Стабилизатор на tl431: Стабилизатор TL431 характеристики, схема включения, datasheet, цоколевка

Линейный стабилизатор напряжения с регулировкой на TL431 и NPN транзисторах

Всем привет!
В последнее время я увлекся сборкой схем линейных стабилизаторов напряжения. Такие схемы не требуют редких деталей, а подборка компонентов и настройка также не вызывает особых сложностей. В этот раз я решил собрать схему линейного стабилизатора напряжения на «регулируемом стабилитроне» (микросхеме) TL431. TL431 выступает в качестве источника опорного напряжения, а силовую роль выполняет мощный NPN транзистор в корпусе ТО -220.

При входном напряжении 19В, схема способна служить источником стабилизированного напряжения в пределах от 2,7 до 16 В при токе до 4А. Стабилизатор оформлен в виде модуля, собранного на макетной плате. Выглядит следующим образом:

Видео:

Стабилизатор требует блок питания постоянного тока. Имеет смысл применять такой стабилизатор с классическим линейным блоком питания, состоящим из железного трансформатора, диодного моста и конденсатора большой емкости. Напряжение в сети может меняться в зависимости от нагрузки и как следствие, будет меняться напряжение на выходе трансформатора. Данная схема будет обеспечивать стабильное выходное напряжение при изменяющимся входном. Нужно понимать, что стабилизатор понижающего типа, а также на самой схеме падает 1-3 В напряжения, поэтому максимальное выходное напряжение будет всегда меньше входного.

В качестве блока питания для данного стабилизатора в принципе можно использовать и импульсные блоки питания, например от ноутбука на 19 В. Но в этом случае, роль именно стабилизации будет минимальной, т.к. заводские импульсные блоки питания и так на выходе выдают стабилизированное напряжение.

Схема:

Подбор компонентов
Максимальный ток, который может через себя пропустить микросхема TL431, согласно документации – 100 мА. 2/R = 19 * 19/ 1000 = 0,361 Ватт

Я использовал резистор в 1 Ватт.

Резистор R4 служит для ограничения тока на базе транзистора VT2. Номинал подбирать лучше опытным путем, контролируя выходное напряжение. Если сопротивление будет слишком большим, это заметно ограничит выходное напряжение схемы. В моем случае – это 100 Ом, мощность годится любая.

В качестве основного силового транзистора (VT1) лучше использовать транзисторы в корпусе ТО – 220 или более мощном (ТО247, ТО-3). Я использовал транзистор Е13009, купленный на Али Эксресс. Транзистор на напряжение до 400В и ток до 12А. Для подобной схемы высоковольтный транзистор – не самое оптимальное решение, но работать будет нормально. Транзистор скорее всего поддельный и 12 А не выдержит, а вот 5-6А вполне. В нашей схеме ток до 4А, поэтому для данной схемы годится. В данной схеме транзистор должен быть способен рассеять мощность до 30-35 Ватт.

Рассчитывается рассеваемая мощность как разница между входным и выходным напряжением умноженная на ток коллектора :
P = (U выход -U вход)*I коллектора
Например, входное напряжение у нас 19 В, мы выставили выходное напряжение 12 В, а ток коллектора у нас 3 А
Р = (19В-12В) *3А = 21 Ватт – вполне нормальная ситуация для нашего транзистора.

А если мы продолжим снижать выходное напряжение до 6В, то картина будет другая:
Р = (19В-6В) *3А = 39 Ватт , что не очень хорошо для транзистора в корпусе ТО-220 (еще нужно учитывать, что при закрытии транзистора ток тоже будет уменьшаться: на 6В ток будет около 2-2,5А, а не 3). В таком случае лучше либо использовать другой транзистор в более массивном корпусе, либо уменьшить разницу между входным и выходным напряжением (например, если блок питания трансформаторный, путем переключения обмоток).

Также транзистор должен быть рассчитан на ток от 5А и больше. Лучше брать транзистор со статическим коэффициентом передачи тока от 20. Китайский транзистор вполне соответствует данным требованиям. Перед запайкой в схему, я его проверил (ток и рассеиваемую мощность) на специальном стенде.

Т.к. TL431 может выдавать ток не более 100 мА, а для питания базы транзистора требуется больший ток, потребуется ещё один транзистор, который будет усиливать ток с выхода микросхемы TL431, повторяя опорное напряжение. Для этого и нужен транзистор VT2.
Транзистор VT2 должен быть способен подавать достаточный ток на базу транзистора VT1.

Грубо определить необходимый ток можно через статический коэффициент передачи тока (h31э или hFE или β) транзистора VT1. Если мы хотим на выходе иметь ток в 4 А, а статический коэффициент передачи тока VT1 равен 20, то:

I базы = I коллектора / β = 4 А / 20 = 0,2 А.

