Tl431 регулировка тока и 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.

Читайте также:  Как разобрать перфоратор интерскол п 26 800

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.

Индикаторы и сигнализаторы на регулируемом стабилитроне TL431

Сигнализатор превышения напряжения

Работа такого сигнализатора основана на том, что при напряжении на управляющем электроде стабилитрона DA1 (вывод 1) менее 1,25 В стабилитрон закрыт, через него протекает лишь небольшой ток, как правило, не более 0,3…0,4 мА. В некоторых моделях светодиодов этого тока достаточно для очень слабого свечения. Чтобы этого явления не наблюдалось, достаточно параллельно светодиоду подключить резистор сопротивлением примерно 2…3 КОм. Схема сигнализатора превышения напряжения показана на рисунке 2.Если же напряжение на управляющем электроде превысит 1,25 В, стабилитрон откроется и засветится светодиод. Необходимое ограничение тока через стабилитрон и светодиод обеспечивает резистор 1 kOm. Максимальный ток стабилитрона составляет 100 мА, в то время как тот же параметр у светодиода всего 20 мА. Именно из этого условия и рассчитывается сопротивление резистора. Прирасчете не следует забывать о том, что максимальное напряжение для стабилитрона TL431 всего 36 В. Этот параметр также превышать нельзя.
Напряжение на управляющем электроде, при котором загорается светодиод (Uз) задается делителем. Параметры делителя рассчитываются по формуле:
R2 = 1,25*R1/(Uз – 1,25). Для более точной настройки порога срабатывания можно вместо резистора R2 установить подстроечный, номиналом раза в полтора больше, чем получилось по расчету. После того, как настойка произведена, его можно заменить постоянным резистором, сопротивление которого равно сопротивлению введенной части подстроечного.

Индикатор пониженного напряжения

При необходимости подключения исполнительного устройства можно использовать правую часть чертежа. Либо реализовать задуманное на тиристоре или сразу подключив оптопару со встроенным тиристором.

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

Если требуется следить за изменением какой-либо физической величины, то резистор R2 можно заменить датчиком, изменяющим сопротивление под действием окружающей среды. Подобное устройство показано на рисунке 5.

Кроме перечисленных световых индикаторов возможно собрать и звуковой индикатор.

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 ЗП-3. питание устройства 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.

Ниже приводится схема и печатка еще одного светодиодного индикатора с использованием микросхемы типа TL(LM)431 и дается описание ее работы.

В заключение хотелось бы обратить внимание читателей, что при практическом использовании вышеописанной схемы LED индикатора понижения напряжения питания целесообразно включить крайние выводы подстроечного сопротивления R1 в схему через ограничительные резисторы. Это обеспечит более точную установку напряжения переключения светодиодов и облегчит процесс настройки схемы.

Дерзайте, господа творческие личности!

Вот, еще нашел кой какой материал в других источниках. Извините, если повторюсь.

Описание регулируемого стабилитрона TL431.

Микросхема TL431 – это регулируемый стабилитрон. Используется в роли источника опорного напряжения в схемах различных блоков питания.

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);

Точность опорного источника напряжения TL431 зависит от 6-той буквы в обозначении:

Видно, что TL431 может работать в широком диапазоне напряжений, но вот токовые способности не так велики всего 100 мА, да и мощность рассеиваемая такими корпусами не превышает сотен мили Ватт. Для получения более серьезных токов интегральный стабилитрон стоит использовать как источник опорного напряжения, регулирующую функцию доверив мощным транзисторам.

Функциональная схема

TL431 одна из самых массово выпускаемых интегральных микросхем, с начала своего выпуска в 1978 году TL431 устанавливалась в большинство блоков питания компьютеров, ноутбуков, телевизоров, видео-аудио техники и другой бытовой электроники.
TL431 является прецизионным программируемым источником опорного напряжения. Такая популярность обусловлена низкой стоимостью, высокой точностью и универсальностью.

Принцип работы TL431 легко понять по структурной схеме: если напряжение на входе источника ниже опорного напряжения Vref, то и на выходе операционного усилителя низкое напряжение соответственно транзистор закрыт и ток от катода к аноду не протекает (точнее он не превышает 1 мА). Если входное напряжение станет превышать Vref, то операционный усилитель откроет транзистор и от катода к аноду начнет протекать ток.

Цоколевка TL431

TL431 имеет три вывода: катод, анод, вход.

Аналоги TL431

Отечественными аналогами TL431 являются:

  • КР142ЕН19А
  • К1156ЕР5Т

К зарубежным аналогам можно отнести:

  • KA431AZ
  • KIA431
  • HA17431VP
  • IR9431N
  • AME431BxxxxBZ
  • AS431A1D
  • LM431BCM

Схемы включения TL431

Микросхема стабилитрон TL431 может использоваться не только в схемах питания. На базе TL431 можно сконструировать всевозможные световые и звуковые сигнализаторы. При помощи таких конструкций возможно контролировать множество разнообразных параметров. Самый основной параметр – контроль напряжение.

Переведя какой-нибудь физический показатель при помощи различных датчиков в показатель напряжения, возможно изготовить прибор, отслеживающий, например, температуру, влажность, уровень жидкости в емкости, степень освещенности, давление газа и жидкости. ниже приведем несколько схем включения управляемого стабилитрона TL431.

Стабилизатор тока на TL431

Данная схема является стабилизатором тока. Резистор R2 выполняет роль шунта, на котором за счет обратной связи устанавливается напряжения 2,5 вольт. В результате этого на выходе получаем постоянный ток равный I=2,5/R2.

Читайте также:  Технотрон устройство намотки проволоки тт 504

Индикатор превышения напряжения

Работа данного индикатора организована таким образом, что при потенциале на управляющем контакте TL431 (вывод 1) меньше 2,5В, стабилитрон TL431 заперт, через него проходит только малый ток, обычно, менее 0,4 мА. Поскольку данной величины тока хватает для того чтобы светодиод светился, то что бы избежать этого, нужно просто параллельно светодиоду подсоединить сопротивление на 2…3 кОм.
В случае превышения потенциала, поступающего на управляющий вывод, больше 2,5 В, микросхема TL431 откроется и HL1 начнет гореть. Сопротивление R3 создает нужное ограничение тока, протекающий через HL1 и стабилитрон TL431. Максимальный ток проходящий через стабилитрон TL431 находится в районе 100 мА. Но у светодиода максимально допустимый ток составляет всего 20 мА. Поэтому в цепь светодиода необходимо добавить токоограничивающий резистор R3. Его сопротивление можно рассчитать по формуле:

R3 = (Uпит. – Uh1 – Uda)/Ih1

где Uпит. – напряжение питания; Uh1 – падение напряжения на светодиоде; Uda – напряжение на открытом TL431 (около 2 В); Ih1 – необходимый ток для светодиода (5…15мА). Также необходимо помнить, что для стабилитрона TL431 максимально допустимое напряжение составляет 36 В.

Величина напряжения Uз при котором срабатывает сигнализатор (светится светодиод), определяется делителем на сопротивлениях R1 и R2. Его параметры можно подсчитать по формуле:

R2 = 2,5 х Rl/(Uз – 2,5)

Если необходимо точно выставить уровень срабатывания, то необходимо на место сопротивления R2 установить подстроечный резистор, с бОльшим сопротивлением. После окончания точной настройки, данный подстроичник можно заменить на постоянный.

Иногда необходимо проверять несколько значений напряжения. В таком случае понадобятся несколько подобных сигнализатора на TL431 настроенных на свое напряжение.

Проверка исправности TL431

Выше приведенной схемой можно проверить TL431, заменив R1 и R2 одним переменным резистором на 100 кОм. В случае, если вращая движок переменного резистора светодиод засветиться , то TL431 исправен.

