Cuando se diseñan circuitos electrónicos, a menudo se necesita un regulador de voltaje de baja potencia o una fuente de voltaje de referencia. Varios voltajes fijos están cerrados por estabilizadores integrales no regulados. Estructura ajustable microprocesador LM317, pero tiene ciertos defectos inherentes y, a menudo, una funcionalidad innecesaria. En muchos casos, el chip TL431 resolverá el problema, permitiéndole obtener una fuente de voltaje estable de baja potencia que se puede ajustar de 2,5 a 36 V.
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¿Qué es el chip TL431?
Este microcircuito, desarrollado en los años 70 del siglo XX, a menudo se denomina "diodo zener ajustable" y se designa en el diagrama como un diodo zener con dos conclusiones clásicas: un ánodo y un cátodo. También hay una tercera conclusión, cuyo propósito se discutirá más adelante. Parece un microensamblaje. diodo Zener no recuerda en absoluto. Se produce, como un microcircuito convencional, en varias opciones de paquete. Inicialmente, las opciones se hicieron solo para una placa con orificios (agujero verdadero), con el desarrollo de tecnologías SMD, TL431 comenzó a "empaquetarse" en paquetes montados en la superficie, incluidos los SOT populares con una cantidad diferente de pines. El número mínimo de patas necesarias para el funcionamiento es de 3. Algunos casos contienen más pines. Las piernas sobrantes no están conectadas en ninguna parte o están duplicadas.
Características clave de TL431
Las principales características, cuyo conocimiento es suficiente para realizar más del 90 por ciento de las tareas que surgen en el desarrollo de circuitos electrónicos:
- límites de voltaje de salida: 2,5 ... 36 V (esto se puede atribuir a las desventajas, ya que los reguladores modernos tienen un límite inferior de 1,5 V);
- la corriente más alta es de 100 mA (es pequeña, comparable a un diodo zener de potencia media, por lo que no debes sobrecargar el microcircuito, no tiene protección);
- resistencia interna (impedancia de una red equivalente de dos terminales): alrededor de 0,22 ohmios;
- resistencia dinámica - 0,2 ... 0,5 ohmios;
- valor de pasaporte Uref = 2.495 V, precisión - según la serie, de ± 0,5% a ± 2%;
- rango de temperatura de funcionamiento para TL431С – 0…+70 °С, para TL431A – menos 40…+85 °С.
Otras características, incluidos los gráficos de la dependencia de los parámetros con la temperatura, se pueden encontrar en la hoja de datos. Pero en la mayoría de los casos no serán necesarios.
Propósito de las conclusiones y principio de funcionamiento
Al analizar la estructura interna del microcircuito, queda claro que la comparación con el diodo zener es bastante arbitraria.
Sobre todo, la estructura del TL431 se asemeja a un comparador. Se aplica una tensión de referencia Vref de 2,5 V a la salida inversora.Este voltaje está estabilizado, por lo que la salida también será estable. Se saca la salida no inversora. Si el voltaje que se le aplica no excede el voltaje de referencia, salida del comparador cero, el transistor está cerrado, no fluye corriente. Si el voltaje en la entrada directa supera los 2,5 V, aparece un nivel positivo en la salida del amplificador diferencial, el transistor se abre y la corriente comienza a fluir a través de él. Esta corriente está limitada por una resistencia externa. Este comportamiento se asemeja a la ruptura por avalancha de un diodo zener cuando se le aplica un voltaje inverso. El diodo está diseñado para proteger contra el encendido inverso del microcircuito.
¡Importante! El pin de referencia de voltaje no debe dejarse desconectado y requiere un mínimo de 4 µA de corriente.
De hecho, este esquema es condicional: solo es adecuado para explicar la naturaleza del trabajo. En realidad, todo se implementa de acuerdo con otros principios. Entonces, dentro del circuito no puede encontrar un punto con un voltaje de referencia de 2.5 V.
Ejemplos de circuitos de conmutación.
Una de las opciones para el circuito de conmutación TL431 es un comparador convencional. Puede construir algún tipo de relé de umbral, por ejemplo, un relé de nivel, un relé de iluminación, etc. Solo la fuente de voltaje de referencia está incorporada y no se puede ajustar, por lo tanto, la corriente y la caída de voltaje a través del sensor están reguladas.
Tan pronto como caen 2,5 V en el sensor, el transistor de salida del microcircuito se abre, la corriente fluye a través del LED y se enciende. En lugar de LED, puede usar un relé de baja potencia o un interruptor de transistor que cambia la carga. La resistencia R1 se puede utilizar para ajustar el nivel de funcionamiento del comparador. R2 sirve como balasto y limita la corriente a través del LED.
Pero tal inclusión no permite utilizar todas las características del TL431: el comparador se puede construir en cualquier otro microcircuito que sea más adecuado para dichos relés.El mismo conjunto está diseñado para otros fines.
El circuito más simple para encender el TL431 en modo de regulador paralelo es una fuente de voltaje de referencia de 2,5 V. Para esto, solo se necesita un balasto resistor, que limitará la corriente a través del transistor de salida.