Статический коэффициент передачи тока будет меняться в зависимости от тока коллектора, так что это значение ориентировочное. Замер на практике показал, что нужно около 170 мА подать на базу транзистора VT1, чтобы ток коллектора был 4А. Транзисторы в корпусе ТО-92 начинают заметно греться при токах выше 0,1 А, поэтому в данной схеме я использовал транзистор КТ815А в корпусе ТО-126. Транзистор рассчитан на ток до 1,5А, статический коэффициент передачи тока – около 75. Небольшой радиатор для данного транзистора будет уместен.
Конденсатор С3 нужен для стабилизации напряжения на базе транзистора VT1, номинал – 100 мкФ, напряжение 25В.

На выходе и входе установлены фильтры из конденсаторов: С1 и С4 (электролитические на 25В, 1000 мкФ) и С2, С5 (керамические 2-10 мкФ).

Диод D1 служит для защиты транзистора VT1 от обратного тока. Диод D2 нужен для защиты от транзистора при питании коллекторных электродвигателей. Двигатели при отключении питания ещё какое-то время крутятся и в режиме торможения работают как генераторы. Вырабатываемый таким образом ток идет в обратном направлении и может повредить транзистор. Диод в данном случае замыкает двигатель на себя и ток не доходит до транзистора. Резистор R5 выполняет роль малой нагрузки для стабилизации в холостом режиме, номинал 10к Ом, мощность любая.

Сборка
Схема собирается в виде модуля на макетной плате. Я использовала радиатор из импульсного блока питания.

С радиатором такого размера не стоит максимально нагружать схему. При токе больше 1 А, необходимо заменить радиатор на более массивный, обдув вентилятором тоже не помешает.

Важно помнить, что чем больше разница между входным и выходным напряжением и чем больше ток, тем больше выделяется тепла и тем сильнее нужно охлаждение.

На пайку ушло около часа. В принципе хорошим тоном было бы сделать плату методом ЛУТ, но т.к. плата мне требуется только в одном экземпляре, не хотелось тратить время на проектирование платы.

Получился вот такой модуль:

После сборки проверил характеристики:

Схема практически не имеет защит (имеется в виду, что нет защиты от КЗ, защиты от переполюсовки, плавного старта, ограничения по току и т.д.), поэтому использовать ее нужно очень аккуратно. По той же причине не рекомендуется использовать подобные схемы в «лабораторных» блоках питания. Для этой цели лучше подойдут готовые микросхемы в корпусе ТО-220 на токи до 5А, например КР142ЕН22А. Либо как минимум для данной схемы нужно сделать дополнительный модуль для защиты от КЗ.

Схему можно назвать классической, как и большинство схем линейных стабилизаторов. Современные импульсные схемы имеют множество преимуществ, например: более высокий КПД, гораздо меньший нагрев, меньшие габариты и вес. В то же время линейные схемы проще освоить начинающим радиолюбителям, и если КПД и габариты не особо важны, они вполне годятся для питания устройств стабилизированным напряжением.

И конечно же ничто не сравниться с чувством, когда запитал какое-то устройство от самодельного источника питания, а линейные схемы для начинающих радиолюбителей более доступны, как ни крути. Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Программируемый стабилитрон TL431 и несколько его применений | Электронные схемы

программируемый стабилизатор напряжения TL431

программируемый стабилизатор напряжения TL431

Наверняка многим известна такая деталь,похожа на транзистор с тремя выводами,на корпусе надпись-TL431 и обитает в основном в импульсных блоках питания.Называется эта деталь программируемый стабилизатор напряжения или регулируемый стабилитрон или стабилизатор напряжения.

распиновка расположение выводов стабилитрона tl431

распиновка расположение выводов стабилитрона tl431

У стабилитрона три вывода:катод,анод и вывод управления. Эта микросхема содержит одиннадцать транзисторов и состоит из трех основных узлов:источника опорного напряжения около 2.5В,операционного усилителя и биполярного транзистора.Применяют микросхему в основном в линейных стабилизаторах напряжения с мощным транзистором(лучше с истоковым повторителем на полевом транзисторе),в импульсных источниках питания и в качестве переключателя-компаратора.

В мощных линейных стабилизаторах напряжения микросхема применяется как стабильный источник напряжения,напряжение которого можно регулировать.Напряжение стабилизации можно изменять делителем напряжения на двух резисторах,напряжение с которых поступает на вывод управления.Напряжение стабилизации можно выставить от 2.5 до 36В при токе до 100мА.

