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十二月 27 2019

TL431的工作原理

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产品图片产品型号制造商状态模拟IC-其他类型JESD-30代码
TL431TL431德州仪器(TI)已停产三端电压参考O-XBCY-T3

目录

1.特点
2.功能框图
3.工作原理
4.应用注意事项

  TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准电压源,也被称为电压调解器或三端取样集成电路,它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref(2.5V)到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω,因其性能好、价格低,因此广泛应用在各种电源电路中。

TL431

TL431

  1.特点

  可编程输出电压为36V

  电压参考误差:±0.4% ,典型值@25℃(TL431B)

  低动态输出阻抗,典型0.22Ω

  负载电流能力1.0mA to 100mA

  等效全范围温度系数50 ppm/℃典型

  温度补偿操作全额定工作温度范围

  低输出噪声电压

  2.功能框图

  TL431的封装形式与塑封三极管9013等相同,如图1a所示,同类产品还有图1b所示的双列直插外形的。它有3个引脚分别为:阴极(CATHODE)、阳极(ANODE)和参考端(REF)。分别简记为C、A、R,在电路中的符号如图1(c)所示。图2 为功能模块示意图。由图可以看到,Vref是一个内部为2.5V基准源,接在运放的反相输入端。由运放的特性可知,只有当REF端(同相端)的电压非常接近Vref(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,通过三极管的电流将从1到150mA变化(该图绝不是TL431的实际内部结构,只是用来分析功能)。

TL431封装和电路符号

图1 TL431封装和电路符号

TL431功能模块图

图2 TL431功能模块图

  3.工作原理

  TL431它相当于一只可调式齐纳稳压管,输出电压由外部精密分压电阻来设定。在图3所示的电路中,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REF端的电压等于基准电压处稳定,此时V0=(1+R1/R2)Vref。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,特别地,当R1=R2时,V0=5V。需要注意的是,在选择电阻时必须保证TL431工作的必要条件,就是通过阴极的电流要大于1mA。

TL431等效电路图

图3 TL431等效电路图

  TL431具体工作原理就是:当输入电压增大,输出电压增大导致了输出采样增大,这时内部电路通过调整使得流过自身的电流增大,这也就使得流过限流的电路增大,这样限流电阻的压降增大,而输出电压等于输入电压减限流电阻压降增大使得输出电压减小,实现稳压。

  4.应用注意事项

  (1)减小输出噪声

  TL431的使用和稳压二极管的使用又十分相似,稳压二极管在电路中工作时,其自身会产生一种不规则的周期性噪声,这种不规则的噪声称为齐纳噪声。尽管齐纳噪声的电平不高,但它却是影响稳压二极管输出特性的重要原因之一。并联的电容就可以吸收稳压二要管的齐纳噪声,以改善稳压二极管的输出特性。另外,并联在稳压二极管上的电容还可以吸收电源的纹波,使得稳压二极管的输出电压更加平稳。其次,当稳压二极管与电容并联使用时,由于电容的充电作用,会使稳压二极管输出电压的建立时间增加,使输出电压缓慢地上升,不过,这仅是接通电源瞬间的情况。正常工作时,稳压二极管的输出电压是完全稳定的。但是,当TL431与电容并联,其选用的容量值不适合时,有时不但起不到好的作用,反而会产生振荡现象,这是因为流过TL431的电流和电容的容量有一定的关系。

  实验表明,如果用容量为0.01~3μF的电容器并联在TL431上,很有可能使TL431产生振荡,因此,当TL431与电容并联使用时,应使TL431并联的电容器值大于3μF或小于0.01μF,对此必须引起注意。但当输出电压大于15V,IK大于10mA可完全避免振荡的发生。实际应用时要求并联一个33uF/10V的钽电容或者并联一个47uF/16V的电解电容。

  (2)注意电流大小

  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100mA,否则就会损坏TL431,所以限流电阻的选择很重要。

  (3)注意功耗

  例如常见TO-92封装的TL431最大功耗为0.7W,TL431在电路的实际消耗为P=Vo*I,Vo为输出电压,I为通过TL431的电流,因此,TL431只有在输出不超过5V时才可输出140mA电流,输出电压为7V时,只能输出100mA电流,这是因为受功耗限制的缘故。常规功耗为0.5~1.2W,当其在高温、高压或大电流条件下使用时,要注意通风、散热和安全性。

  (4)注意取样电阻R1和R2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。由公式Vo=2.5×(1+R1/R2),取Vo最大为36V,可以计算出的R1/R2最大比值为13.4,即R1最大是R2的13.4倍。

  由于TL431是有较高的开环增益且响应速度快,当取样点(R1、R2的连接点)离两极较远时,电路容易产生超调自激,所以在使用时要引起注意。

  (5)最小维持电流与最小阴极电压

  由于TL431的内部基准Vref是靠阴极电流维持,并且低于极间电压,所以应用时要注意:TL431的输出极截止后,仍必须有大于0.2mA的阴极维持电流;当输出极“饱和”后,极间电压仍至少大于2.2V。

  本文总结了TL431的特点、工作原理以及使用注意事项。总而言之,TL431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。

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