¡Importante! A diferencia del clásico circuito de conmutación de diodos zener, no debe instalar un condensador en paralelo con la salida. Esto puede conducir a oscilaciones parásitas. En general, no es necesario, ya que los desarrolladores han tomado medidas para reducir el ruido de salida. Pero debido a esto, el microcircuito no puede usarse como base para un generador de ruido, como un diodo zener convencional.
Más completamente, las capacidades del microcircuito se utilizan en un circuito de retroalimentación formado por las resistencias R1 y R2.
Cuando se aplica energía, el voltaje de salida aumenta y se estabiliza en unos pocos microsegundos (la velocidad de respuesta no está estandarizada). Ustab está configurado divisor, se puede calcular mediante la fórmula Ustab=2.495*(1+R2/R1). Al calcular, debe tenerse en cuenta que la resistencia interna con dicha inclusión aumenta en (1 + R2 / R1) veces.
Puede aumentar la capacidad de carga del estabilizador de la manera clásica activando un adicional transistores bipolares.
¡Importante! El transistor está necesariamente incluido en el circuito de bucle de retroalimentación.
Tal inclusión convierte el circuito en un regulador paralelo, lo que requiere que el voltaje de entrada exceda el voltaje de salida. Su eficiencia no puede exceder la relación Uout/Uin. Esto empeora los parámetros del estabilizador, por lo que es mejor usar un transistor de efecto de campo, la caída de voltaje es menor.
Aquí, la eficiencia es mayor debido a la menor diferencia requerida entre el voltaje de entrada y salida, pero se necesita una fuente de alimentación adicional para la puerta del transistor: su voltaje debe exceder Vin.
En TL431, puede ensamblar un estabilizador de corriente.
La corriente en el circuito colector del transistor será igual a Istab \u003d Vref / R1.
Si se incluye el mismo circuito en forma de una red de dos terminales, se obtendrá un limitador de corriente.
La corriente estará limitada a Io=Vref/R1+Ika. El valor de la resistencia de balasto debe seleccionarse de las condiciones Rb=Uin(Io/hfe+Ika), donde hfe es la ganancia del transistor. Se puede medir con un multímetro que tenga esta función.
Los radioaficionados usan microcircuitos en inclusiones no estándar. TL431 tiene tendencia a autoexcitarse, lo cual es una desventaja. Pero esto hace posible usarlo como generadores controlados por voltaje. Para hacer esto, se instala un condensador en la salida.
¿Cuáles son los análogos?
El microcircuito tiene una gran popularidad en el mundo de los profesionales y entusiastas de la electrónica. Por lo tanto, es producido por muchos fabricantes. Las empresas de fama mundial Texas Instruments (como desarrollador), Motorola, Fairchild Semiconductor y otras producen un microcircuito con el nombre original. Es imposible no mencionar el estabilizador TL430 lanzado anteriormente, con Vref = 2,75 V y una corriente máxima de funcionamiento aumentada en una vez y media. Pero este microcircuito tenía menos demanda y no estuvo a la altura del comienzo de la era del montaje SMD.
Otros fabricantes producen un regulador de voltaje con otros índices de letras, pero siempre tienen los números 431 en sus nombres (de lo contrario, el consumidor simplemente no prestará atención al microcircuito desconocido). En el mercado están:
- KA431AZ;
- KIA431;
- HA17431VP;
- IR9431N
y otros microcircuitos de funcionalidad similar. Pero los productos de fabricantes poco conocidos y desconocidos no garantizan el cumplimiento de los parámetros.
Hay un análogo doméstico: KR142EN19A, producido en el paquete KT-26 (similar a un transistor de baja potencia). Es completamente similar al chip original, pero algunas características son ligeramente diferentes. Entonces, la resistencia interna se normaliza dentro de <0.5 Ohm.
Vale la pena mencionar el controlador SG6105 PWM. Contiene dos estabilizadores internos, absolutamente idénticos al TL431. Tienen terminales separados y se pueden usar como fuentes de voltaje de referencia.
Cómo verificar el rendimiento del chip TL431
El microcircuito tiene una estructura interna bastante compleja, por lo que no puede ser verificado por un probador. En cualquier caso, tendrás que cobrar algún tipo de esquema. Si hay una fuente de alimentación regulada, se requieren tres resistencias y un LED.
El voltaje de la fuente de alimentación no debe ser superior a 36 V. R1 se elige de modo que, en el voltaje máximo, la corriente a través del LED no exceda los 10-15 mA. La relación de R1 y R3 debe ser tal que, en el voltaje máximo de la fuente, caigan más de 2,5 V en R3, y preferiblemente más de 3. Cuando el voltaje de salida aumente de 0 V para alcanzar el umbral en R3, el LED parpadeará, lo que significa que el microcircuito está funcionando. No puede instalar el LED, simplemente mida el voltaje en el cátodo; debería cambiar abruptamente.
Si no hay una fuente regulada, pero hay una fuente de alimentación con voltaje constante, deberá usar un potenciómetro en lugar de R3. Cuando el motor gira en ambas direcciones, el LED debe encenderse y apagarse.
El mercado de componentes electrónicos ofrece una gama muy amplia de reguladores de tensión integrados.Pero el alcance es muy extenso, por lo que muchos tipos de microcircuitos tienen su nicho en el mercado. Incluyendo TL431.
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