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TL431的原理及经典应用

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技术员
发表于 2013-10-13 21:33:45   28172 查看 22 回复 只看该作者 倒序浏览
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本帖最后由 songyang516 于 2013-10-18 21:20 编辑

TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。他的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Verf2.5V)到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω,在很多应用中用它代替齐纳二极管,例如,数字电压表,运放电路,可调压电源,开关电源等。
TL431是一种并联稳压集成电路。因其性能好、价格低,因此广泛应用在各种电源电路中。其封装形式与塑封三极管9013等相同

TL431精密可调基准电源有如下特点:稳压值从2.5~36V连续可调;参考电压原误差+-1.0%,低动态输出电阻,典型值为0.22欧姆输出电流1.0~100毫安;全温度范围内温度特性平坦,典型值为50ppm;低输出电压噪声。
主要参数
三端可调分流基准源
  可编程输出电压:2.5V~36V
  电压参考误差:±0.4% ,典型值@25℃(TL431B)
  低动态输出阻抗:0.22Ω(典型值)
  等效全范围温度系数:50 ppm/℃(典型值)
  温度补偿操作全额定工作温度范围
  稳压值送从2.5--36V连续可调,
  参考电压原误差+-1.0%,
  低动态输出电阻,
  典型值为0.22欧姆
  输出电流1.0--100毫安。
  全温度范围内温度特性平坦,
  典型值为50ppm,
  低输出电压噪声。
  封装:TO-92,PDIP-8,Micro-8,SOIC-8,SOT-23
   最大输入电压为37V
  最大工作电流150mA
内基准电压为2.5V      
输出电压范围为2.5~36V
内部结构
TL431的具体功能可以用下图的功能模块示意。由图可以看到,VI是一个内部的2.5V的基准源,接在运放的反向输入端。由运放的特性可知,只有当REF端(同向端)的电压非常接近VI(2.5V)时,三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过,而且随着REF端电压的微小变化,通过三极管图1的电流将从1到100mA变化。当然,该图绝不是TL431的实际内部结构,但可用于分析理解电路。


根据运放的特性,如果Vref远远大于VI,那么,运放的输出电流就会很小,这时,三极管的基极电流Ib就会很小。


典型应用电路如下:
1:精密基准电压源(附图1)该电路具有良好的温度稳定性及较大的输出电流。但在连接容性负载时,应特别注意CL的取值,以免自激。


由上图可知,VKA=VREF.即输出电压V=2.5V。
2 可调稳压电源(附图2Vo可在2.5~36V之间调节。V0=Vref(1+R1/R2)(Vref=2.5v),由于承受电压与(Vi –Vo)有关,因此压差很大时,R的功耗随之增加。使用时注意。


3:过电压保护电路(附图3)当Vi超过一定电压时,TL431触发,使晶闸管导通,产生瞬间大电流,将保险丝熔断,从而保护后极电路。V保护点=1+R1/R2Vref.

4:恒流源电路(附图4----拉电流负载)(附图5---灌电流负载)恒流值与Vref和外加电阻有关,功率晶体管选用时要考虑余量。该恒流源如与稳压线路配接,可做电流限制器用。


PS:拉电流和灌电流的区别拉电流和灌电流是衡量电路输出驱动能力(注意:拉、灌都是对输出端而言的,所以是驱动能力)的参数,这种说法一般用在数字电路中。
     首先要说明,芯片手册中的拉、灌电流是一个参数值,是芯片在实际电路中允许输出端拉、灌电流的上限值(允许最大值)。而下面要讲的这个概念是电路中的实际值。
    由于数字电路的输出只有高、低(0,1)两种电平值,高电平输出时,一般是输出端对负载提供电流,其提供电流的数值叫“拉电流”;低电平输出时,一般是输出端要吸收负载的电流,其吸收电流的数值叫“灌(入)电流”。
对于输入电流的器件而言:

灌入电流和吸收电流都是输入的,
灌入电流是被动的,
吸收电流是主动的

5:比较器(附图6)它是巧妙的运用了Vref=2.5v这个临界电压。当Vi<Vref,Vo=V+,当Vi>Vref时,Vo=2V由于TL431内阻小,因而输入输出波形跟踪良好。


6:电压监视器(附图7)利用TL431的转移特性,组成实用电压监视器。当电压处于上下限电压之间,LED电量,上下限电压分别为(1+R1/R2)Vref和(1+R3/R4)Vref。


