Источник опорного напряжения TL431

23/11/2013 - 19:29 Pavel Bobkov

Введение

Понадобился мне тут недорогой источник опорного напряжения. Полистав каталоги, я остановил свой выбор на микросхеме TL431 за 20 рублей. Сейчас расскажу, что это за букашка и как ее использовать.

TL431

TL431 - это так называемый программируемый стабилитрон. Применяется в качестве источника опорного напряжения и источника питания для малопотребляющих схем. Выпускается несколькими производителями и в разных корпусах, мне досталась от Texas Instruments в корпусе SOT23.


Технические характеристики:

- выходное напряжение от 2.5 до 36 В
- рабочий ток от 1 до 100 мА
- выходное сопротивление 0.2 Ом
- точность 0.5%, 1% и 2%

Имеет три вывода. Два как у стандартного стабилитрона - анод и катод. И вывод опорного напряжения, который подключается к катоду или средней точке делителя напряжения. На зарубежных схемах обозначается так:


Минимальная схема включения требует один резистор и позволяет получать опорное напряжение 2.5 В. 

Схема включения TL431


Резистор в этой схеме рассчитывается по следующей формуле:

 


где Ist - ток TL431, а Il - ток нагрузки. Входной ток опорного вывода не учитывается, так как он ~2 мкА.

В полной схеме включения к TL431 добавляются еще два резистора, но в этом случае можно получить произвольное выходное напряжение. 

Полная схема включения TL431


Номиналы резисторов делителя напряжения и выходное напряжение TL431 связаны следующим соотношением:


,где Uref = 2.5 В, Iref = 2 мкА. Это типовые значения и они имеют определенный разброс (смотрите даташит).

Если задаться значением одного из резисторов и выходным напряжением, то можно рассчитать значение второго резистора. 


А зная выходное напряжение и входной ток, можно рассчитать номинал резистора R1:


,где Iin - входной ток схемы, который складывается из рабочего тока TL431, тока делителя напряжения и тока нагрузки.

Если TL431 используется для получения опорного напряжения, то резисторы R2 и R3 нужно брать с точностью 1% из ряда E96.

Расчет стабилизатора напряжения на TL431

Источник напряжения на TL431


Начальные данные

Входное напряжение Uin = 9 В
Требуемое выходное напряжение Uout = 5 В
Ток нагрузки Il = 10 мА

Данные из даташита:

Ist = 1..100 мА
Iref = 2 мкА
Uref = 2.495 В

Расчет

Задаемся значением резистора R2. Максимальное значение этого резистора ограничено током Iref = 2 мкА. Если брать номинал резистора R2 равным единицам/десяткам кОм, то это подойдет. Пусть R2 = 10 кОм.

Так как TL431 используется в качестве источника питания, высокая точность здесь не нужна и членом Iref*R2 можно пренебречь.


Округленное значение R3 будет равно 10 кОм. 

Чтобы рассчитать R1 нужно прикинуть входной ток схемы. Он складывается из тока TL431, тока нагрузки и тока делителя напряжения.

Ток делителя напряжения равен Uout/(R1+R2) = 5/20000 = 250 мкА. 

Ток TL431 может быть от 1 до 100 мА. Если взять ток Ist > 2 мА, то током делителя можно пренебречь. 

Тогда входной ток будет равен Iin = Ist + Il = 2 + 10 = 12 мА. 

А номинал R1 = (Uin - Uout)/Iin = (9 - 5)/0.012 = 333 Ом. Округляем до 300.

Мощнность, рассеиваемая на резисторе R1, равна (9 - 5)*0.012 = 0.05 Вт. На остальных резисторах она будет еще меньше. 

R1 = 300 Ом 
R2 = 10 кОм
R3 = 10 кОм

Примерно так, без учета нюансов. 

Емкость нагрузки

Если будете использовать TL431 и повесите на выходе конденсатор, то микросхема может "загудеть". Вместо уменьшения выходного шума, на катоде появится периодический пилообразный сигнал в несколько милливольт. 


Емкость нагрузки, при которой TL431 ведет себя стабильно, зависит от тока катода и выходного напряжения. Возможные значения емкости показаны на картинке из даташита. Стабильные области - это те, что за пределами графиков.

Datasheet 

tl431.pdf

Комментарии   

# dimamukhin 23.11.2013 23:20
Спасибо за статью, и за проделанную работу по систематизации материала
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
# Pashgan 24.11.2013 23:13
Пожалуйста.
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
# Владимир 25.11.2013 17:08
Хах, а я когда-то думал "какого оно подзванивает".. . ))
Плюнул и оставил как есть (в той задаче болтанка в десяток миливольт была некритичной).
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
# 2borrad 11.12.2013 04:36
И ещё очень полезны схемы линейных стабилизаторов типа 7805 с TL431 - получаются прецизионные источники питания. В даташите описаны на стр.29 фиг.22 и на 30стр. с LM317.
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
# Ивашка 01.02.2014 17:07
По моему проще LM317 нету микрухи;-)
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
# Pashgan 02.02.2014 18:01
Дюже габаритная она. Ну а так то можно любой линейный стабилизатор взять.
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
# Dentorol 25.03.2014 17:18
В Вашей статье в маркировке TL431 в корпусе SOT23 перепутаны CATODE и REF.

Очень хороший сайт. Почерпнул для себя много нового.
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
# Pashgan 26.03.2014 17:21
Такая маркировка приведена в даташите. По-моему вы путаете с TL432.
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
# Dentorol 27.03.2014 10:51
Я сначала посмотрел на нее в материнской плате.
Фото:
http://s09.radikal.ru/i182/1403/32/1d666c169c28.jpg

У TL431 фирмы Texas Instruments расположение выводов как Вы указали. У TL432 зеркальное.

Затем стал искать, что это за цоколевка у стабилитрона на материнской плате.
Нашел, что у NXP Semiconductors цоколевка бывает обычной, как у Texas Instruments, так и зеркальной.
Ссылка на даташит TL431 фирмы NXP Semiconductors:
http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/344873/NXP/TL431.html
Но у TL431 фирмы NXP Semiconductors они маркируются не как на моей материнской плате.

Так, что если попадется такой стабилитрон как на моей материнской плате, то и не поймешь где у неё CATODE, а где REF.
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
# Pashgan 27.03.2014 19:07
Не проверял, но может прозвонкой можно определить где что?
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
# Ruslan 01.08.2014 22:05
Опечатка - ток делителя Uout/(R2+R3).
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
# Zlodeyy 17.08.2015 11:51
Укажите в статье, что TL431 имеет падение в открытом состоянии почти 2 вольта
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
# Vlad055 29.03.2016 06:20
Почему в практических схемах нигде нет R1?
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
# Diman 29.03.2016 19:13
При больших токах нагрузки или большом падении напряжения ( то есть при большой рассеиваемой мощности), целесообразнее использовать активный элемент (транзистор), так как его проще закрепить на теплоотвод нежели резистор. При маленьких рассеиваемых мощностях можно оставить резистор.
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать
# Vlad055 30.03.2016 05:23
Спасибо Diman! О проходном транзисторе для увеличения тока стабилизации в блоках питания я в курсе.Я вот что имел ввиду:
Во всех практических схемах есть резистор в цепи катода LM431
Который защищает стабилизатор от пробоя и нагрузка подключаете катоду.Поскольк у статья учебная это ОЧЕНЬ важно для понимания и практического расчета.
Ответить | Ответить с цитатой | Цитировать

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить