TL431: схема, характеристики, datasheet и аналоги

TL431 это регулируемый стабилизатор напряжения параллельного типа. Иначе его можно назвать «управляемым программируемым стабилитроном”. Предназначена она для применения в роли блока опорного напряжения в различных вариациях схем устройств питания, и, также может служить заменителем диодов Зенера в разнообразных схемах. Вопреки солидному возрасту микросхемы — почти 50 лет — она остается популярной и сейчас. Все благодаря ее размерам, стабильности и простоте подключения. Она обладает хорошими характеристиками, которые позволяют использовать ее как в хоббийных, так и в промышленных масштабах. Помимо прочего, еще одним преимуществом данной микросхемы является низкий уровень шума на ее выходе.

Впервые TL431 было представлено всему миру компанией Texas Instruments еще в 1977 году. За все это время был значительно улучшен технический процесс производства, а значит и точность характеристик в сравнении с указанными в datasheet. С тех пор эта микросхема стала неотъемлемой частью большого множества выпускаемых импульсных блоков питания.

Схема TL431

Рассмотрим схему, которая находится в официальном datasheet производителя Texas Instruments.

Схема довольно простая. На ней изображен самый обыкновенный операционный усилитель (выглядит, как треугольник на картинке), который подключен к транзистору на выходе.

Как работает TL431?

Здесь все элементарно. Операционному усилителю на вход стоит источник опорного напряжения на 2.5В, который подсоединен ко входу. Контакт под кодовым названием REF и коллектор и эмиттер транзистора связаны с контактами питания усилителя. А безопасность обеспечивает защитный диод, который сохранит и убережет микросхему от переполюсовки.

Чтобы открылся выходной транзистор, нужно на вход REF подать сигнал, вольтаж которого будет чуть больше, чем опорное. Так как достаточно превышения в пару милливольт, то смело можем считать, что подаем вольтаж, который равен опорному. В таком случае, на выходе с ОУ идет напряжение на базу транзистора, и он открывается.

Получается, что эта микросхема — вроде полевого транзистора. Она безостановочно сравнивает входной вольтаж с опорным, и, когда напряжение на входе больше, она открывается.

Специально для особо любознательных в даташите TL431 также имеется изображение детализированной схемы:

Как вы видите, даже на показанной развернутой схеме, устройство TL431 не вызывает чувство страха.

Как же радиоэлектронные компоненты выглядят в кремнии?

TL431 очень простая микросхема, и вполне возможно понять её логику на кремниевом уровне пристальным изучением фото. Я покажу, каким же образом транзисторы, резисторы, перемычки и конденсаторы реализованы. А затем уже проведу полный реверс-инжиниринг данной микросхемы.

Реализация транзисторов различных типов

Микросхема использует как n-p-n, так и p-n-p биполярные транзисторы (в отличие от микросхем навроде 6502, в которых использовались MOSFET). Если вы изучали электронику в школе или в университете, вы возможно видели схему n-p-n транзистора (вроде той, что ниже), на которой показаны коллектор (обозначен как C), база (B) и эмиттер (E). Транзистор изображен в виде своеобразного бутерброда с P-слоем между двумя N-слоями, такое расположение слоёв характеризует транзистор как n-p-n. Однако, выясняется, что в микросхеме нет совершенно ничего схожего с этой схемой. Даже база находится не в class=»aligncenter» width=»441″ height=»294″[/img] Символьное обозначение и структура n-p-n транзистора.
На фотографии ниже можно рассмотреть один из транзисторов TL431. Цветовые различия в розовых и фиолетовых регионах вызваны разным легированием кремния, для формирования N и P областей. Светло-желтые области — металлический слой микросхемы, располагающийся поверх кремниевого. Такие области нужны для обеспечения возможности подключения проводников к коллектору, эмиттеру и базе.