TL431基准发生器稳压原理及应用
如图1是TL431的框图。一般情况下,使用时CATHODE端通过一个电阻接到电源正或调整管上,ANODE端接到电源地,REF端则一般通过分压电阻进行采样。TL431是一个名义电压为2.5V的电压基准,亦即图1中的VREF=2.500V(名义值),当REF端的电压与之相等时,电路工作稳定,即三极管电流稳定不变----这时电路是通过控制内部的调整管(即三极管)工作电流的大小来达到稳压的目的。


如图2是TL431的基本应用图。正常情况下,应当在REF与CATHODE之间接一个电容,以确保电路的工作稳定。电路的控制效果通过控制TL431内部的受控程度在一定范围内的三极管的电流来达到稳定电压VO的目的(其反馈过程,请自己尝试画出来)。我们注意到,TL431的这个三极管实际上是和接在VO端上的负载并联的,所以,称之为并联稳压器。

事实上,如果将图中的R1、R2和TL431合成一个整体,那么我们就不难发现它和一个稳压二极管所处的位置和作用是完全相同的。平时,你觉得稳压管是并联稳压的器件吗?如果没觉得,就得清醒一下了。也许用稳压管的稳压电路你很熟悉,也没觉得它有什么,不过不能让人换个名称叫做并联稳压(电路)就给搞糊涂了。

附注:
这里名义值的意思是,生产这个产品时的控制目标就是2.500V,但实际产品可能存在或高或低一些的偏差,因此,我们虽然叫它是2.500V稳压器,但实际上并不保证它一定准确地输出2.500V。当然,误差范围是确定的,如数据表中给出了在一定温度范围内的最大值和最小值。关于误差的概念大家不要小看,这是个可以很简单也可以很复杂的问题。今后要讲到的。
那么TL431在电路中是串联还是并联稳压的呢?
下面通过一个合二为一的电路来说明。不过要说明的是,这样的例子可以帮助你理解许多类似的问题。
如图,紫色线条部分所示的TL431的电流与负载部分的电流是并联的,因此是并联稳压;而蓝色线条部分所示是串联的,因此三极管的电流与负载RL的电流是串联的,因而是串联稳压。当然,三极管的稳压精度是由TL431来控制的。
具体的稳压电压,由TL431的基准电压与分压电阻R1和R2决定。即VO=VREF×[(R2+R1)÷R2]       (亦见图中的公式)
TL431是一个又小又好用的基准发生器,这个图的电源,也算是比较精密的电源。它的精密固然与TL431的VREF精度有关,但电阻R1和R2造成的误差没准要比它大呢。
TL431是常用的基准发生器,可以经常地在开关电源中看到。








工程师
发表于 2013-10-14 08:39:04  
好的器件  经典 学习
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技术员
发表于 2013-10-25 13:31:16  
x谢谢 学习                           
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实习生
发表于 2013-10-28 16:11:09  
学习经典 不错不错 非常值得学习
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实习生
发表于 2013-11-20 23:13:04  
好,感谢楼主带来详解
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助理工程师
发表于 2015-11-30 15:58:20  
电压监视器的电路少条线
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技术员
发表于 2017-1-11 16:49:46  
写的很详细,谢谢
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资深工程师
发表于 2017-2-3 15:31:33  
不错的文档,值得收藏
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实习生
发表于 2017-2-9 14:26:39  

谢谢楼主分享!
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实习生
发表于 2017-3-10 13:48:32  
今天正好用到这个器件,谢谢分享。
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实习生
发表于 2017-3-11 15:50:03  
想搞清楚怎么分流
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高级工程师
发表于 2017-3-25 10:36:41  
谢谢分享,资料很不错。
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发表于 2017-6-26 10:18:17  
厉害了word哥
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等待验证会员
发表于 2017-7-9 16:10:06  
本帖最后由 soyu688 于 2017-7-9 16:33 编辑

分享的资料哈哈哈
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工程师
发表于 2017-8-9 09:57:39  
好东西值得收藏,谢谢!
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技术员
发表于 2017-11-6 15:39:22  
学习学习。。。。。
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实习生
发表于 2017-12-15 16:51:48  
这个器件确实是很牛逼的。。。
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实习生
发表于 2017-12-15 23:08:19   来自手机
感谢分享。
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技术员
发表于 2017-12-19 22:52:19  
记不住 得存起来 谢谢楼主
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技术员
发表于 2017-12-22 17:41:29   来自手机
感谢楼主的介绍
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