可调式精密稳压集成电路TL431及应用

可调式精密稳压集成电路 TL431及应用 3 潘 玉 成 (宁德职业技术学院 ,福建 福安 　355000) 　　摘要 :介绍了 TL431三端可调精密并联稳压器内部结构、工作原理和主要特点 , 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了其典型应用电路 , 并 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 了该器件应用时应注意的几个问题. 关键词 : TL431;稳压基准 ;性能 ;典型应用 中图分类号 : TN 453　　　文献标识码 : A　　　文章编号 : 1004 - 2911 (2008) 01 - 0051 - 05 TL431是美国德洲仪器公司 ( Texas Instrument)开发的一个有良好热稳定性能的三端可调精密电压 基准集成电路 ,其全称是可调试精密并联稳压器 ,也称为电压调节器或三端取样集成电路. 该器件犹如 上世纪 70年代诞生的 555时基芯片一样 ,价廉物美、参数优越、性能可靠 ,因而广泛应用于各种电源电 路中. 此外 , TL431与其它器件巧妙连接 ,还可以构造出具有其它功能的实用电路. 现在 TL431已成为用 途很广、知名度很高的通用集成电路之一 ,越来越受到电路 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 者的欢迎. 1　内部结构和工作原理 TL431有三个引出脚 ,分别为阴极 (CATHODE)、阳极 (ANODE)和参考端 (REF) ,应用中将这三个 引脚分别用 K、A、R 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示 ,其中 , K为控制端 , A为接地端 , R为取样端 ,有些电路图中用 1、2、3分别代表 R、A、K,在电路中的表示符号如图 1所示. TL431有两种封装形式 :一种为 TO - 92封装 ,它的外型和小 功率塑封三极管一模一样 ;另一种为双列直插 8脚塑封结构. TL431内部电路如图 2所示 ,它由多极放大电路、偏置电路、补偿和保护电路组成. 其中晶体管 V1、 V2 构成输入极 , V3、V4、V5 构成稳压基准 , V6、V7、V8、V9 构成差分放大器 , V10、V11形成复合管 ,构成输出 极 ,其它一些电阻、电容、二级管分别起偏置、补偿和保护作用 ,在原理上它是一个单端输入、单端输出的 多级直流放大器. 其等效功能框图如图 3所示 ,由一个 2. 5V的精密基准电压源、一个电压比较器和一 个输出开关管等组成 ,参考端 R的输出电压与 2. 5V的精密基准电压源相比较 ,当 R端电压超过 2. 5V 　　 第 20卷第 1期　　　　　　　　　　　宁德师专学报 (自然科学版 ) 2 0 0 8年 2月　　　　　　　Journal of N ingde Teachers College (Natural Science) Vol120　No11 　Feb. 2008 3 收稿日期 : 2007 - 12 - 10 作者简介 :潘玉成 (1964 - ) ,男 ,高级讲师 ,福建福州人 ,现从事高校物理教学及研究. E - mail: FAPYC@163. com 时 , TL431立即导通. 因为 R端控制电压误差为 ±1% ,所以 R端能精确地控制 TL431的导通与截止 [ 1 ]. 　　　 2　性能测试实验 按图 4所示电路进行连接 ,分为输入电压发生变化、负载电 阻发生变化、确定稳压值的分压电阻发生变化等三种情况 ,对 TL431的性能指标测试如表 1、2、3所示. 由表 1数据可见 :输入电压发生变化 ,只要在 IK阴极电流不 小于 0. 6mA的情况下 ,对输出电压无明显影响 ,即 V0 几乎不变. 由表 2数据可见 :负载电阻发生变化 ,只要在 IK阴极电流不小于 0. 6mA的情况下 ,对输出电压无明显影响. 由表 3数据可见 :确定稳压值的分压电阻同时发生变化. 但 R1 阻值在几十千欧以下时 ,对输出电压无明显影. 表 1　V i变化对 V0 的影响 (R1 = R2 = 2K, RL = 1K) V i (V) R (Ω ) Ik (mA) V0 (V) 15 12 9 15 12 9 8. 5 8. 2 8. 0 7. 5 100 100 100 470 470 470 470 470 470 470 104 72. 2 37. 3 16. 8 10. 2 2. 44 1. 43 0. 61 0. 34 0. 26 4. 988 4. 985 4. 983 4. 980 4. 980 4. 978 4. 978 4. 976 4. 818 4. 562 表 2　RL 变化对 V0 的影响 (V i = 12V, R1 = R2 = 2K, R = 1K) RL (Ω ) Ik (mA) V0 (V) 10k 2k 620 300 200 180 155 151 143 118 32. 6 30. 5 25. 2 17. 1 8. 29 5. 82 1. 33 0. 63 0. 28 0. 15 4. 984 4. 984 4. 983 4. 982 4. 982 4. 981 4. 980 4. 