Tl431 калькулятор по резисторам

Рис.2 Базовые конфигурации линейных стабилизаторов на TL431

В простейшей схеме параллельного стабилизатора напряжения (Рис.2 слева) управляющий вход TL431 замыкается на катод, что превращает микросхему в функциональный аналог стабилитрона с фиксированным напряжением стабилизации ≈2,5 В.
Для стабилизации бо́льших напряжений к управляющему входу TL431 подключается резистивный делитель R1R2 (Рис.2 посередине).

Выходное напряжение и номиналы резисторов связаны между собой следующими формулами:
U_{вых.стаб} = V_ref×(1 + R1/R2) + R1×I_ref ;
R_B = (U_{вх.нест} — U_{вых.стаб}) /I_кат ,
где V_ref = 2,495 В и I_ref = 2 мкА – это типовые значения, указанные в datasheet на TL431, а I_кат – ток катода TL431.

Учитывая то, что для нормального функционирования TL431 минимальный ток катода должен быть не менее 1 мА, то максимальный ток нагрузки может составлять величину – не более (I_кат — 1) мА.
В случае использования умощняющего транзистора (Рис.2 справа) ток нагрузки может быть увеличен в h21 раз, где h21 – это коэффициент усиления транзистора по току.

Исходя из приведённых формул и заданных параметров стабилизатора, можно построить калькулятор по расчёту балластного резистора, а также резистивного делителя R1R2.
Единственное, о чём следует помнить, так это то, что для сохранения высокой температурной стабильности TL431 ток, протекающий через делитель должен как минимум в 100 раз превышать опорный ток Iref, то есть быть – не менее 0,2 мА. Правда, зачастую с целью повышения экономичности устройств этим фактором пренебрегают.

Онлайн калькулятор для расчёта номиналов резисторов для TL431, TL432.

При необходимости откорректировать значение тока через делитель R1R2 следует изменить номинал резистора R1.

При работе на резистивную нагрузку спад АЧХ TL431 начинается в районе 10 кГц, а частота единичного усиления составляет величину около 1 МГц.
Для увеличения устойчивости микросхема скомпенсирована встроенной ёмкостью.
Однако при шунтировании анода и катода внешней ёмкостью номиналом от нескольких нанофарад до нескольких микрофарад возникает довольно высокая вероятность самовозбуждения.

На Рис.3 отображены области, в которых может происходить возбуждение чипа.
При малых и при больших ёмкостях TL431 устойчива. В области от 6 нФ до 4 мкФ самовозбуждение вероятно. При этом наихудшим является сочетание малых токов катода и малых напряжений анод-катод. При существенных же токах и напряжениях TL431 становится абсолютно устойчивой.

Рис.3 Области, в которых может происхо- дить возбуждение TL431

Часто для подавления возбуждения TL431 достаточно включить между анодом и ёмкостью нагрузки «антизвонное» сопротивление, номинал которого определяется сочетанием ёмкости нагрузки, I_KA и U_KA и, как правило, составляет величины: от десятка до нескольких сотен Ом.

В datasheet-е на TL431 приведено множество примеров и схем применения микросхемы в различных электронных устройствах. Остановимся на двух самых распространённых:

Изображённый на Рис.4 прецизионный источник постоянного тока на TL431 хорош отсутствием эффекта Эрли и крайне высокой температурной стабильностью.

Ток в нагрузке рассчитывается по формуле:
I_нагр (А) = 2,495 (В) / R_S (Ом) ,

а катодный резистор должен рассчитываться исходя из соотношений:
R_кат = (V_I(BATT) — 2,495 — U_бэ) / I_катод ,
I_катод ≥ 1 (мА) + I_нагр/h₂₁ .

Рис.4 Прецизионный источник тока

Рис.5 Прецизионный ограничитель тока на TL431

Ограничитель тока, приведённый на Рис.5 ограничивает максимальное значение тока, поступающего в нагрузку, на уровне I_нагр (А) = 2,495 (В) / R_CL (Ом) + I_катод (А) .

TL431 и TL432 производится в различных вариациях корпусов. Всевозможные варианты исполнения и цоколёвки приведены на Рис.6.

Рис.6 Варианты корпусов и цоколёвка TL431, TL432

Источник

Введение

Понадобился мне тут недорогой источник опорного напряжения. Полистав каталоги, я остановил свой выбор на микросхеме TL431 за 20 рублей. Сейчас расскажу, что это за букашка и как ее использовать.

TL431

TL431 — это так называемый программируемый стабилитрон. Применяется в качестве источника опорного напряжения и источника питания для малопотребляющих схем. Выпускается несколькими производителями и в разных корпусах, мне досталась от Texas Instruments в корпусе SOT23.

— выходное напряжение от 2.5 до 36 В
— рабочий ток от 1 до 100 мА
— выходное сопротивление 0.2 Ом
— точность 0.5%, 1% и 2%

Имеет три вывода. Два как у стандартного стабилитрона — анод и катод. И вывод опорного напряжения, который подключается к катоду или средней точке делителя напряжения. На зарубежных схемах обозначается так:

Минимальная схема включения требует один резистор и позволяет получать опорное напряжение 2.5 В.

Резистор в этой схеме рассчитывается по следующей формуле:

где Ist — ток TL431, а Il — ток нагрузки. Входной ток опорного вывода не учитывается, так как он

В полной схеме включения к TL431 добавляются еще два резистора, но в этом случае можно получить произвольное выходное напряжение.

Номиналы резисторов делителя напряжения и выходное напряжение TL431 связаны следующим соотношением:

,где Uref = 2.5 В, Iref = 2 мкА. Это типовые значения и они имеют определенный разброс (смотрите даташит).

Если задаться значением одного из резисторов и выходным напряжением, то можно рассчитать значение второго резистора.