источник опорного напряжения,операционный усилитель стабилизатора tl431

источник опорного напряжения,операционный усилитель стабилизатора tl431

В качестве компаратора микросхема нашла применение в различных индикаторах напряжения,в зарядных устройств аккумуляторов,в датчиках температуры и т. д. В индикаторе изменения напряжения один из светодиодов начнет светить при напряжении от 4 до 7.8В. Далее идет промежуток между 7.8 и 8.8 В когда светодиоды не светят, после 8.8В начинает светить другой светодиод.Изменяя сопротивление резистора R2 ,можно изменять напряжение срабатывания свечения светодиодов.

индикатор изменения напряжения на tl431

индикатор изменения напряжения на tl431

На основе полевого транзистора и TL431 можно собрать регулируемый стабилизированный источник питания от 2.5 до 12В. Регулировка напряжения на выходе производиться резистором R3,полевой транзистор установлен на радиатор.Нагрузку подключал галогенную лампу 12В*3А и устройство нормально работало с такой нагрузкой,но будет сильно нагреваться транзистор.

регулируемый источник питания 12В на полевом транзисторе и tl431

регулируемый источник питания 12В на полевом транзисторе и tl431

микросхема, параметры и характеристики микросхемы > Флэтора

Гальванизация как технология: гальваностегия и гальванопластика

Что такое процесс гальванизации? Определение гальванического тока.

Две электрохимические технологии гальваники: гальванопластика и гальваностегия. Примеры применения гальванирования: аккумуляторные батареи, оцинковка, уменьшение абразивного износа….

12 05 2021 15:42:15

Счетчик электроэнергии электрический: срок эксплуатации

Как часто требуется замена электрического счетчика: нормативы и межповерочный интервал. Виды счетчиков электроэнергии. Какими параметрами обладают электросчетчики. Преимущества двухтарифных и трехтарифных моделей….

06 05 2021 1:44:55

Как проверить аккумулятор прибором мультиметр (вольтметр)

Необходимые параметры для проверки А К Б мультиметром. Измерение напряжения и емкости аккумуляторной батареи. Последовательность действий для определения внутреннего сопротивления аккумулятора. Проверка тока утечки с помощью мультиметра….

04 05 2021 22:11:43

Каким прибором измерить силы удара, тяги и вращения

Прибор для измерения силы: динамометр. Измерение сил в системе С И. Принцип действия и история изобретения динамометра. механические (рычажные или пружинные), электрические и гидравлические динамометры….

26 04 2021 20:36:33

Защита IP: стандарт по ГОСТ (степени защит)

От чего защищается электрооборудование. Государственный стандарт ( Г О С Т) степеней защиты IP. Интерпретация кодов. Применение устройств с конкретными индексами. Расшифровка дополнительных букв в кодах. Особенности использования IP-кодировки…

19 04 2021 15:44:30

Физическая формула расчета эквивалентного сопротивления в цепи

Определение эквивалентного сопротивления. Разница в методике определения эквивалентного сопротивления в цепях с последовательным и параллельным соединением элементов. Расчёт при смешанном соединении устройств. Физические формулы, примеры вычислений….

12 04 2021 1:40:47

Измерение единицы работы силы в физике

Физические термины и терминология. Работа сил, приложенных к системе материальных точек. Работа силы – измерение в физике. Влияние на силу электрического тока физических величин: напряжений и сопротивлений….

11 04 2021 8:37:33

Измерение сопротивления заземления с помощью прибора М-416

Принцип работы и назначение прибора для измерения сопротивления заземления М416. Приделы измерений устройства для измерений сопротивлений в заземлениях М-416. М 416: подготовка к работе и проведение замеров по проверки исправности заземлений….

06 04 2021 20:21:22

Металлоискатель: основные принципы действия металлодетектора

Определение металлоискателя. Металлоискатель: принцип работы прибора. Комплектующие изделия и их назначение. Электронный чувствительный контур, управляющий узел. Типы металлоискателей и различия в принципе действия. Ручная и автоматическая настройка металлодетекторов….

24 03 2021 11:49:25

Примеры магнитной (диамагнитной) левитации, диамагнетизм

Определение магнитной (диамагнитной) левитации. Магнитная левитация: эксперименты в домашних условиях. Как сделать левитирующий магнит своими руками. Применение магнитов в подшипниках. Как используют магнитную левитацию в ветрогенераторах….

08 03 2021 18:19:24

Восстановление аккумулятора: последствия переплюсовки

Конструкция и принцип работы свинцово-кислотного автомобильного аккумулятора. Что такое переполюсовка А К Б. Причины естественной переполюсовки. Чем опасна переполюсовка при прикуривании. Порядок действий при переполюсовке аккумулятора….