В нижней части фотографии нарисовано поперечное сечение, примерно изображающее как конструируется транзистор. [6] Можно заметить, что на нём куда больше деталей, чем в n-p-n бутерброде из книг, Однако, если внимательно присмотреться, то в поперечном сечении под эмиттером (E) можно найти то самое n-p-n, которое формирует транзистор. Проводник эмиттера соединяется с N+ кремнием. Под ним располагается P-слой, подключенный к контакту базы. Еще ниже — слой N+, соединенный с коллектором (не напрямую). [7] Транзистор заключен в P+ кольцо для изоляции от соседних компонентов. Так как большинство транзисторов в TL431 принадлежат к n-p-n типу, то, после того как разобрались в первый раз, их очень просто находить на фотографии и определять нужные контакты.

n-p-n транзистор из фотографии кристалла TL431, и его структура в кремнии.

Выходной n-p-n транзистор намного больше остальных, так как ему необходимо выдерживать полную нагрузку по току. Большинство транзисторов работает с микроамперами, а этот выходной транзистор поддерживает ток до 100 миллиампер. Для работы с такими токами он и сделан более крупным (занимает 6% всего кристалла), и имеет широкие металлические коннекторы на эмиттере и коллекторе.

Топология выходного транзистора сильно отличается от других n-p-n транзисторов. Он создаётся, так сказать, боком, планарная структура вместо глубинной, и база располагается между эмиттером и коллектором. Металл слева подсоединён к десяти эмиттерам (синеватый кремний N-типа), каждый из которых окружен розовым P-слоем, который является базой (средний проводник). Коллектор (правая часть) имеет только один большой контакт. Проводники эмиттера и базы образуют вложенную «гребёнку». Обратите внимание, что металл коллектора становится шире сверху вниз для того, чтобы поддерживать большие токи на нижней части транзистора.

Транзисторы p-n-p типа имеют совершенно другое строение. Они состоят из округлого эмиттера (P), окруженного кольцом базы (N), которую, в свою очередь, обступает коллектор (P). Таким образом, получается горизонтальный бутерброд, вместо обычной вертикальной структуры n-p-n транзисторов. [8]

Схема снизу показывает один из таких p-n-p транзисторов, а поперечное сечение изображает кремниевую структуру. Стоит отметить то, что хотя металлический контакт для базы находится в углу транзистора, он электрически соединен через N и N+ области с активным кольцом, пролегающим между коллектором и эмиттером.

Структура p-n-p транзистора.

Реализация резисторов в микросхеме

Резисторы являются ключевым компонентом почти в любой аналоговой схеме. Они реализованы как длинная полоса легированного кремния. (Похоже, что в этой микросхеме использовался кремний P-типа). Различные сопротивления достигаются использованием различной площади материала — сопротивление пропорционально площади.
Снизу заметно три резистора — их формируют три длинных горизонтальных полоски кремния. Желтоватые металлические проводники проходят через них. Места соединения металлического слоя и резистора выглядят как квадраты. Расположение этих контактов и задаёт длину резистора и, соответственно, его сопротивление. К примеру, сопротивление нижнего резистора немного больше остальных потому, что контакты расположены на большем расстоянии. Верхние два резистора объединены в пару металлическим слоем сверху слева.

Резисторы.

Резисторы в микросхемах имеют очень плохой допуск — сопротивление может различаться на 20% между микросхемами из-за вариаций в производственном процессе. Очевидно, что это серьезная проблема для таких точных микросхем, как TL431. Поэтому TL431 спроектирован таким образом, что важной характеристикой является не конкретное сопротивление, а отношение сопротивлений. Конкретные значения сопротивлений не сильно важны, если сопротивления меняются в одной пропорции. Вторым методом уменьшения зависимости от эффекта изменчивости является сама топология микросхемы. Резисторы располагаются на параллельных дорожках одинаковой ширины для снижения эффекта от любой асимметрии в сопротивлении кремния. Кроме того, они размещены рядом друг с другом для минимизации отклонений в свойствах кремния между разными частями микросхемы. Помимо всего этого, в следующей главе я расскажу о том, как перед корпусированием кристалла можно настроить сопротивления для регулирования производительности микросхемы.