Индикатор низкого напряжения

Разница данной схемы от предшествующей в том, что светодиод подключен по иному. Данное подключение именуется инверсным, так как светодиод светится только когда микросхема TL431 заперта.

Если же контролируемое значение напряжения превосходит уровень, определенный делителем Rl и R2, микросхема TL431 открывается, и ток течет через сопротивление R3 и выводы 3-2 микросхемы TL431. На микросхеме в этот момент существует падение напряжения около 2В, и его явно не хватает для свечения светодиода. Для стопроцентного предотвращения загорания светодиода в его цепь дополнительно включены 2 диода.

В момент, когда исследуемая величина окажется меньше порога определенного делителем Rl и R2, микросхема TL431 закроется, и на ее выходе потенциал будет значительно выше 2В, вследствие этого светодиод HL1 засветится.

Индикатор изменения напряжения

Если необходимо следить всего лишь за изменением напряжения, то устройство будет выглядеть следующим образом:
В этой схеме использован двухцветный светодиод HL1. Если потенциал ниже порога установленного делителем R1 и R2, то светодиод горит зеленым цветом, если же выше порогового значения, то светодиод горит красным цветом. Если же светодиод совсем не светится, то это означает что контролируемое напряжение на уровне заданного порога (0,05…0,1В).

Работа TL431 совместно с датчиками

Если необходимо отслеживать изменение какого-нибудь физического процесса, то в этом случае сопротивление R2 необходимо поменять на датчик, характеризующейся изменением сопротивления вследствие внешнего воздействия.
Пример такого модуля приведен ниже. Для обобщения принципа работы на данной схеме отображены различные датчики. К примеру, если в качестве датчика применить фототранзистор, то в конечном итоге получится фотореле, реагирующее на степень освещенности. До тех пор пока освещение велико, сопротивление фототранзистора мало.
Вследствие этого напряжение на управляющем контакте TL431 ниже заданного уровня, из-за этого светодиод не горит. При уменьшении освещенности увеличивается сопротивление фототранзистора. По этой причине увеличивается потенциал на контакте управления стабилитрона TL431. При превышении порога срабатывания (2,5В) HL1 загорается.
Данную схему можно использовать как датчик влажности почвы. В этом случае вместо фототранзистора нужно подсоединить два нержавеющих электрода, которые втыкают в землю на небольшом расстоянии друг от друга. После высыхания почвы, сопротивление между электродами возрастает и это приводит к срабатыванию микросхемы TL431, светодиод загорается.
Если же в качестве датчика применить терморезистор, то можно сделать из данной схемы термостат. Уровень срабатывания схемы во всех случаях устанавливается посредством резистора R1.

TL431 в схеме со звуковой индикацией

Помимо приведенных световых устройств, на микросхеме TL431 можно смастерить и звуковой индикатор. Схема подобного устройства приведена ниже.

Данный звуковой сигнализатор можно применить в качестве контроля за уровнем воды в какой-либо емкости. Датчик представляет собой два нержавеющих электрода расположенных друг от друга на расстоянии 2-3 мм.

Как только вода коснется датчика, сопротивление его понизится, и микросхема TL431 войдет в линейный режим работы через сопротивления R1 и R2. В связи с этим появляется автогенерация на резонансной частоте излучателя и раздастся звуковой сигнал.

Калькулятор для TL431

Для облегчения расчетов можно воспользоваться калькулятором:

Самый простейший тип стабилизатора – параметрический, можно легко построить на TL431: для задания напряжения стабилизации понадобятся два резистора R1 и R2, напряжение на которое будет ‘запрограммирована’ TL431 можно определить по формуле:
Uвых=Vref( 1 + R1/R2 ).
Получается чем больше соотношение R1 к R2, тем больше выходное напряжение. Микросхема фактически стабилизирует напряжение на своем входе на уровне 2,5 В. Задавшись значением сопротивления R2 и требуемое выходное напряжение, рассчитать R1 можно по формуле:
R1=R2( Uвых/Vref – 1 ).
В данной схеме R3 рассчитывается точно также, как если бы использовался обычный стабилитрон, т.е. зависит от выходного напряжения, диапазона входного напряжения и диапазона токов нагрузки. Но есть и существенное отличие: в этой схеме на выход не стоит устанавливать конденсатор, так как этот конденсатор может вызвать генерацию паразитных колебаний. В схеме с обычным стабилитроном таких проблем не возникает.