19 02 2021 15:52:13

Управление светодиодными лентами

Знакомство с устройством светодиодных лент, способы регулирования их яркости и управление цветом. Подключение диммеров к светодиодным источникам света….

04 02 2021 8:52:48

Разветвители для телевизионного кабеля: какие бывают

Какие разветвители для Т В антенны лучше использовать для разделения сигнала на 2, 3 и 4 телевизора. Что такое тройник для телевизионной антенны. Как правильно выбрать краб для антенны для телевизора. Принцип работы сплиттера для спутниковой антенны….

22 01 2021 6:55:13

Расшифровка и технические характеристики ВББШВНГ-кабеля

Расшифровка и технические характеристики кабеля В Б Б Ш В Н Г. Маркировка жил на основе алюминия согласно Г О С Т. В Б Б Ш В Н Г-кабель: области применения, правила монтажа и эксплуатационный срок. Конструкция провода В Б Б Ш В Н Г….

20 01 2021 3:30:18

Диммер для паяльника своими руками

Все кто занимается радиоэлектроникой, сталкивались с перегревом паяльника. Это может быть недорогой недавно купленный паяльник, который вышел из строя….

13 01 2021 1:46:27

Стабилизатор напряжения без обратной связи

Автор: Andy Nehan

Когда речь заходит о стабилизаторах напряжения, сразу вспоминаются трехвыводные стабилизаторы типа LM317/337 или 78ХХ и 79ХХ. Все они работают при небольших напряжениях (до 40 Вольт), имеют всего три вывода и, как следствие, простые схемы включения.

Забегая вперёд, приведу цитату из конца этой статьи:

«Если вы обычно слушаете усилители со стабилизаторами на LM317 и им подобным, то прослушивание усилителя со стабилизатором без обратной связи поначалу может вызвать у вас шок!

Для меня это было сравнимо с тем, когда я первый раз попробовал сырую рыбу.

Просто забудьте про ваши предрассудки!»

Для слежения за выходным напряжением  микросхемы LM317/LM337 и аналогичные используют обратную связь.

Другой тип стабилизаторов обычно называют параллельными и часто говорят, что они не имеют обратной связи, а стабилизация напряжения происходит путем шунтирования нагрузки (из рисунка видно, что это не так и обратная связь присутствует и в этом типе стабилизаторов).

У обоих типов стабилизаторов есть ряд общих черт. Оба используют усилитель сигнала ошибки. При этом все усилители имеют конечный коэффициент усиления и ограниченную полосу пропускания. В идеале, надо использовать усилитель сигнала ошибки с постоянным усилением и фазовым сдвигом в полосе от постоянного тока и далее во всем звуковом диапазоне.

Смысл этого в том, что характеристики усилителя сигнала ошибки и цепи обратной связи определяют выходное сопротивление стабилизатора таким образом, что:

1. чем выше коэффициент усиления, тем ниже выходное сопротивление стабилизатора

2. выходное сопротивление обычно монотонно растёт с ростом частоты. Зависит от АЧХ усилителя ошибки и на практике рост может начинаться с частот 100Гц-10кГц.

На рисунке показан типичный выходной импеданс стабилизатора на микросхеме LM317:

Целью моей работы было создание стабилизатора со стабильным выходным сопротивлением во всем диапазоне звуковых частот, высоким уровнем подавления пульсаций и низким уровнем шумов.

Исходя из этих требований, рассмотрим весь тракт от выпрямления до стабилизации напряжения.

Выпрямление переменного напряжения

Сегодня требования к качеству напряжения сети довольно мягки. Прибавьте к этому огромное количество потребителей с импульсными блоками питания (компьютеры, телевизоры, принтеры, DVD-проигрыватели и т.п.) и нелинейные характеристики понижающих трансформаторов. В результате форма питающего напряжения далека от синуса. В первую очередь наблюдается уплощение вершин полуволн.

На рисунке  показаны результаты измерений напряжения на выходе Ш-образного трансформатора:

Увеличение по клику

Я был удивлен, честно скажу — ожидал худшего.

Примечание главного редактора «РадиоГазеты»: имейте ввиду, что автор живёт в Великобритании!!! В российской электросети  картина будет далеко не такая радужная.

Я использую Ш-образные трансформаторы, потому что их звук мне больше по душе. Они не так быстродействующие, как торы, но я считаю, что они дают лучшую детализацию и проработку сцены в звучании.

На предыдущем рисунке показан и спектр выходного напряжения мостового выпрямителя.

Ужасно! Даже хуже, чем на входе трансформатора.
Теперь появились гармоники частотой 2 кГц, с уровнем около 60 дБ относительно  к 50 Гц пульсациям напряжения.

Чистый вход

Я хотел получить чистое входное напряжение по максимуму очистив его от гармоник и исключив все переходные процессы. Дело в том, что все стабилизаторы имеют некоторую ёмкость между входом и выходом. Плюс помехи могут проникнуть на выход стабилизатора через цепи обратной связи или общий провод. Потому на входе стабилизатора нам требуется иметь максимально чистый сигнал.

Звучит немного утопически? Как получить «чистое» напряжение на входе стабилизатора?
RC или LC-фильтры могут значительно снизить гармоники в выпрямленном напряжении.
А какой сигнал считать достаточно чистым?

Довольно популярны в ламповых усилителях выпрямители на кенотронах, которые в силу своих конструктивных особенностей являются несимметричными, однако же ничего. ..звучат эти усилители! 🙂

Чтобы получить минимальный уровень гармоник в выпрямленном напряжении я экспериментировал с одно и двухзвенными RC-фильтрами, установленными после первого фильтрующего конденсатора.

Как и ожидалось, добавление одного звена даёт наибольший прирост в качестве звучания усилителя.
Второе звено также даёт заметный вклад. Дальнейшее увеличение количества звеньев на звук существенно не влияет, а вот на массо-габаритные показатели очень.

Результаты измерений:

Как видно, существенно уменьшают не только верхние гармоники, но и основные пульсации также существенно затухают. Что и требовалось. К сожалению, моё оборудование не позволяет точно измерить уровень фона в присутствии сигнала. Кроме основой гармоники уровень других гармоник составил ниже 10 мВ.

Дополнительное звено в фильтре может снизить ещё на 20дБ уровень всех гармоник выше 200Гц. Но они и так уже на уровне шума стабилизатора.
Упрощенное моделирование стабилизатора на мощном FET-транзисторе показало уровень подавления низкочастотных составляющих на уровне 100дБ и 40 дБ для гармоник 100 кГц и выше.

Такие впечатляющие цифры вряд ли будут достигнуты на практике из-за паразитных ёмкостей монтажа, наводок со стороны сети и прочих негативных факторов.

Поэтому я решил считать нормальными результаты: подавление 60дБ на нижних частотах и 20дБ на высоких. Получается, что пульсации частотой 50Гц и амплитудой 100 мВ будут ослаблены до уровня 0,1мВ. Подавление ВЧ-гармоник не столь важно, так как они очень хорошо ослабляются RC-фильтрами.

Слабые сигналы

Основываясь на моем опыте, я считаю, что все неосновные (шумы, помехи, гармоники) сигналы питающей сети должны быть подавлены с достаточной степенью. Особенно это относится к высокочастотным составляющим, так как с увеличением частоты из-за паразитных емкостей между входом и выходом стабилизатора, а также ограниченной полосы пропускания усилителя сигнала ошибки, способность стабилизатора их подавлять заметно ухудшается.

Как легко заметить, резистор (или может быть индуктивность) в фильтре включены в оба провода: положительный и общий. Часто резистор (или дроссель) добавляют только в один (положительный) проводник фильтра. На результатах измерений это не сказывается.

Но это ошибка!!! Я уверен, что из-за распределенной индуктивности трансформатора помеха на одном выводе вторичной обмотки может быть больше, чем на другом. (К сожалению, моё измерительное оборудование не позволяет это проверить) Симметричная схема фильтра наиболее эффективно справится с такой помехой.

Если говорить о замене резисторов в фильтре на индуктивности, то я никогда не был доволен LC-фильтрами. На мой взгляд они замедляют атаку и снижают динамику усилителя. Это вовсе не означает, правильно посчитанный и изготовленный дроссель будет звучать плохо. Но за последние 5 лет мне не попалось таких изделий, хорошо сочетающихся с моими конструкциями.

К аналогичному результату (снижению динамики) приводит увеличение номинала резисторов фильтра. Для маломощной нагрузки я использую резисторы на 22 Ом. Для более мощной нагрузки значения резисторов следует уменьшить.

«СВЯЗЬ ВПЕРЁД»

Я разработал топологию стабилизатора без обратной связи. Считаю, что именно она отвечает моим требованиям, а после тестовых прослушиваний я заменил в своих конструкциях типовые стабилизаторы с обратной связью, несмотря на их высокие параметры.

В моей топологии сначала получается стабильное образцовое напряжение, которое через буфер подается на накапливающее устройство (конденсатор). Буфер обеспечивает постоянство выходного сопротивления стабилизатора, а конденсатор мгновенную подачу энергии усилителю при резких колебаниях тока нагрузки.

Обе топологии я смоделировал для проверки своих рассуждений.