Кремниевые перемычки для настройки сопротивлений

Вот чего я не ожидал в TL431, так это перемычек для подстройки сопротивлений. Во время производства микросхем эти перемычки могут быть удалены для того, чтобы отрегулировать сопротивления и повысить точность микросхемы. На некоторых более дорогих микросхемах есть сопротивления, которые могут быть удалены лазером, просто выжигающим часть резистора перед корпусированием. Точность настройки таким методом куда выше чем у перемычек.
Цепь с перемычкой показана на фото снизу. Она содержит параллельных два резистора (на фото они выглядят как один элемент) и перемычку. В обычном состоянии, эта перемычка шунтирует резисторы. При изготовлении микросхемы, её характеристики могут быть замерены, и если требуется большее сопротивление, то два щупа подсоединяются к площадкам и подаётся высокий ток. Этот процесс сжигает перемычку, добавляя немного сопротивления цепи. Таким образом, сопротивление всей схемы может быть немного подкорректировано для улучшения характеристик микросхемы.

Перемычка для настройки сопротивления

Конденсаторы

TL431 содержит всего два внутренних конденсатора, но они выполнены в двух совершенно разных манерах.
Первый конденсатор (под текстом «TLR431A») сформирован обратносмещенным диодом (красноватые и фиолетовые полосы). У инверсного слоя в диоде есть ёмкостное сопротивление, которое может быть использовано для формирования конденсатора (подробнее). Главное ограничение такого типа конденсаторов в том, что ёмкостное сопротивление разнится в зависимости от напряжения, потому что меняется ширина инверсного слоя.

Конденсатор, образованный p-n переходом. Вендорная строка написана с помощью металла, нанесенного поверх кремния.

Второй конденсатор сконструирован совершенно другим методом, и больше похож на обычный конденсатор с двумя пластинами. Даже не на что поглядеть — он состоит из большой металлической пластины с подложкой из N+ кремния в качестве второй пластины. Для того чтобы уместиться рядом с другими частями цепи, он имеет неправильную форму. Данный конденсатор занимает около 14% площади кристалла, иллюстрируя то, что конденсаторы в микросхемах очень неэффективно используют пространство. В даташите упоминается, что оба конденсатора по 20 пикоФарад, но я не знаю насколько этому можно верить.

Конденсатор.

Виды TL431

TL431 производится в различных вариациях корпусов. В соответствии с типом монтажа, вы можете подобрать подходящий к вашему проекту. В целях монтажа в отверстия на плате и навесного монтажа: TO-92, а для поверхностного монтажа: SOT-23, SOT-25, SOT-89 и SOP-8.

Для прототипирования и простых самоделок без использования печатных плат наиболее удобным вариантом является TO92, так как ее можно использовать как совместно с breadboard, так и с навесным монтажем.

Чем можно заменить

Заменить устройство сегодня можно отечественным и зарубежным аналогом. Отлично справляются со своей задачей TL431, TL431A, TL431ACD, TL431ACZ, TL431CLP, TL431CD и другие.

Основной аналог цоколевки TL 431 — TL431CD

В целом, цоколевка TL431 является регулируемым стабилитроном, используемым как источник опорного напряжения в разных блоках питания. С самого начала выпуска ее использовали в компьютерах, ноутбуках и прочей электронике. Принцип ее работы прост: операционный усилитель открывает транзистор и к аноду начинает протекать ток. Имеет свое реле, стабилизатор тока и зарядник. Аналогом оборудования служит TL431CLP, TL431CD и другие.

Подключение TL431

Вне зависимости от типа корпуса, микросхема имеет 3 контакта. А в корпусах с большим количеством ножек, остаток не используется или дублирует основные 3. Здесь вы можете увидеть цоколевку (распиновку) всех вариантов TL431.

Минимальная схема подключения состоит всего лишь из одного резистора. На выходе данной схемы напряжение будет равно опорному — 2.5В.