979 4. 811 4. 318 表 3　R1、R2 同时变化对 V0 的影响 (V i = 12V, R = 200Ω , RL = 1K) R1 (Ω ) R2 (Ω ) IREF (μA ) V0 (V) 100 500 1k 10k 20k 50k 100k 500k 1M 100 500 1k 10k 20k 50k 100k 500k 1M 1. 3 1. 3 1. 3 1. 3 1. 3 1. 3 1. 3 1. 3 1. 3 4. 977 4. 980 4. 983 4. 991 5. 008 5. 047 5. 106 5. 631 6. 276 　　综合以上测试分析 ,可得如下结论 : (1) TL431的动态稳压效果很好 ,稳压精度特别高. 输入电压 V i、负载电阻 RL在一定范围内变化 , 对输出电压无明显影响. (2) 在设计电路时必须保证 TL431工作的必要条件 ,就是通过阴极的电流要大于 0. 6mA ,通常取 大于 1mA. (3) 确定稳压值的分压电阻取值不能太大 ,可取几百欧 ～几十千欧 ,一般取几千欧 ～十几千欧 为好. 对于第 3点 ,原因是稳压值的精确计算公式应为 : V0 = ( 1 + R1 /R2 ) VREF + R1 IREF , IR EF是参考端的 输入电流 ,在 0. 8 ～ 1. 5μA间 ,当 R1 的值不太大时 , R1 ×IREF的值极小 ,可忽略不记 ,简化为平常使用的 公式 : V0 = (1 + R1 /R2 ) VR EF. 但当 R1 很大时 , R1 ×IR EF的值已不可忽略 ,公式 V0 = (1 + R1 /R2 ) VREF即不 适用了 [ 2 ] . 3　典型应用电路 3. 1　基准电压源电路 由 TL431构成的基准电压温漂小 ,又有相当的负载能力 ,且输出电压连续可调. 其典型电路如图 5 所示 ,当 R1 和 R2 的阻值确定时 ,两者对 V0 的分压引入反馈 ,若 V0 增大 ,反馈量增大 , TL431的分流也 就增加 ,从而又导致 V0 下降. 显见 ,这个深度的负反馈电路必然在参考端的电压等于基准电压处稳定 , 此时 VO = (1 + R1 /R2 ) VR EF. 选择不同的 R1 和 R2 的值可以得到从 2. 5V到 36V范围内的任意电压输出. 图中 R为限流电阻. 特别地 ,当取 R1 = R2 时 ,输出电压 V0 = 5V. 若使 R1 短路 , R2 开路 ,即把 R端与 K端 短接 ,此时则有输出电压 V0 = 2. 5V,最适合用于 DVM或其它 ADC作基准电压源. ·25· 　　　　　　　　　　宁德师专学报 (自然科学版 ) 　　　　　　　　　　　　　　2008年 2月 　 当负载电流较大时 ,可采用三极管扩流 ,组成大电流基准电压源 ,电路如图 6所示. 图中的晶体管 V 可根据负载电流的大小选用不同功率的晶体管 ,这时限流电阻 R也要相应增加其功率. 3. 2　恒流源电路 由前面的分析可见 ,器件作为分流反馈后 ,参考端的电压始终稳定在 2. 5V,那么当接在参考端和地 之间的电阻一定时 ,流过它的电流就应该是恒定的. 利用这个特点 ,可以将 TL431应用很多恒流电路 中. 如图 7就是一个实用的恒流源电路 ,由于 TL431的温度系数为 50ppm /℃,所以输出恒流的温度特性 要比普通镜像恒流源或恒流二极管好得多. 上述恒流电路中 ,由于没有电流反馈环节 ,所以当输出电流因某种原因发生变化时 ,不能通过自身 的调节作用使输出电流近似不变. 图 8给出了一种改进型电路. 图中晶体管 V1 接成二极管 ,用于补偿 Vbc2的温漂 , R2 为 V1 提供了合适的电流 ,使其温度系数与 Vbc2相同 ,从而使电路的温度特性得到改善. R3 为负载电流的取样电阻 ,当输出电流 IL 增加时 , R3 两端的电压也增加 ,致使 V2 管的基极电压减小 , IC2减 小 ,从而使输出电流减小. 3. 3　电压比较器电路 图 9是利用 TL431构成的一 种典型的电压比较器电路 ,该电 路的比较电压为 : 2. 5 ×( 1 + R1 / R2 ) V. 当 V i > 2. 5 ×( 1 + R1 /R2 ) V时 , TL431导通 , VO = 2V;当 V i < 2. 5 ×(1 + R1 /R2 ) V时 , TL431 截止 , VO = Vcc. 由于 TL431的动 态输出阻抗很小 ,因此 ,该电路的输入输出波形跟踪良好. 3. 4　电压监视器电路 图 10是利用 TL431参考端对输入电压的鉴别灵敏度高的特性 ,构成的一种电池电压监视电路. 图 ·35·　第 1期 　　　　　　　　　　　潘玉成 :可调式精密稳压集成电路 TL431及应用 　　　　　　　 中 TL431用作电压比较器 ,其内部 VR EF作为比较器的基准电压 ,调节电位器 RP 可适应不同电压的电池 组. 当电池电压正常时 ,电位器的中点电位大于 TL431的 VR EF而使其导通 ,电流 Ik 经电阻 R2 产生压降 , 绿色发光二极管 V1 发光 ,这时 Vk = 2V, R4 两端的电压小于 V2 的导通电压而熄灭 , V2 为红色发光二极 管. 当电池组电压低于正常值时 , RP 的中点电位低于 TL431的 VR EF并使其截止 , Vk 升高 , R4 两端的电压 大于 V2 的导通电压而使其发光. 