А зная выходное напряжение и входной ток, можно рассчитать номинал резистора R1:

,где Iin — входной ток схемы, который складывается из рабочего тока TL431, тока делителя напряжения и тока нагрузки.

Если TL431 используется для получения опорного напряжения, то резисторы R2 и R3 нужно брать с точностью 1% из ряда E96.

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.

Емкость нагрузки

Если будете использовать TL431 и повесите на выходе конденсатор, то микросхема может «загудеть». Вместо уменьшения выходного шума, на катоде появится периодический пилообразный сигнал в несколько милливольт.

Емкость нагрузки, при которой TL431 ведет себя стабильно, зависит от тока катода и выходного напряжения. Возможные значения емкости показаны на картинке из даташита. Стабильные области — это те, что за пределами графиков.

Источник

TL 431 стабилитрон, схемы включения, характеристики регулятор

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.

TL 431 интегральный стабилитрон

Основные характеристики программируемого источника опорного напряжения TL 431

• ​ Номинальное рабочее напряжение на выходе от 2,5 до 36 В;
• Ток на выходе до 100 мА;
• Мощность 0,2 Ватт;
• Диапазон рабочей температуры для TL 431C от 0° до 70°;
• Диапазон рабочей температуры для TL 431A от -40° до +85°.

Точность интегральной схемы TL 431 указывается шестой буквой в обозначении:

• Точность без буквы – 2%;
• Буква А – 1%;
• Буква В – 0, 5%.

Столь широкое его применения обусловлено низкой ценой, универсальным форм-фактором, надёжностью, и хорошей устойчивостью к агрессивным факторам внешней среды. Но также следует отметить точность работы данного регулятора напряжения. Это позволило ему занять нишу в устройствах микроэлектроники.

Основное предназначение TL 431 стабилизировать опорное напряжение в цепи. При условии, когда напряжение на входе источника ниже номинального опорного напряжения, в программируемом модуле транзистор будет закрыт и проходящий между катодом и анодом ток не будет превышать 1 мА. В случае, когда выходное напряжение станет превышать запрограммированный уровень, транзистор будет открыт и электрический ток сможет свободно проходит от катода к аноду.

Схема включения TL 431

В зависимости от рабочего напряжения устройства схема подключения будет состоять из одноступенчатого преобразователя и расширителя (для устройств 2,48 В.) или модулятора небольшой ёмкости (для устройств 3.3 В). А также чтобы снизить риск короткого замыкания, в схему устанавливается предохранитель, как правило, за стабилитроном. На физическое подключение оказывает влияние форм-фактор устройства, в котором будет находиться схема TL 431, и условия окружающей среды (в основном температура).

Стабилизатор на основе TL 431

Простейшим стабилизатором на основе TL 431 является параметрический стабилизатор. Для этого в схему нужно включить два резистора R 1, R 2 через которые можно задавать выходное напряжение для TL 431 по формуле: U вых= Vref (1 + R 1/ R 2). Как видно из формулы здесь напряжение на выходе будет прямо пропорционально отношению R 1 к R 2. Интегральная схема будет держать напряжение на уровне 2,5 В. Для резистора R 1 выходное значение рассчитывается так: R 1= R 2 (U вых/ Vref – 1).

Эта схема стабилизатора, как правило, используется в блоках питания с фиксированным или регулируемым напряжением. Такие стабилизаторы напряжения на TL 431 можно обнаружить в принтерах, плоттерах, и промышленных блоках питания. Если необходимо высчитать напряжение для фиксированных источников питания, то используем формулу Vo = (1 + R 1/ R 2) Vref.

Временное реле

Прецизионные характеристики TL 431 позволяют использовать его не совсем по «прямому» назначению. Из-за того, что входной ток этого регулируемого стабилизатора составляет от 2 до 4 мкА, то используя данную микросхему можно собрать временное реле. Роль таймера в нём будет исполнять R1 который начнёт постепенно заряжаться после размыкания контактов S 1 C 1. Когда напряжение на выходе стабилизатора достигнет 2,5 В, транзистор DA1 будет открыт, через светодиоды оптопары PC 817 начёт проходить ток, а открытый фоторезистор замкнёт цепь.

Термостабильный стабилизатор на основе TL 431

Технические характеристики TL 431 позволяют создавать на его основе термостабильные стабилизаторы тока. В которых резистор R2 выполняет роль шунта обратной связи, на нём постоянно поддерживается значение 2,5 В. В результате значение тока на нагрузке будет рассчитываться по формуле Iн=2,5/R2.

Цоколёвка и проверка исправности TL 431

Форм-фактор TL 431 и его цоколёвка будет зависеть от производителя. Встречаются варианты в старых корпусах TO -92 и новых SOT-23. Не стоит забывать про отечественный аналог: КР142ЕН19А тоже широко распространённый на рынке. В большинстве случаев цоколёвка нанесена непосредственно на плату. Однако не все производители так поступают, и в некоторых случаях вам придётся искать информацию по пинам в техпаспорте того или иного устройства.

TL 431 является интегральной схемой и состоит из 10 транзисторов. Из-за этого проверить её мультиметром невозможно. Для проверки исправности микросхемы TL 431 нужно использовать тестовую схему. Конечно, часто нет смысла искать перегоревший элемент и проще заменить схему целиком.

Программы расчёта для TL 431

В интернете существует множество сайтов, где вы сможете скачать программы-калькуляторы для расчёта параметров напряжения и силы тока. В них можно указывать типы резисторов, конденсаторов, микросхем и прочих составных частей схемы. TL 431 калькуляторы также бывают онлайн, они по функционалу проигрывают устанавливаемым программам, но если вам нужно исключительно входные/выходные и максимальные значения схемы, то они справятся с этой задачей.

Источник