Реверс-инжиниринг TL431

Промаркированный кристалл TL431.
На схеме сверху выделены и поименованы элементы на кристалле, и затем перенесены на чертеж снизу. После всех разъяснений ранее, я думаю, структура любого элемента должна быть ясна. Три пина микросхемы подсоединены к площадкам «ref», «anode» и «cathode». Микросхема имеет один уровень металлизации (светло-желтый) для соединения компонентов. На чертеже сопротивление задаётся относительно неизвестного R. Наверное, 100 Ом вполне подходит, но я не знаю точного значения. Самым большим сюрпризом было то, что характеристики элементов сильно отличились от тех, что были опубликованы ранее в других схемах. Данные характеристики фундаментально сказываются на том, как в целом работает стабилитрон с напряжением запрещённой зоны. [9]

Чертеж TL431

Схемы с использованием TL431

Микросхема может использоваться во многих разных схемах блоков питания. Это могут быть как регулируемые блоки питания, так и зарядные устройства к аккумуляторам. Давайте разберем несколько базовых, типовых схем, которые можно модернизировать, и на базе которых можно создавать свои замыслы и творения.

Стабилизатор напряжения на TL431 (2.5-36В, 100mA)

Данная схема позволяет заменить обыкновенный стабилитрон. Вы можете менять выходное напряжение путем изменения сопротивления резисторов R1 и R2. Чтобы провести расчет сопротивления, рекомендуем прибегнуть к использованию формулы, указанной ниже:

Стабилизатор напряжения с увеличенным максимальным током (2.5-36В)

Максимальный выходной ток TL431 равен 100мА. Однако, если вашему проекту нужен больший показатель выходного тока, то советуем вам использовать транзистор: тогда максимальный ток будет зависеть от его характеристик. Формула для расчета сопротивлений резисторов остается такой же.

Подобные схемы часто используются с другими микросхемами.К сожалению, большинство из них просто не могут пропускать высокий ток, поэтому, чтобы решить такую проблему, в дело вступает управляющий транзистор. В таком случае максимальный ток ограничивается его свойствами. Главная задача здесь — правильный подбор транзистора под управляющее напряжение на его базе.

Лабораторный блок питания на TL431 с защитой

Данная схема представляет собой регулируемый блок питания, который способен выдавать до 30Вт. И помимо этого имеет встроенную защиту от перегрузки. В случае, если ток начнет превышать допустимое значение на транзисторе Т2, то на ЛБП произойдет прекращение подачи напряжения, о чем будет сигнализировать загоревшийся светодиод.

Не стоит забывать использовать охлаждение в виде радиатора, ведь компоненты во время пиковых нагрузок будут быстро нагреваться, и со временем при частых перегревах, выходить из строя.

Стабилизатор тока на TL431 (Светодиодный драйвер)

Чаще всего стабилизаторы тока используются для запитывания светодиодов и светодиодных лент. Схема тут элементарная — вам понадобятся всего лишь пара резисторов и один транзистор.

Индикатор напряжения

Схема может понадобиться, когда вам необходимо следить за тем, чтобы напряжение не выходило за верхние и нижние пределы. Эти пределы задаются сопротивлением резисторов, по формуле, указанной ниже.

Данную схему можно модернизировать путем добавления пищалок или других звуковых устройств. Таким образом точно не получится пропустить сигнал о неправильном напряжении.

Таймер задержки на TL431

Универсальная микросхема, на которой есть возможность реализовать даже схему таймера задержки. Все, что вам понадобится — это пара резисторов и конденсатор. Их номиналы необходимо рассчитать по формуле, чтобы получить требуемое время задержки (формула указана ниже).

Такая схема возможна благодаря очень низкому показателю входного тока (4мкА). Во время замыкания главного контакта, транзистор начинает производить зарядку. После достижения показателя в 2.5В он открывается, и ток при содействии оптопаровому светодиоду (оптрону) начинает течь, от чего на внешней цепи происходит замыкание.

Зарядное устройство для литиевых аккумуляторах на TL431 и LM317

Эта простейшая схема позволяет правильно заряжать литиевые аккумуляторы. В этой зарядке TL431 используется в качестве источника опорного напряжения, а LM317 в качестве источника тока. Устройство заряжает аккумуляторы методом CC CV, означает, как все знают, постоянный ток (Constant Current), постоянное напряжение (Constant Voltage).

Входное напряжение для этой схемы — 9-20В. Сначала аккумулятор заряжается постоянным током, который поддается изменению, меняя сопротивление резистора R5. После того, как аккумулятор достигнет напряжения около 4.2В, он начинает заряжаться постоянным напряжением.