Оказалось, что топология с обратной связью имеет чуть больший коэффициент стабилизации и ниже выходное сопротивление, которое повышается с ростом частоты.

Однако, по результатам прослушивания я отдал предпочтение топологии без обратной связи.

Базовая конфигурация

Главная задача стабилизатора — обеспечить постоянство выходного напряжения и подавление пульсаций.
Конструкция стабилизатора основана на простейшей схеме, но каждый её элемент я выбирал так, чтобы он идеально выполнял свою функцию:
Для максимального подавления входных шумов сопротивление резистора R должно быть максимально, а в внутреннее сопротивление источника опорного напряжения Vref как можно ниже. Да и работать формирователь опорного напряжения будет лучше, если его питать от высокоомного источника. Таким требованиям отвечает источник стабильного тока (ГСТ).

Для высоковольтного стабилизатора я использовал ГСТ на двух транзисторах, что обеспечивает большую стабильность тока при колебаниях питающего напряжения.

Для низковольтных стабилизаторов можно использовать аналогичную схему или просто одиночный диод.

Для высоковольтных стабилизаторов я выбрал значение тока ГСТ около 5мА. Для низковольтных стабилизаторов можно выбрать значение поменьше.

Микросхеме TL431 для нормальной работы требуется минимум 2 мА.

Важное замечание: ГСТ на двух транзисторах может иногда возбуждаться, если использовать высокочастотные транзисторы. Поэтому я выбрал транзисторы  MJ340/350 которые, как показывает мой опыт, работают стабильно.

Стабилитроны довольно шумные и кроме того имеют плохой температурный коэффициент. Выходное напряжение при их использовании будет меняться в зависимости от температуры окружающей среды, а если в вашем усилителе активная вентиляция, то тем более. Кроме того, стабильность их внутреннего сопротивления тоже оставляет желать лучшего.

Вместо них я использовал TL431 в качестве источника опорного напряжения, так как их шумовые характеристики весьма достойны, они имеют низкое выходное сопротивление и довольно широкий диапазон выходных напряжений, которое устанавливается с помощью простого делителя.

Стабилизатор напряжения для цепей накала.

Буферным элементом стабилизатора может быть как биполярный так и полевой транзистор.  На практике я использовал полевые транзисторы, с высокой крутизной, номинальной мощностью и высоким рабочим напряжением.  Надежность была превосходной!

Теплоотвод для буферного транзистора требуется как для низковольтного, так и в случае высоковольтного стабилизатора.

Конденсатор в цепи TL431 Дополнительно снижает уровень шума.

увеличение по клику

Недостатком схемы можно считать необходимость подстройки выходного напряжения при замене ламп, так как из-за конструктивных особенностей потребление по цепям накала у разных ламп отличается.

Но настоящего аудиофила это не остановит!

Высоковольтный стабилизатор напряжения

Так как максимальное выходное напряжение микросхемы TL431 составляет всего 30В, то для получения больших значений выходного напряжения стабилизатора используется полевой транзистор, включенный как умножитель. Его коэффициент усиления равен отношению суммы резисторов 330кОм и 270 кОм к резистору в 33кОм. При указанных номиналах усиление равно 15, т.е. максимальное выходное напряжение схемы составляет порядка 450В.

Источник тока на транзисторах MJE350 питает источник образцового напряжения током в 5мА, значение которого устанавливается резистором 150R.
В остальном работа схемы аналогична предыдущей.

Следует обратить внимание на качество конденсаторов. Они должны быть низкоимпедансными и быстрыми. К примеру, плёночные конденсаторы фирмы WIMA типа FKP1 отвечают всем этим требованиям.

Кстати, так как схема не обеспечивает плавную подачу анодного напряжения (или задержку включения) до прогрева ламп, для решения это проблемы можно использовать модуль, описанный здесь.

Стабилизатор напряжения отрицательной полярности

Понятно, что для отрицательной полярности напряжения схема должна претерпеть изменения, так как для микросхемы TL431 нет комплементарного аналога.

Тем не менее, я так же использовал TL431, но в связке с составным транзистором (Дарлингтон):

Этот стабилизатор обычно используется для питания вспомогательных цепей, к примеру, катодных источников стабильного тока. Потому образцовые параметры здесь не нужны и усложнять схему я не стал.

Буфер

После рассмотрения стабилизаторов цепей накала и высоковольтного стабилизатора, я предлагаю вашему вниманию схему простого высоковольтного буфера:

Его функция в обеспечении постоянного выходного сопротивления и подавление пульсация и помех по питанию. Если его подключить после обычного стабилизатора, то все негативные факторы от обратной связи в источнике питания можно существенно снизить.

