Ao projetar circuitos eletrônicos, muitas vezes é necessário um regulador de tensão de baixa potência ou uma fonte de tensão de referência. Várias tensões fixas são fechadas por estabilizadores integrais não regulados. Construção ajustável em chip LM317, mas tem certas falhas inerentes e muitas vezes funcionalidades desnecessárias. Em muitos casos, o chip TL431 resolverá o problema, permitindo que você obtenha uma fonte de tensão estável de baixa potência que pode ser ajustada de 2,5 a 36 V.
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O que é o chip TL431
Este microcircuito, desenvolvido nos anos 70 do século XX, é frequentemente chamado de “diodo zener ajustável” e é designado no diagrama como um diodo zener com duas conclusões clássicas - um ânodo e um cátodo. Há também uma terceira conclusão, cujo objetivo será discutido mais adiante. Parece uma micromontagem diodo zener não lembra de jeito nenhum. É produzido, como um microcircuito convencional, em várias opções de pacotes. Inicialmente, as opções eram feitas apenas para uma placa com furos (true hole), com o desenvolvimento das tecnologias SMD, o TL431 começou a ser “embalado” em pacotes montados em superfície, incluindo SOTs populares com um número diferente de pinos. O número mínimo de pernas necessário para operação é 3. Algumas caixas contêm mais pinos. As pernas em excesso não estão conectadas em nenhum lugar ou estão duplicadas.
Principais recursos do TL431
As principais características, cujo conhecimento é suficiente para executar mais de 90% das tarefas que surgem no desenvolvimento de circuitos eletrônicos:
- limites de tensão de saída - 2,5 ... 36 V (isso pode ser atribuído aos pontos negativos, pois os reguladores modernos têm um limite inferior de 1,5 V);
- a corrente mais alta é de 100 mA (é pequena, comparável a um diodo zener de média potência, então você não deve sobrecarregar o microcircuito, ele não possui proteção);
- resistência interna (impedância de uma rede de dois terminais equivalente) - cerca de 0,22 Ohm;
- resistência dinâmica - 0,2 ... 0,5 Ohm;
- valor do passaporte Uref = 2,495 V, precisão - dependendo da série, de ± 0,5% a ± 2%;
- faixa de temperatura operacional para TL431С – 0…+70 °С, para TL431A – menos 40…+85 °С.
Outras características, incluindo gráficos da dependência dos parâmetros com a temperatura, podem ser encontradas no datasheet. Mas na maioria dos casos eles não serão necessários.
Objetivo das conclusões e princípio de operação
Ao analisar a estrutura interna do microcircuito, fica claro que a comparação com o diodo zener é bastante arbitrária.
Acima de tudo, a estrutura do TL431 se assemelha a um comparador. Uma tensão de referência Vref de 2,5 V é aplicada à saída inversora.Esta tensão é estabilizada, então a saída também será estável. A saída não inversora é trazida. Se a tensão aplicada a ele não exceder a tensão de referência, saída do comparador zero, o transistor está fechado, nenhuma corrente flui. Se a tensão na entrada direta exceder 2,5 V, um nível positivo aparecerá na saída do amplificador diferencial, o transistor se abrirá e a corrente começará a fluir através dele. Esta corrente é limitada pela resistência externa. Esse comportamento se assemelha à quebra de avalanche de um diodo zener quando uma tensão reversa é aplicada a ele. O diodo é projetado para proteger contra a ativação reversa do microcircuito.
Importante! O pino de referência de tensão não deve ser deixado desconectado e requer um mínimo de 4µA de corrente.
De fato, esse esquema é condicional - é adequado apenas para explicar a natureza do trabalho. Na realidade, tudo é implementado de acordo com outros princípios. Portanto, dentro do circuito você não consegue encontrar um ponto com uma tensão de referência de 2,5 V.
Exemplos de circuitos de comutação
Uma das opções para o circuito de comutação TL431 é um comparador convencional. Você pode construir algum tipo de relé de limite nele - por exemplo, um relé de nível, um relé de iluminação etc. Apenas a fonte de tensão de referência está embutida e não pode ser ajustada, portanto, a corrente e a queda de tensão através do sensor são reguladas.
Assim que 2,5 V cai no sensor, o transistor de saída do microcircuito se abre, a corrente flui através do LED e acende. Em vez de LED, você pode usar um relé de baixa potência ou um interruptor de transistor que comuta a carga. O resistor R1 pode ser usado para ajustar o nível de operação do comparador. R2 serve como lastro e limita a corrente através do LED.
Mas essa inclusão não permite usar todos os recursos do TL431 - o comparador pode ser construído em qualquer outro microcircuito mais adequado para esses relés.O mesmo conjunto é projetado para outros fins.
O circuito mais simples para ligar o TL431 no modo regulador paralelo é uma fonte de tensão de referência de 2,5 V. Para isso, é necessário apenas um reator resistor, o que limitará a corrente através do transistor de saída.