Учтите, что очень важно перед использованием настроить устройство: без нагрузки необходимо подстроить переменный резистор RV1 так, чтобы на выходе напряжение было равно 4.2 Вольта.

Источник опорного напряжения TL431

В то же время ток светодиода очень круто зависит от питающего напряжения. Выпускаются радиоконструкторы для самостоятельной сборки своими руками.

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.

Вследствие этого напряжение на управляющем контакте TL ниже заданного уровня, из-за этого светодиод не горит.

Общее описание TL TL — регулируемый или программируемый регулятор напряжения.

Если же светодиод совсем не светится, то это означает что контролируемое напряжение на уровне заданного порога 0,05…0,1В. 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. Если потенциал ниже порога установленного делителем R1 и R2, то светодиод горит зеленым цветом, если же выше порогового значения, то светодиод горит красным цветом.

Она также находит применение практически во всех маломощных импульсных источниках питания. При этом сопротивление резистора должно быть около 20 Ом, мощность рассеивания — 18 мВт. Как сделать индикатор напряжения 2,5-36 Вольт

Как проверить TL431

Так как это не одиночный радиокомпонент, а целая схема, заключенная в маленький корпус, мы не можем проверить ее одним лишь мультиметром, ведь в ней содержится только 10 штук транзисторов, не говоря об остальных компонентах. Проверка сопротивлений между выводами не принесет никакой полезной информации, так как от партии к партии и от производителя к производителю референсные значения разнятся.

Поэтому, как и для проверки большинства микросхем, необходимо собрать простейшую схему с ее использованием. Такой схемой может послужить приведенная ниже

При подаче на вход 12В на выходе должно быть 5В, а при замыкании S1 на выход должно идти опорной напряжение микросхемы TL431 — 2.5В. Вы можете подобрать свои значения. Важно, чтобы они соответствовали формуле:

Если все значения подходят — значит микросхема рабочая и ее можно использовать в проекте. Если собрать небольшой стенд с такой схемой на breadboard, то получится конвейерно проверять большое количество TL431 и ей подобных микросхем.

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.

Применение TL431

Эта микросхема может использоваться в различных устройствах питания различной мощности. TL431 используется в производстве блоков питания, ЛБП, стабилизаторов напряжения и тока, и прочего.

Эта микросхема может служить обычным компаратором, но благодаря внутреннему опорному источника питания схемы с таким использованием TL431 значительно упрощаются. В таком случае на ней можно создать схему терморегулятора и прочих устройств для считывания сигналов с аналоговых датчиков. А так же может служить индикатором напряжения. В том числе и звуковым.

Но чаще всего оно применяется в качестве источника опорного питания в связке с другими микросхемами, так как выдает его очень стабильно. Существует множеством схем, где TL431 используется в связке с LM317 — другим популярным регулируемым стабилизатором.

Самоделки, хобби, увлечения.

Выбранный вариант зависит от назначения устройства.

Теперь кратко назначение компонентов: Резистор R2 он является ограничителем тока базы транзистора vt1 можно использовать от до ом. Чтобы стабилизировать токи на уровне единиц и десятков Ампер одним транзистором в компенсационном стабилизаторе не обойтись, нужен промежуточный усилительный каскад.

В первую очередь это просто электрическое напряжение. Когда вода достигнет датчика, его сопротивление уменьшается, а микросхема через резисторы R1 R2 входит в линейный режим. Все особенности и типовые схемы включения указаны в datasheet на русском языке. При таком включении контролируемое напряжение может находиться в пределах от трех, до нескольких десятков вольт. Резистор R2 совместно с транзистором vt1 является своеобразным шунтом на котором с помощью обратной связи поддерживается напряжение 2,5 вольта.

Кому лень читать

В трехвыводном корпусе этой микросхемы спрятано 10 транзисторов, а функция, выполняемая ею, одинакова с обычным стабилитроном диод Зенера. В качестве излучателя можно применить излучатель ЗП А теперь перейдем к рассмотрению различных конструкций на базе микросхемы TL Силовые элементы с радиаторами, диодными мостами тоже там есть. Если такая мощность не нужна, можно сократить количество светодиодов до одного.