Выходное сопротивление такого буфера обратно пропорционально крутизне транзистора и получается достаточно низким. Оно также постоянно в звуковом диапазоне частот.

Большую роль для качества звучания играет выбор конденсаторов!!!

Кстати, я обнаружил, что параллельное соединение конденсаторов не добавляет качества звучания. К примеру, один конденсатор на 20 мкФ звучит лучше, чем параллельное соединение двух конденсаторов на 10 мкФ того же производителя.

Конструкция.

Конструкция таких стабилизаторов особенностей не имеет. При ограничениях в размерах вы можете использовать двухсторонний монтаж. В этом случае одна сторона платы должны быть заземлена. В моих опытах заземление одной стороны платы давало значительный прирост в качестве звучания!

Подобные стабилизаторы я эксплуатирую в своих конструкциях уже около пяти лет и они не доставляют мне проблем ни с качеством звучания, ни с надёжностью.

Прослушивание.

Если вы обычно слушаете усилители со стабилизаторами на LM317 и им подобным, то прослушивание усилителя со стабилизатором без обратной связи поначалу может вызвать у вас шок!

Первое, что вас удивит — кажущаяся потеря динамики. Я считаю, что LM317 добавляет «лишней скорости звуку», искажая тем самым истинное звучание фонограммы. Закрытое прослушивание показало, что стабилизаторы без ОС удаляют  из звука весь мусор, который привносит LM317.

Потратьте немного времени на привыкание к новому звуку. На это уйдет не больше часа. Но я уверен, что вы будете восхищенны конечным результатом.

Для меня это было сравнимо с тем, когда я первый раз попробовал сырую рыбу.

Просто забудьте про ваши предрассудки!

Теперь немного сравнительных тестов. Я сравнивал стабилизатор на LM317, на лампах и стабилизатор без обратной связи.

1. LM317 как стабилизатор цепей накала и LM317 с двухзвенным фильтром помех. Последний вариант дает более детальный звук.

2. LM371 как стабилизатор цепей накала против безоосного стабилизатора. Второй вариант дает большую динамику и повышает детальность в верхнем диапазоне, что приводит к расширению стереобазы.

3. Выпрямитель на кенотроне и стабилизатор на лампах против безоосного стабилизатора анодного напряжения. Второй вариант даёт в звучании большую динамику и детальность. Ламповый стабилизатор дал более «жирный» звук.

Для получения максимального эффекта необходимо использовать для питания каждой лампы отдельный стабилизатор. Это несколько удорожает, усложняет и утяжеляет конструкцию. Но, поверьте мне, оно того стоит!

Кроме этого я провел много сравнительных прослушиваний для конденсаторов. В результате я остановился на пленочных конденсаторах фирмы WIMA. Я услышал четкие различия в звучании между плёночными и электролитическими конденсаторами. Пленочные гораздо предпочтительнее.

В своей системе я могу на слух отличить какие используются конденсаторы — пленочные или электролитические даже в цепях накала ламп.

Если вы хотите получить достойный результат, будьте готовы использовать качественные материалы!

Статья подготовлена по материалам журнала AudoiXpress.

Удачного творчества!

Замечание от главного редактора «РАДИОГАЗЕТЫ»: мнение редакции может частично или полностью не совпадать с мнением авторов статей.

Так как приходят вопросы по реализации описанных схем на доступных элементах, для примера привожу схему собранную и опробованную в работе.

Здесь интегральный источник тока J310 заменён на более доступную микросхему LM317L, включенную по схеме стабилизатора тока. Можно использовать и источники тока на полевых транзисторах.

Резистор R3 задаёт выходное напряжение (подбирается). Качество стабилизации этой схемы сильно зависит от параметров транзистора Т1. Сюда надо выбрать транзистор с максимальной крутизной и минимальным сопротивлением открытого канала. Отлично показал себя  CEP50N06. Из более доступных стоит попробовать IRFZ44.

Важно иметь в виду, что управляющее напряжение на транзисторе порядка 3,5-4В и для нормальной работы источника тока необходимо напряжение около 3,5В. Поэтому разница между входным и выходным напряжениями такого стабилизатора должна быть не менее 8В! Это несколько снижает КПД этой схемы и при больших токах нагрузки требует использования радиаторов приличных размеров. Настоящего аудиофила такие трудности не остановят 🙂

Похожие статьи:

Russian HamRadio – Минисправочник – TL431.

