов проверки TL431

нужно замкнуть его Катод и управляющий электрод

и он должен показывать как обыкновенный стабилитрон на 2,5 вольта.   Для этого можно использовать китайский тестер он будет показывать как два встречных диода один как обыкновенный идиот а другой как стабилитрон на два с половиной вольта

Паяльная станция из китайского набора на жалах Т12Сигнал-402

7 октября 2019 г.Просмотров: 1431В мастерскуюТестеры

1_1-280-210.jpgЗаказал я себе немного тех самых TL431, а это не что иное как интегральная схема трёхвыводного регулируемого параллельного стабилизатора напряжения с улучшенной температурной стабильностью.ДаташитКак я уже не однократно писал, радиоэлементы полученные с Алика, даже с проверенных магазинов, желательно проверять по получению.Для проверки этого элемента можно собрать простенькую схему:y1.jpgРезультат работы схемы должен быть следующий: при таком положении кнопки SB1 как на схеме, на выходе должно быть 5В, при нажатой кнопке — 2,5В, так как судя по Даташиту опорное напряжение равно именно те 2,5В.Собираем на макетке схемку и проводим измерения:14.jpgНа входе 12В:2_1.jpgВ исходном положении положенные 5В:4.jpgВместо кнопки у меня перемычка и опорное напряжение 2,5В:31.jpg Вывод: все соответствует требованиям, это конечно не все, можно было бы заморочиться и проверить все параметры, которые указаны в документации, но в данном случае я не вижу в этом никакого смысла.Когда-то встречал статью о возможности проверить TL431 c помощью универсального тестера, не помню всего, но общий смысл такой, в разных положениях проверяем микросхемку, а это именно микросхемка(!) и запоминаем что нам показывают и сравниваем с эталоном…

но я думаю собрать такую схемку намного проще и информативнее, хотя каждый решает для себя сам))И на последок для чего я все это дело заказал:Схема будет такой:lit.jpgСмысл схемы в отображении критического разряда батареи, куда применять — исходя из предыдущей статьи про перевод универсального тестера на литий, я вам не скажу)))И первые тесты этой схемы:
Схема срабатывает очень четко(!), но есть одно НО, схема отказалась у меня работать с красным светодиодом, а вот с синим, который видно на картинках, работает отлично, пока не разобрался почему, но будем искать, синий мне не нравится. Так же еще потестирую в плане потребления тока, есть ли смысл ставить кнопку или приемлемо оставить постоянно включенным это устройство. Все это я расскажу в следующей статье)Скажу одно есть в планах оснастить рад устройств таким индикатором и даже заказать платки у Китайских друзей, такого опыта у меня еще нет, если будет все подробно расскажу.Используемые источники:

  • https://shematok.ru/stabilizatory/tl431
  • http://schip.com.ua/tl431/
  • https://li-ne.ru/page/kak-proverit-tl431

Рейтинг автора
5
Подборку подготовил
Максим Уваров
Наш эксперт
Написано статей
171
Ссылка на основную публикацию
Похожие публикации