Для получения более высокого выходного тока может быть использована следующая схема. Рисунок 1. Основная область применения микросхемы TL, конечно же блоки питания.

Необходимое выходное напряжение может быть установлено с помощью всего двух внешних резисторов делитель напряжения , подключенных к выводу REF. Резистор в этой схеме рассчитывается по следующей формуле: где Ist — ток TL, а Il — ток нагрузки. Аналоги имеют совершенно другие температурные параметры. 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. Lm317T сборка схемы

Аналоги TL431

Так, как микросхема обрела большую популярность, сейчас не составляет труда найти ее аналоги. Если вы ищете аналоги от отечественных производителей, то вот список для вас:

КР142ЕН19
КР142ЕН19А
К1156ЕР5Т

Самыми полноценными аналогами являются:

IR943N
TL432
LM431

Также на замену Tl431 можно использовать:

KA431AZ
KIA431
HA17431VP
IR9431N
AME431BxxxxBZ
AS431A1D
LM431BCM
HA17431A, KIA431
APL1431

Для большинства из этих вариантов, схему менять не придется. Но стоит проверять datasheet каждой из них, чтобы быть уверенным, что цоколевка не отличается от 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.

Безопасная эксплуатация TL431

При эксплуатации необходимо соблюдать параметры внешней среды, описанные производителем. Это необходимо не только для большего срока службы компонента, но также для его предсказуемого поведения. На таблице ниже отображены характеристики TL431 при температуре 25°C.

Нельзя перегружать элемент, его максимальное входное напряжение — 36В.

Лучше всего, чтобы ток нагрузки был не меньше 5мА, иначе микросхема может работать нестабильно и непредсказуемо.

Устройство и принцип действия

По внешнему виду устройство напоминает обыкновенный транзистор. Однако, несмотря на три вывода, в состав интегральной схемы (ИС) tl431a входят:

операционный усилитель (ОУ);
источник опорного (эталонного) напряжения UREF;
транзистор, включенный на выходе.

ИС тл431 выполняет контроль такого параметра, как напряжение, и носит название управляемого стабилитрона.

Внимание! Эталонное (опорное) напряжение (UREF) необходимо не для питания цепей микросхемы, а для того чтобы, опираясь на значение этого напряжения, производить стабилизацию на выходе ИС.

Устройство управляемого стабилитрона

Если провести аналогию с транзистором, то выполненный с применением биполярных триодов параллельный стабилизатор напряжения (СН) так же обладает тремя выводами:

«база» – управляющий вход (R0);
«коллектор» – катод (C);
«эмиттер» – анод (А).

При работе СН к управляющему входу (R0) и аноду (А) прикладывается положительный потенциал. Ток IКА, протекающий по цепи «катод – анод», представляется стабилизированным выходным сигналом.

Важно! ОУ в составе ИС сравнивает значение UREF с U входящим и на основании этого выполняет стабилизацию. В этой ИМС UREF равно 2,5 В и вырабатывается встроенным источником.

Иными словами, транзистор, установленный на выходе ОУ, откроется тогда, когда подаваемое на вход напряжение будет равно или чуть превысит UREF.

Принципиальная схема

Как следует из схемы, на электроде R расположен делитель напряжения из резистивных элементов. Используя внешние делители, реально организовать стабилизацию в интервале Uвх = 2…36 В. При этом максимальный ток может достигать 100 мА.

Интересно. Если накоротко замкнуть выводы первый и третий и не использовать делитель, то напряжение стабилизации такого управляемого стабилизатора будет равно 2,5 В.

Производители TL431

Из-за своей невероятной популярности, TL431 производится почти всеми наиболее крупными предприятиями, которые специализируются на производстве микросхем. Однако, не все из них продаются в СНГ, множество продаются только за рубежом. Среди тех компаний, чья продукция поступает к нам:

Texas Instruments
ONS
STM
Nexperia
HTC
NXP Semiconductors

Остальные изготовители этой продукции, чья продукция недоступна у нас: Hotchip Technology, Calogic, Motorola, HIKE Electronics, Fairchild Semiconductor.

