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 параметры
Свойства
Предлагаем рассмотреть максимально допустимые рабочие свойства микросхемы. Если при его применении они будут превышены, то устройство будет неминуемо выходить из строя. Длительная эксплуатация с характеристиками, которые близки к предельному значению, тоже недопустимы. Рассмотрим их подробнее:
Напряжение выходного типа, катодное (VКА), по отношению к анодному выводу до 37 В.
- Вероятные токовые значения – для катодного значения непрерывного на выходе (IКА) составляет 100-150 мА, а для обратного при вхождении от 50 до 10 мА.
- Типичный импеданс бывает от 0.22 Ом.
- Мощность рассеиваемого типа (для различных видов упаковки) РD: 0.75 Вт (SO-8); 0,33 Вт (SOT-23); 0,5 Вт (SOT-25); 0.8 Вт (SOT-89) и 0,78 Вт (ТО-92).
- Кристаллическая температура (ТJ) – рабочая от -40 до +70 градусов (для определенных автомобильных версий).
- Температура хранения составляет от -65 до +155 градусов.
Рекомендуемые эксплуатационные параметры
При рабочих условиях рекомендованные значения применения стабилизатора является входное напряжение опорного типа не более 36 В, катодный ток должен быть от 1 до 100 мА, а также соблюдение режимов температуры при применении. Следует учесть, что при IКА< 5мА эта микросхема может работать нестабильно. Ниже есть электрические параметры устройства, которые замерены при температурном уровне ТА=25 градусов.
Схемы подключения
Требуется разобраться, как работает элемент на примере простой схемы стабилизации, которая состоит непосредственно из стабилитрона и 1 резистора. В катод требуется подключить положительный, а в анод минусовой полюс для запитки. Для подключения микросхемы, на ее управляющий электрод требуется подавать опорное напряжение. Если значение стабилизатора ТL получится больше 2.5 В, то стабилитрон практически сразу откроется и начинает пропускать через себя электрический ток, которым можно запитывать требуемую нагрузку. Его значение начнет расти вместе с увеличением уровня Vin. А вот ток можно определить по формуле IKA = (Vin— Vref)/R. При этом напряжение выходного типа будет стабилизовано на уровне опорного, которое не более 2.5 В и вне зависимости от подаваемого на входе Vin. Максимальное значение IKA у стабилизатора ограничено не просто 100 мА, но и мощностью корпусного рассеивания.
Расчет параметрической стабилизационной схемы
Регулирование напряжения стабилизации
Для выстраивания схем с возможность регулирования вручную напряжения на выходе, вместо простого первого резистора устанавливают потенциометр. Номинал резистора ограничительного типа, который оказывает сопротивление току на входу, требуется рассчитать по формуле R=(VIN-VКА)/ IIN. При этом IIN = IKA+ IL. Несмотря на преимущества микросхемы, у нее есть достаточно существенный минус – малый ток в нагрузке, который она может выдержать. Для решения такой проблемы в схему требуется подключать полевые или мощные биполярные транзисторы. Примеры разных схем можно увидеть в видео.
Аналоги стабилизатора
Есть микросхемы отечественного производства, которые похожи по своим свойствам на рассматриваемую. Это линейный российский стабилизатор КР142ЕН19. Больше всего подойдут IR943N, ТL432 и LМ431. К устройствам с такой цоколевкой, но немного иными остальными электрическими характеристиками можно отнести НА17431А и КIА431. В роли замены еще можно попробовать применять АРL1431.
Схемы включения TL431
Параметрический стабилизатор напряжения
Тл431, цоколевка которого начертана на схеме, может включаться в различных вариантах. Используя ИС, можно не только стабилизировать, но и контролировать напряжение и различные параметры в электросхемах. Кроме того, она входит в состав звуковых или световых сигнализирующих устройств.
Интересно. Если перевести показатель любой физической величины в напряжение, то допустимо собрать аппарат, контролирующий эту физическую величину.
Это значит, что, установив специальные датчики, возможно следить за такими параметрами, как:
- влажность;
- температура;
- давление;
- уровень жидкости;
- значение освещённости.
Перечень можно продолжать, но суть одна – электронный стабилитрон допустимо использовать не только в БП и преобразователях.
Корпус и цоколёвка ИС
Стабилизатор тока на TL431
Стабилитрон tl431 в подобном подключении стабилизирует величину тока. Включенный между эмиттером и корпусом схемы (минусом) R2 используется как шунт. Напряжение на нём составляет 2,5 В. Выходной ток (Iвых) соответствует соотношению 2,5/R2.
Токовая стабилизация на TL431
Индикатор повышения напряжения
Мониторить уровни U позволяет стабилизатор tl431 схема включения которого выполнена так, что стабилитрон не откроется при поступлении на вход R (управляющий) U < 2,5 В.
Внимание! Сквозь запертый TL431 ток течёт всё равно. Хоть он мал – до 0,4 мА, но заставляет индикатор гореть. Приходится параллельно led-диоду включать R = 2-3 кОм
Приходится параллельно led-диоду включать R = 2-3 кОм.
Схема индикатора
При поступлении на R U > 2,5 В ИС откроется. Индикатор зажжётся. Чтобы согласовать стабилитрон и led-диод по величине текущего через них тока, в ветвь для токоограничения (индикатора) включают R3.
Формула для расчёта R3 имеет вид:
R3 = (Uпит – Uh1 – Uda)/Ih1,
где:
- Uh1 – напряжение на led-диоде, В;
- Uda – значение потенциала на открытом стабилитроне, В;
- Ih1 – номинальный ток светодиода.
При расчётах следует ориентироваться на то, что для TL431 Umax = 36 В, допустимые токи для led-диодов – 5…15 мА. Делитель напряжения на входе управляет величиной напряжения срабатывания Uзажиг. данного сигнализатора. Рассчитывают R2, применяя формулу:
R2 = 2,5*R1/(Uзажиг. – 2,5).
Кстати. На практике R2 подбирается при помощи подключения подстроечного сопротивления. С его помощью выставляется нужный предел включения, после чего замеряется тестером его сопротивление, и впаивается уже резистор с постоянным значением.
Проверка исправности TL431
Возникает вопрос: tl431 как проверить мультиметром? Никак! Это микросхема, вмещающая в своём составе множество элементов. Только одних транзисторов десять штук. Поэтому либо совсем заменяется управляемый стабилитрон, либо собирается тестовая схема (типа индикатора напряжения), и проверяется то, как она будет работать.
Индикатор низкого напряжения
В данном случае применяют инверсное подключение, светодиод излучает при запертом стабилитроне. Элемент индикации подключен параллельно ИС и при открытом стабилитроне 2-х вольт мало для излучения света. Когда микросхема закроется, ток уменьшится, напряжение на нём увеличится, и индикатор засветится.
Схема индикации низкого напряжения
Индикатор изменения напряжения
В устройствах, применяемых для контроля над изменением напряжения, используют управляемый стабилитрон. В качестве индикатора берётся светодиод с двумя цветами свечения, например, красно-зелёный. Красный свет сигнализирует о превышении, зелёный – о низком значении U.
Схема устройства контроля над изменением напряжения
Работа TL431 совместно с датчиками
Для работы с датчиками ИС tl431a схема включения изменяется так, что на смену R2 в плечо подключают нужный датчик.
Внимание! На нижеприведённой схеме для примера обозначены разные датчики, которые присоединяют на место R2. Датчики вместо резистора. Датчики вместо резистора
Датчики вместо резистора
TL431 в схеме со звуковой индикацией (ЗИ)
Применение ИС в схемах с ЗИ возможно для мониторинга процессов наполнения и поддержания границ воды в водонапорных башнях. В ёмкости крепится пара металлических полосок на верхнем уровне водяного столба. Вода, заполнив ёмкость, замкнёт электроды, размещённые друг относительно друга через 2,5-3,5 мм. Схема сработает и выдаст акустическое оповещение.
Индикатор уровня воды
Схема пробника для проверки микросхемы КРЕН
Эта схема уступает предыдущей компоновке.
Конденсатор С1 удаляет генерацию при ступенчатом подключении входного напряжения, а емкость С2 предназначена для защиты от импульсных помех. Величину ее берем 100 микрофарад, напряжение по величине стабилизатора напряжения
.Диод 1N 2021 не дает возможность конденсатору разрядиться . Входное напряжение стабилизатора должно превышать напряжение выхода на 2,5 В. Нагрузку следует выбирать в соответствии с тестируемым стабилизатором.
На корпусе установили кнопку питания для удобства пользования. Штыревой контакт пришлось доработать путем изгибания.
На этом пробник готов. Он является своеобразной приставкой к мультиметру
.Вставляем в гнезда штыри пробника, границу измерения устанавливаем на 20 В, провода соединяем с блоком питания, регулируем напряжение на 15 В и нажимаем кнопку питания на пробнике . Прибор сработал, на экране отображается 9,91 вольта.
Как проверить выходное напряжение стабилизатора?
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.
Линейный стабилизатор напряжения с регулировкой на TL431 и NPN транзисторах
Всем привет! В последнее время я увлекся сборкой схем линейных стабилизаторов напряжения. Такие схемы не требуют редких деталей, а подборка компонентов и настройка также не вызывает особых сложностей. В этот раз я решил собрать схему линейного стабилизатора напряжения на «регулируемом стабилитроне» (микросхеме) TL431. TL431 выступает в качестве источника опорного напряжения, а силовую роль выполняет мощный NPN транзистор в корпусе ТО -220. При входном напряжении 19В, схема способна служить источником стабилизированного напряжения в пределах от 2,7 до 16 В при токе до 4А. Стабилизатор оформлен в виде модуля, собранного на макетной плате. Выглядит следующим образом:
Стабилизатор требует блок питания постоянного тока. Имеет смысл применять такой стабилизатор с классическим линейным блоком питания, состоящим из железного трансформатора, диодного моста и конденсатора большой емкости. Напряжение в сети может меняться в зависимости от нагрузки и как следствие, будет меняться напряжение на выходе трансформатора. Данная схема будет обеспечивать стабильное выходное напряжение при изменяющимся входном. Нужно понимать, что стабилизатор понижающего типа, а также на самой схеме падает 1-3 В напряжения, поэтому максимальное выходное напряжение будет всегда меньше входного.
В качестве блока питания для данного стабилизатора в принципе можно использовать и импульсные блоки питания, например от ноутбука на 19 В. Но в этом случае, роль именно стабилизации будет минимальной, т.к. заводские импульсные блоки питания и так на выходе выдают стабилизированное напряжение.
Подбор компонентов
Максимальный ток, который может через себя пропустить микросхема TL431, согласно документации – 100 мА. В моем случае, я ограничил ток с запасом до примерно 80 мА при помощи резистора R1. Нужно рассчитать резистор по формулам.
Для 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 Ватта
Я использовал советский резистор на 2 Ватта
Резисторы R2 и R3 образуют делитель напряжения, которое «программирует» TL431, причем резистор R3 переменный, что позволяет менять опорное напряжение, которое потом повторяется каскадом из транзисторов. Я использовал R2 – 1К Ом, R3 — 10К оМ. Мощность резистора R2 зависит от выходного напряжения. Например, при выходном напряжении 19В: P=U^2/R = 19 * 19/ 1000 = 0,361 Ватт
Я использовал резистор в 1 Ватт.
Резистор R4 служит для ограничения тока на базе транзистора VT2. Номинал подбирать лучше опытным путем, контролируя выходное напряжение. Если сопротивление будет слишком большим, это заметно ограничит выходное напряжение схемы. В моем случае – это 100 Ом, мощность годится любая.
В качестве основного силового транзистора (VT1) лучше использовать транзисторы в корпусе ТО – 220 или более мощном (ТО247, ТО-3). Я использовал транзистор Е13009, купленный на Али Эксресс. Транзистор на напряжение до 400В и ток до 12А. Для подобной схемы высоковольтный транзистор – не самое оптимальное решение, но работать будет нормально. Транзистор скорее всего поддельный и 12 А не выдержит, а вот 5-6А вполне. В нашей схеме ток до 4А, поэтому для данной схемы годится. В данной схеме транзистор должен быть способен рассеять мощность до 30-35 Ватт.
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-12В) *3А = 21 Ватт – вполне нормальная ситуация для нашего транзистора.
А если мы продолжим снижать выходное напряжение до 6В, то картина будет другая: Р = (19В-6В) *3А = 39 Ватт , что не очень хорошо для транзистора в корпусе ТО-220 (еще нужно учитывать, что при закрытии транзистора ток тоже будет уменьшаться: на 6В ток будет около 2-2,5А, а не 3). В таком случае лучше либо использовать другой транзистор в более массивном корпусе, либо уменьшить разницу между входным и выходным напряжением (например, если блок питания трансформаторный, путем переключения обмоток).
Также транзистор должен быть рассчитан на ток от 5А и больше. Лучше брать транзистор со статическим коэффициентом передачи тока от 20. Китайский транзистор вполне соответствует данным требованиям. Перед запайкой в схему, я его проверил (ток и рассеиваемую мощность) на специальном стенде.