Importante! Ao contrário do circuito de comutação de diodo zener clássico, você não deve instalar um capacitor em paralelo com a saída. Isso pode levar a oscilações parasitárias. Em geral, não é necessário, pois os desenvolvedores tomaram medidas para reduzir o ruído de saída. Mas por causa disso, o microcircuito não pode ser usado como base para um gerador de ruído, como um diodo zener convencional.
Mais completamente, as capacidades do microcircuito são usadas em um circuito de realimentação formado pelos resistores R1 e R2.
Quando a energia é aplicada, a tensão de saída aumenta e se estabiliza em alguns microssegundos (a taxa de variação não é padronizada). Ustab está definido divisor, pode ser calculado pela fórmula Ustab=2,495*(1+R2/R1). Ao calcular, deve-se ter em mente que a resistência interna com tal inclusão aumenta em (1 + R2 / R1) vezes.
Você pode aumentar a capacidade de carga do estabilizador da maneira clássica ligando um transistor bipolar.
Importante! O transistor é necessariamente incluído no circuito de realimentação.
Tal inclusão converte o circuito em um regulador paralelo, exigindo que a tensão de entrada exceda a tensão de saída. Sua eficiência não pode exceder a relação Uout/Uin. Isso piora os parâmetros do estabilizador, por isso é melhor usar um transistor de efeito de campo, a queda de tensão nele é menor.
Aqui, a eficiência é maior devido à menor diferença necessária entre a tensão de entrada e saída, mas é necessária uma fonte de energia adicional para a porta do transistor - sua tensão deve exceder Vin.
No TL431, você pode montar um estabilizador de corrente.
A corrente no circuito coletor do transistor será igual a Istab \u003d Vref / R1.
Se o mesmo circuito for incluído na forma de uma rede de dois terminais, será obtido um limitador de corrente.
A corrente será limitada a Io=Vref/R1+Ika. O valor do resistor de lastro deve ser selecionado a partir das condições Rb=Uin(Io/hfe+Ika), onde hfe é o ganho do transistor. Pode ser medido com um multímetro que tenha essa função.
Os radioamadores usam microcircuitos em inclusões não padronizadas. O TL431 tem uma tendência à auto-excitação, o que é uma desvantagem. Mas isso torna possível usá-lo como geradores controlados por tensão. Para fazer isso, um capacitor é instalado na saída.
Quais são os análogos
O microcircuito tem uma alta popularidade no mundo dos profissionais e entusiastas da eletrônica. Portanto, é produzido por muitos fabricantes. As empresas mundialmente famosas Texas Instruments (como desenvolvedora), Motorola, Fairchild Semiconductor e outras produzem um microcircuito sob o nome original. É impossível não mencionar o estabilizador TL430 lançado anteriormente, com Vref = 2,75 V e uma corrente máxima de operação aumentada em uma vez e meia. Mas esse microcircuito era menos procurado e não correspondia ao início da era da montagem SMD.
Outros fabricantes produzem um regulador de tensão com outros índices de letras, mas sempre têm os números 431 em seus nomes (caso contrário, o consumidor simplesmente não prestará atenção ao microcircuito desconhecido). No mercado estão:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N
e outros microcircuitos semelhantes em funcionalidade. Mas produtos de fabricantes pouco conhecidos e desconhecidos não garantem a conformidade com os parâmetros.
Existe um análogo doméstico - KR142EN19A, produzido no pacote KT-26 (semelhante a um transistor de baixa potência). É completamente semelhante ao chip original, mas algumas características são ligeiramente diferentes. Assim, a resistência interna é normalizada dentro de <0,5 Ohm.
Vale a pena mencionar o controlador PWM SG6105. Contém dois estabilizadores internos, absolutamente idênticos ao TL431. Eles possuem terminais separados e podem ser usados como fontes de tensão de referência.
Como verificar o desempenho do chip TL431
O microcircuito possui uma estrutura interna bastante complexa, portanto, não pode ser verificado por um testador. Em qualquer caso, você terá que coletar algum tipo de esquema. Se houver uma fonte de alimentação regulada, são necessários três resistores e um LED.
A tensão da fonte de alimentação não deve ser superior a 36 V. R1 é escolhido para que, na tensão máxima, a corrente através do LED não exceda 10-15 mA. A relação de R1 e R3 deve ser tal que na tensão máxima da fonte, mais de 2,5 V caia em R3 e, de preferência, mais de 3. Quando a tensão de saída aumenta de 0 V para atingir o limite em R3, o LED piscará, o que significa que o microcircuito está funcionando. Você não pode instalar o LED, mas simplesmente medir a tensão no cátodo - ela deve mudar abruptamente.
Se não houver fonte regulada, mas houver uma fonte de alimentação com tensão constante, você terá que usar um potenciômetro em vez de R3. Quando o motor gira em ambas as direções, o LED deve acender e apagar.
O mercado de componentes eletrônicos oferece uma gama muito ampla de reguladores de tensão integrados.Mas o escopo é muito extenso, por isso muitos tipos de microcircuitos têm seu nicho no mercado. Incluindo TL431.
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