Схемы включения

Стабилизатор LM317 зарекомендовал себя универсальной микросхемой способной стабилизировать напряжение и Амперы. За десятки лет разработаны сотни схем включения LM317T различного применения. Основное назначение, это стабилизатор напряжения в блоках питания. Для увеличения силы количества Ампер на выходе есть несколько вариантов:

подключение параллельно;
установка на выходе силовых транзисторов, получим до 20А;
замена на мощные аналоги LM338 до 5A или LM350 до 3А.

Для построения двухполярного блока питания применяются стабилизаторы отрицательного напряжение LM337.

Считаю, что параллельное подключение не самый лучший вариант из-за разницы в характеристиках стабилизаторов. Невозможно настроить несколько штук точно на одинаковые параметры, чтобы распределить нагрузку равномерно. Благодаря разбросу, на один нагрузка всегда будет больше чем на другие. Вероятность выхода из строя нагруженного элемента выше, если он сгорит, то резко возрастёт нагрузка на другие, которые могут не выдержать её.

Чтобы не подключать параллельно, лучше использовать для силовой части DC-DC преобразователя напряжения транзисторы на выходе. Они рассчитаны на большой ток и отвод тепла у них лучше из-за больших размеров.

Современные импульсные микросхемы уступают по популярности, её простоту трудно превзойти. Стабилизатор тока на lm317 для светодиодов прост в настройке и расчётах, в настоящее время до сих пор применяется на небольших производствах электронных блоков.

Светодиодный драйвер

Светодиодный драйвер до 5А

Зарядное для аккумуляторов

Регулируемый двухполярный блок питания от 0 до 36В

Двухполярный БП LM317 и LM337, для получения положительного и отрицательного напряжения.

Что из себя представляет микросхема TL431

Эту микросхему, разработанную в 70-х годах ХХ века, часто называют «регулируемым стабилитроном», и на схеме обозначают, как стабилитрон с двумя классическими выводами – анодом и катодом. Также имеется третий вывод, о назначении которого позже. На вид микросборка стабилитрон совсем не напоминает. Выпускается, как обычная микросхема, в нескольких вариантах корпуса. Изначально изготавливались варианты только под плату с отверстиями (true hole), с развитием SMD-технологий TL431 стали «упаковывать» и в корпуса для поверхностного монтажа, включая популярные SOT с различным количеством выводов. Минимально необходимое для работы количество ног – 3. Некоторые корпуса содержат большее количество выводов. Излишние ножки либо никуда не подключены, либо задублированы.

Цоколёвка TL431

Стабилизатор напряжения на транзисторе

У интегральной микросхемы tl431 datasheet – это графическое изображение, условно напоминающее деталь и распиновку выводов с обозначением их номера и названия. В зависимости от конструктивного исполнения, следует рассматривать ту цоколёвку, которая подходит для конкретной модели. Например, микросхема tl431 может иметь буквенные индексы после цифр: tl431a, tl431c, tl431ac. Обычно шестая буква в маркировке определяет точность ИМС:

2% – буквы нет;
1% – буква А;
0,5% – буква В.

Даташит тл431 в зависимости от модели и конструкции

Графики электрических характеристик

Графическое построение для различных параметров можно увидеть в техническом описании, сопровождающем данный электронный элемент.

Графики параметрических процессов

Применение управляемого стабилитрона в построении электронных схем не вызывает особых трудностей. Невысокая стоимость и доступность делают ИС TL431 микросхемой широкого применения. При демонтаже и монтаже на готовых платах можно ориентироваться на обозначения названий выводов, которые наносятся на поверхность платы.

Расчет стабилизатора напряжения на TL431

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

Данные из даташита:

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

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

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

Округленное значение R3 будет равно 10 кОм.

Чтобы рассчитать R1 нужно прикинуть входной ток схемы. Он складывается из тока TL431, тока нагрузки и тока делителя напряжения.

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

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

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

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

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

R1 = 300 Ом R2 = 10 кОм R3 = 10 кОм

Примерно так, без учета нюансов.

Реверс-инжиниринг TL431, крайне распространенной микросхемы, о которой вы и не слышали