同时 ,由于 TL431截止 ,通过 R2 的电流减小 ,使其两端的电压小于 V1 的导通电压而熄灭. 3. 5　过压保护电路 图 11 ( a)、( b)是采用 TL431实现的过压保护电路 ,当电子整机的供电电压由于某种原因超过额定 电压值时 ,使 TL431的基准电压达到 2. 5V ,阴阳极间呈低阻抗态 ,立即触发双向可控硅 V1 ( a图 )或单向 可控硅 V2 ( b图 )导通 ,强大的短路电流瞬间即可将保险丝熔断 ,切断电源 ,实现电子整机的过压保护. 3. 6　大功率可调稳压电源 利用 TL431作电压基准和驱动外加场效应管 V1 ( K790)作调整管构成的输出电流大 (约 6A )、稳定 性好的稳压电源电路 ,如图 12所示. 220V的交流电压经变压器 T降压、桥式整流、C1 滤波. 此外 , V3、V4、 C2、C3 组成倍压电路 (Vdc = 60V) , RP、R3μ组成分压电路 , TL431、R1 组成取样放大电路 , V2 ( 9013 )、R2 组 成限流保护电路 ,场效应管 V1 作调整管 (可直接并联使用 ) , C5 是输出滤波器电路. 稳压过程是 :当输出 电压降低时 , f点电位降低 ,经 TL431内部放大使 e点电位增高 ,经 V1 调整后 , b点电位升高 ;反之 ,当输 出电压增高时 , f点电位增高 ,当 e点电位降低 ,经 V1 调整后 ,电 b点电位降低. 当输出流大于 6A,三极 管 V2 饱和 ,使输出电流被限制在 6A以内 ,从而达到限流的目的. 该电路除电阻 R1 选用 2W、R2 选用 5W 外 ,其它元件无特殊要求. 4　应用 注意事项 软件开发合同注意事项软件销售合同注意事项电梯维保合同注意事项软件销售合同注意事项员工离职注意事项 (1) 应注意电流大小问题. 流过 TL431的最小电流必须大于 1mA,否则失去稳压性能 ,最大不能超 过 100 mA,否则就会损坏 TL431. ·45· 　　　　　　　　　　宁德师专学报 (自然科学版 ) 　　　　　　　　　　　　　　2008年 2月 　 (2) 应注意功耗问题. 常见 TO - 92封装的 TL431最大功耗为 0. 775W , TL431在电路的实际消耗为 PO =VO IK , VO 为输出电压 , IK 为通过 TL431的电流. 因此 , TL431只有在输出不超过 7. 75V时才可输出 100 mA电流 ,输出电压为 15V时 ,只能输出 50 mA电流 ,这是因为受功耗限制的缘故. (3) 应防止 TL431发生振荡的问题. 当 TL431输出接有容性负载时 ,且当电容量在 0. 01μF ～ 1μF 之间 ,可能会发生振荡 ,但当输出电压大于 15V, IK 大于 10mA可完全避免振荡的发生. (4) 应注意取样电阻的选择问题. 取样电阻的选材及布放 ,直接影响到稳压精度和温度特性 ,因此 必须选用温度系数小、噪声小、功率裕量大的同型号精密电阻. 5　结语 本文根据 TL431三端可调精密并联稳压器的内部结构及特点 ,从不同角度介绍了该器件一些典型 的应用例子. 大量实验和长期应用证明 , TL431确是一片设计精巧、应用方便、性能可靠、性价比较高的 稳压基准 ,应用前景广阔. 参考文献 : [ 1 ] 雷开卓. TL431的原理及应用研究 [ J ]. 电源技术应用 , 2001 (4) : 34 - 36. [ 2 ] 冯 　玮. WLAN技术的应用及其发展趋势 [ J ]. 宁德师专学报 (自然科学版 ) 2005 (3) : 281 - 283. [ 3 ] 薛居宝. 性能优良的 TL431 [ J ]. 电子制作 , 2005 (1) : 52 - 53. [ 4 ] 李 　杰. 精密可调基准电压源及其应用 [ J ]. 电子与仪表 , 1990 (4) : 33 - 37. Character istics and applica tion of TL431 adjustable prec ision voltage regula tor IC PAN　Y u - cheng (N ingde Vocational and Technical College, Fuan Fujian　355000, China) Abstract: 　This paper introduces the internal structure of the TL431 three - term inal adjustable p recise paral2 lel regulator, working p rincip les and main features. And it also p resents the analysis of the typ ical app lication circuits, and summarizes some issues that this device should be paid attention to while emp loying. Key words: 　TL431; voltage - reference; performance; typ ical app lication ·55·　第 1期 　　　　　　　　　　　潘玉成 :可调式精密稳压集成电路 TL431及应用