Описание работы
Работа микросхемы lm324n основана на функционировании внутри неё одновременно четырех ОУ. Все усилители запитываеются от одного источника питания, имеют инвертирующий, не инвертирующий входы и одни выход. Источник питания может быть однополярным или двухполярным.
Рассмотрим внутреннюю схему одного из операционных усилителей c однополярным питанием. Возьмем её прямо из даташит на LM324.
Функционально каждый операционный усилитель состоит из: дифкаскада, а так же каскадов промежуточного и выходного усиления.
Дифференциальный каскад, выполняет функции усиления разности подаваемых на вход напряжений (V+ и V—) и нейтрализации синфазных сигналов. Обеспечивает высокое сопротивление на входе.
Промежуточный каскад обеспечивает балансировку операционника (установку на выходе нулевого напряжения при замкнутых входах), согласование сопротивлений дифференциального и выходного каскадов, а так же частотную коррекцию (защиту от самовозбуждения).
Выходной каскад обеспечивает низкое выходное сопротивление, требуемую мощность в нагрузке, ограничение тока и защиту при коротком замыкании.
Маркировка
Серия LM основана на интегральных микросхемах производства National Semiconductor. Приставка LM изначально означала linear monolithic (линейный, монолитный) и применялась для обозначения усилителей общего назначения (General Purpose) к которым не предъявлялись жестких требований. Цифры “324” указывают на серийный номер микросхемы. «-N», в конце серийника, обозначаются устройства, приобретенные Texas Instruments у National Semiconductor. В сентябре 2011 году National Semiconductor была передана Texas Instruments, которая не изменила приставку LM в своей продукции. Поэтому в настоящее время маркировка LM является кодом производителя Texas Instruments, но её широко используют другие производители при выпуске своих аналогов этой микросхемы.
Следует также отметить, что фирмы-производители постоянно совершенствуют свою продукцию. В настоящее время появились превосходящие по ряду функций модификации, например: LM324K, LM324KA с внутренней защитой от электрического разряда (HBM ESD); микромощные LP324 с током потребления 21 мкА; низковольтные LMV324, с напряжением питания от 2,7 В до 5,5 В; LPV324, изготавливаемые по технологии BiCMOS и током потребления 9 мкА и др. Усилители с символом «А» в маркировке, например “ LM324A-N ”, будут иметь лучшие характеристики по VIO по сравнению c другими (без «A»).
Технические характеристики
В блоках питания от сети 220В линейный стабилизатор обычно устанавливается сразу после выпрямительного диодного моста, где выполняет свою основную роль источника вторичного электропитания (ИВЭП). Рекомендуемая производителями величина входного напряжения у КРЕН8Б находится в диапазоне 14,5 … 18 В. В любом случае, должно быть на 2,5-3 В больше от опорного.
Максимальные параметры
Изготовителями заявлены следующие максимальные параметры КР142ЕН8Б, при температуре корпуса (ТК) от -45 до +70оС, если не указано иного:
- входное напряжение (при ТК от -45 до +100оС) — до 30 В;
- мощность рассеивания – до 1,5 Вт; до 8 Вт (c теплоотводом);
- ток в нагрузке – до 1500 мА (c использованием теплоотвода).
Электрические параметры
Если ток в нагрузке будет более 100 мА, то рекомендуется применение теплоотвода. На практике его величина может достигать 900 мА, что на много меньше значения заявленного отдельными производителями в даташит, но вполне достаточного для большинства современных слаботочных систем. Сведения о электрических параметрах КРЕН8Б, при температуре окружающей среды +25оС, представлены в таблице ниже.
Типовое включение
Устойчивая работа электронных приборов обеспечивается стабильностью поданного на них электропитания. Отсюда и возникает потребность в его выравнивании до необходимого уровня. Превышение или снижение питающих значений недопустимо, так как приводит к неисправности в работе оборудования. Самый очевидный способ — использовать популярную отечественную микросхему из серии КР142.
КР142ЕН8Б является одним из линейных стабилизаторов указанной серии. Его типовая схема подключения очень простая и подходит для всех КР142ЕН. Она включает в себя саму КРЕНку (еще одно неофициальное название 142ЕН8Б) и пару сглаживающих конденсаторов. В даташит рекомендовано применение небольших ёмкостей с величиной 0,33 и 1,0 мкФ. Обычно используют керамические или танталовые версии.
Если для проекта выбраны алюминиевые электролитические конденсаторы, то они должны быть не менее 10 мкФ. Их лучше подсоединять как можно ближе к выводам микросхемы. Многие радиолюбители делают это навесным монтажом, спаивая ножки радиоэлементов между собой.
Независимые устройства на базе микросхемы
Эту микросхему используют в блоках питания телевизоров и компьютером. Однако на её базе можно составить независимые электрические схемы некоторыми, из которых являются:
- стабилизатор тока;
- звуковой индикатор.
Стабилизатор тока
Стабилизатор тока — это одна из самых простых схем, которые можно реализовать на микросхеме tl 341. Он состоит из следующих элементов:
- источника питания;
- сопротивления R 1, подключённого с помощью общей точки к + линии питания;
- шунтирующего сопротивления R 2 к — линии питания;
- транзистора, чей эмиттер подключён к — линии через резистор R 2, коллектор к выходу — линии, а база через общую точку к катоду микросхемы;
- микросхемы tl 341, чей анод подключён к — линии с помощью общей токи, а вывод ref включён в эмиттерную цепь транзистора также с помощью общей точки.
Звуковой индикатор
Звуковой индикатор на базе tl 341 представляет собой простую схему, изображённую на рисунке 5
Такой звуковой индикатор можно использовать для отслеживания уровня воды в какой-либо ёмкости. Датчик представляет собой электронную схему в корпусе с двумя выводными электродами, изготовленными из нержавеющей стали, один из которых расположен на 20 мм выше другого.
В момент соприкосновения выводов датчика с водой происходит снижение сопротивления и осуществляется переход tl 341 в линейный режим через резисторы R 1и R 2. Это способствует появлению автогенирации на резонансной частоте и образованию звукового сигнала.
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.
Советуем изучить Информация о плановом отключении электроэнергии: где и как искать?
Примеры схем включения
Один из вариантов схемы включения TL431 – обычный компаратор. На нём можно построить какие-нибудь пороговые реле – например, реле уровня, реле освещения и т.д. Только источник опорного напряжения у неё встроенный и регулировке не подлежит, поэтому регулируют ток и падение напряжения через датчик.
Как только на датчике упадет 2,5 В, выходной транзистор микросхемы откроется, через светодиод пойдет ток и он загорится. Вместо LED можно использовать маломощное реле или транзисторный ключ, коммутирующий нагрузку. Резистором R1 можно подстроить уровень срабатывания компаратора. R2 служит балластом и ограничивает ток через светодиод.
Но подобное включение не дает возможности использовать все возможности TL431 – компаратор можно построить на любой другой микросхеме, более подходящей для таких реле. Эта же сборка разработана для других целей.
Самая простая схема включения TL431 в режиме параллельного стабилизатора – источника опорного напряжения 2,5 В. Для этого нужен лишь балластный резистор, который ограничит ток через выходной транзистор.
Более полно возможности микросхемы используются в схеме с обратной связью, образованной резисторами R1 и R2.
При подаче питания напряжение на выходе возрастает и стабилизируется в течение нескольких микросекунд (скорость нарастания не нормируется). Uстаб задается делителем, его можно вычислить по формуле Uстаб=2,495*(1+R2/R1). При расчетах надо иметь в виду, что внутреннее сопротивление при таком включении возрастает в (1+R2/R1) раз.
Можно увеличить нагрузочную способность стабилизатора классическим способом, включением дополнительного биполярного транзистора.
Такое включение преобразует схему в параллельный стабилизатор, требующий превышения входного напряжения над выходным. Его КПД не может превышать отношения Uвых/Uвх. Это ухудшает параметры стабилизатора, поэтому лучше применить полевой транзистор, на нём падение напряжения меньше.
Здесь КПД выше за счёт меньшей потребной разницы между входным и выходным напряжением, но понадобится дополнительный источник питания для затвора транзистора – его напряжение должно превышать Uвх.
На TL431 можно собрать стабилизатор тока.
Ток в цепи коллектора транзистора будет равен Iстаб=Vref/R1.
Если эту же схему включить в виде двухполюсника, то получится ограничитель тока.
Ток будет ограничиваться на уровне Io=Vref/R1+Ika. Номинал балластного резистора надо выбирать из условий Rб=Uвх(Io/hfe+Ika), где hfe – коэффициент усиления транзистора. Его можно замерить мультиметром, имеющим такую функцию.
Радиолюбители используют микросхемы и в нестандартных включениях. TL431 имеет склонность к самовозбуждению, что является недостатком. Но это дает возможность её использования в качестве генераторов, управляемых напряжением. Для этого на выход устанавливают конденсатор.
