TL431. TL431 была создана в конце 70-х и по настоящее время широко используется в промышленности и в радиолюбительской деятельности. Но не смотря на её солидный возраст, не все радиолюбители близко знакомы с этим замечательным корпусом и его возможностями. В предлагаемой статье я постараюсь ознакомить радиолюбителей с этой микросхемой. Для начала давайте посмотрим, что у неё внутри и обратимся к документации на микросхему, "даташиту" (кстати, аналогами этой микросхемы являются - КА431, и наши микросхемы КР142ЕН19А, К1156ЕР5х). А внутри у неё с десяток транзисторов и всего три вывода, так что же это такое?
Устройство TL431.
Оказывается, всё очень просто. Внутри находится обычный операционный усилитель ОУ (треугольник на схеме) с выходным транзистором и источником опорного напряжения. Только здесь эта схема играет немного другую роль, а именно - роль стабилитрона. Ещё его называют "Управляемый стабилитрон". Как он работает? Смотрим блок-схему TL431 на рисунке 2. Из схемы видно, ОУ имеет (очень стабильный) встроенный источник опорного напряжения 2,5 вольт (маленький квадратик) подключенный к инверсному входу, один прямой вход (R), транзистор на выходе ОУ, коллектор (К) и эмиттер (А), которого объединены с выводами питания усилителя и защитный диод от переполюсовки. Максимальный ток нагрузки этого транзистора до 100 мА, максимальное напряжение до 36 вольт.
Цоколёвка TL431.
Теперь на примере простой схемы, изображенной на рисунке 4, разберём, как это всё работает. Мы уже знаем, что внутри микросхемы имеется встроенный источник опорного напряжения - 2,5 вольт. У первых выпусков микросхем, которые назывались TL430 - напряжение встроенного источника было 3 вольта, у более поздних выпусков, доходит до 1,5 вольта. Значит, чтобы открылся выходной транзистор, необходимо на вход (R) усилителя, подать напряжение чуть превышающее опорное (2,5 вольт). Если сказать по простому, TL431 - это что то типа полевого транзистора (транзистора), который открывается при напряжении 2,5 вольта, подаваемого на его вход. Порог открытия выходного транзистора очень стабильный из-за наличия встроенного стабильного источника опорного напряжения.
Схема на TL431.
Из схемы (рис. 4) видно, что на вход R микросхемы TL431, включен делитель напряжения из резисторов R2 и R3, резистор R1 ограничивает ток светодиода. Так как резисторы делителя одинаковые (напряжение источника делится пополам), то выходной транзистор усилителя (ТЛ-ки) откроется при напряжении, чуть превышающем 5 вольт. На входе R в этом случае с делителя R2-R3 будет сниматься чуть больше 2,5 вольт. То есть светодиод у нас загорится (откроется выходной транзистор) при напряжении питания - чуть превышающем 5 вольт. Если увеличить сопротивление резистора R3, то необходимо будет увеличить напряжение источника питания больше 5 вольт, чтобы напряжение на входе R микросхемы, подаваемое с делителя R2-R3 достигло 2,5 вольт и открылся выходной транзистор ТЛ-ки. Получается, что если данный делитель напряжения (R2-R3) подключить на выход БП, а катод ТЛ-ки к базе или затвору регулирующего транзистора БП, то изменением плеч делителя, например, изменяя величину R3 - можно будет изменять выходное напряжение данного БП, потому что при этом будет изменяться и напряжение стабилизации ТЛ-ки (напряжение открытия выходного транзистора) - то есть мы получим управляемый стабилитрон. Или если подобрать делитель, не изменяя его в дальнейшем - можно сделать выходное напряжение БП строго фиксированным при определённом значении. Вывод; - если микросхему использовать как стабилитрон (основное её назначение), то мы можем с помощью подбора сопротивлений делителя R2-R3 сделать стабилитрон с любым напряжением стабилизации в пределах 2,5 - 36 вольт (максимальное ограничение по "даташиту"). Напряжение стабилизации в 2,5 вольта - получается без делителя, если вход ТЛ-ки подключить к её катоду, то есть замкнуть выводы 1 и 3. Тогда возникают ещё вопросы. можно ли, например, заменить TL431 обычным операционником? - Можно, только если есть желание конструировать, но необходимо будет собрать свой источник опорного напряжения на 2,5 вольт и подать питание на операционник отдельно от выходного транзистора, так как ток его потребления может открыть исполнительное устройство. В этом случае можно сделать опорное напряжение какое угодно (не обязательно 2,5 вольта), тогда придётся пересчитать сопротивления делителя, используемое совместно с TL431, чтобы при заданном выходном напряжении БП - напряжение, подаваемое на вход микросхемы, было равно опорному. Ещё один вопрос - а можно использовать TL431, как обычный компаратор и собрать на ней, допустим, терморегулятор, или что-то подобное? - Можно, но так как она отличается от обычного компаратора уже наличием встроенного источника опорного напряжения, схема получится гораздо проще. Например, такая;
Терморегулятор на TL431.
Здесь терморезистор (термистор) является датчиком температуры, и он уменьшает своё сопротивление при повышении температуры, т.е. имеет отрицательный ТКС (Температурный Коэффициент Сопротивления). Терморезисторы с положительным ТКС, т.е. сопротивление которых при увеличении температуры увеличивается - называются позисторы.
В этом терморегуляторе при превышении температуры выше установленного уровня (регулируется переменным резистором), сработает реле или какое-либо исполнительное устройство, и контактами отключит нагрузку (тэны), или, например, включит вентиляторы в зависимости от поставленной задачи. Эта схема обладает малым гистерезисом, и для его увеличения, необходимо вводить ООС между выводами 1-3, например, подстроечный резистор 1,0 - 0,5 мОм и величину его подобрать экспериментальным путём в зависимости от необходимого гистерезиса. Если необходимо, чтобы исполнительное устройство срабатывало при понижении температуры, то датчик и регуляторы нужно поменять местами, то есть термистор включить в верхнее плечо, а переменное сопротивление с резистором - в нижнее. И в заключении, Вы уже без труда разберётесь, как работает микросхема TL431 в схеме мощного блока питания для трансивера, которая приведена на рисунке 6, и какую роль здесь играют резисторы R8 и R9, и как они подбираются.
Мощный блок питания на 13 вольт, 22 ампера.