Читайте также:  Ручной ткацкий станок своими руками

Компенсационные стабилизаторы напряжения

Принцип компенсационного стабилизатора на TL431 такой же как и на обычном стабилитроне: разность напряжений между входом и выходом компенсирует мощный биполярный транзистор. Но точность стабилизации получается выше, за счет того что обратная связь берется с выхода стабилизатора. Резистор R1 нужно рассчитывать на минимальный ток 5 мА, R2 и R3 рассчитываются, также как для параметрического стабилизатора (рис 1.)

Чтобы стабилизировать токи на уровне единиц и десятков Ампер одним транзистором в компенсационном стабилизаторе не обойтись, нужен промежуточный усилительный каскад. Оба транзистора работают по схеме с эмиттерного повторителя, т.е. происходит усиление тока, а напряжение не усиливается.
На рисунке представлена реальная схема компенсационного стабилизатора на TL431, в ней появились новые компоненты: резистор R2 ограничивающий ток базы VT1 (например 330 Ом), резистор R3 – компенсирующий обратный ток коллектора VT2 (что особенно актуально при нагреве VT2) (например 4,7 кОм) и конденсатор C1 – повышающий устойчивость работы стабилизатора на высоких частотах (например 0,01 мкФ) (рис 2).

Стабилизатор тока

Следующая схема представляет собой термостабильный стабилизатор тока. Резистор R2 является своеобразным шунтом на котором с помощью обратной связи поддерживается напряжения 2,5 В. Таким образом если пренебречь током базы по сравнению с током коллектора, то получим ток на нагрузке Iн=2,5/R2. Если значение подставлять в Омах, то ток будет в Амперах, если подставлять в кило Омах, то ток будет в мили Амперах.

Реле времени

TL431 нашел свое применение не только как источник опорного напряжения, а и во многих других применениях. Например благодаря тому что входной ток TL431 составляет 2-4мкА, то на основе этой микросхемы можно построить реле времени: при размыкании контакта S1 C1 начинает медленно заряжаться через R1, а когда напряжение на входе TL431 достигнет 2,5 В выходной транзистор DA1 откроется и через светодиод оптопары PC817 начнет протекать ток, соответственно откроется и фототранзистор и замкнет внешнюю цепь.
В этой схеме резистор R2 ограничивает ток через оптрон и стабилизатор (например 680 Ом), R3 нужен чтобы предупредить зажигание светодиода от тока собственных нужд TL431 (например 2 кОм).

Простое зарядное устройство для литиевого аккумулятора.

Главное отличие зарядного устройства от блока питания – четкое ограничение зарядного тока. Следующая схема имеет два режима ограничения:
– по току;
– по напряжению;

Пока напряжение на выходе меньше 4,2 В ограничивается выходной ток, при достижении напряжением величины 4,2 В начинает ограничиватся напряжение и ток заряда снижается.
На следующей схеме ограничение тока осуществляют транзисторы VT1, VT2 и резисторы R1-R3. Резистор R1 выполняет функцию шунта, когда напряжение на нем превышает 0,6 В (порог открывания VT1), транзистор VT1 открывается и закрывает транзистор VT2. Из-за этого падает напряжение на базе VT3 он начинает закрываться и следовательно снижается выходное напряжение, а это ведет к снижению выходного тока. Таким образом работает обратная связь по току и его стабилизация. Когда напряжение подбирается к уровню 4,2 В в работу начинает вступать DA1 и ограничивать напряжение на выходе зарядного устройства.

А теперь список номиналов компонентов схемы:

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 резисторов (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.