Табл.1. ИМС TL431 (аналог KPU2Eh29) – недорогой (от $0,14) трехвыводный регулируемый параллельный стабилизатор напряжения с улучшенной температурной стабильностью (типовое изменение опорного напряжения во всем диапазоне рабочих температур составляет 3 мВ), предназначенный для работы в климатических условиях, установленных для автомобильного транспорта, промышленных и военных областей применения. В табл.1 указаны варианты исполнения.   В табл.2 – максимальная рассеиваемая мощность в зависимости от суффикса и температуры окружающей среды. Табл.2. Предусмотрена возможность установки любого выходного напряжения в диапазоне от Vref (около 2,5В) до 36В с помощью двух внешних резисторов.   Рис.1. Типовая схема включения TL-431, как параллельного стабилизатора. Типовая схема включения показана на рис.1, где Vref = 2,5B, Iref = 2…4мкA, Ik = 1.,.100 мА, Vka – выходное напряжение.         На рис.2 показано назначение выводов для разных вариантов конструктивного исполнения корпусов. Рис.2. Активный выходной каскад позволяет обеспечить значительный выходной ток – до 100 мА при малом дифференциальном сопротивлении (типовое значение 0,22 Ом), благодаря чему TL431 идеально подходит для замены стабилитронов в различных областях применения, например в схемах стабилизации, которые встроены в монтажные платы и панели, в регулируемых импульсных источниках питания и т.п.   Микросхемы TL431C и TL431 АС предназначены для работы в диапазоне температур от 0 до+70 °С, TL431I HTL431AI – для работы в диапазоне температур от -40 до +85 °С, TL431М работают во всем диапазоне температур, который установлен для изделий военного назначенияот-55 до+125 °С.     На рис.3 – рис.9 – некоторые схемы практического применения TL431.       Рис.3. Прецизионный последовательный стабилизатор напряжения с выходным напряжением 5В.       Рис.4. Прецизионный последовательный стабилизатор напряжения 5В /1,5A на интегральной микросхеме.         Рис.5. Прецизионный последовательный стабилизатор напряжения с повышенным выходным током (до 5А).         Рис.6. Термостабильный генератор тока.       Рис.7. Реле времени.       Рис.8. Двух пороговый монитор напряжения батареи Vbat.         Рис.9. Компаратор. материал подготовил Ю. Замятин (UA9XPJ).

jpg”>

Copyright © Russian HamRadio

Kia431a описание на русском – Мастер Фломастер

В этой статье мы узнаем, как работает интегральный стабилизатор напряжения TL431, в регулируемых блоках питания.

Технически TL431 называется программируемым шунтирующим регулятором, простыми словами это может быть определено как регулируемый стабилитрон. Давайте рассмотрим его спецификацию и указания по применению.

Стабилитрон TL431 имеет следующие основные функции:

• Выходное напряжение устанавливается или программируется до 36 вольт
• Низкое выходное сопротивление около 0,2 Ома
• Пропускная способность до 100 мА
• В отличие от обычных диодов Зенера, генерация шума в TL431 незначительна.
• Быстрое переключение.

Общее описание TL431

TL431 — регулируемый или программируемый регулятор напряжения.
Необходимое выходное напряжение может быть установлено с помощью всего двух внешних резисторов (делитель напряжения), подключенных к выводу REF.

На приведенной ниже схеме показана внутренняя структурная схема устройства, а также PIN-код обозначения.

Распиновка TL431

Схема включения стабилитрона TL431

Теперь давайте посмотрим, как этот прибор может быть использован в практических схемах. Схема ниже показывает, как можно использовать TL431 в роли обычного регулятора напряжения:

Приведенный выше рисунок показывает, как с помощью всего пары резисторов и TL431 получить регулятор, работающий в диапазоне 2,5…36 вольт. R1 представляет собой переменный резистор, который используется для регулировки выходного напряжения.

Следующая формула справедлива для вычисления сопротивлений резисторов, в случае если мы хотим получить какое-то фиксированное напряжение.

Vo = (1 + R1/R2)Vref

При совместном применении стабилизаторов серии 78xx (7805,7808,7812..) и TL431 можно использовать следующую схему:

TL431 катод соединен с общим выводом 78xx. Выход 78xx подключен к одной из точки резисторного делителя напряжения, который определяет выходное напряжение.

Вышеуказанные схемы использования TL431 ограничены выходным током 100 мА максимум.

Для получения более высокого выходного тока может быть использована следующая схема.

В приведенной выше схеме большинство компонентов схожи с обычным регулятором, приведенным выше, за исключением того, что здесь катод подключен к плюсу через резистор и к их точке соединения подсоединена база буферного транзистора. Выходной ток регулятора будет зависеть от мощности данного транзистора.

Области применения TL431

Выше изложенные варианты применения TL431 могут быть использована в любом месте, где требуется точность настройки выходного напряжения или опорного напряжении. В настоящее время это широко используется в импульсных источниках питания для генерации точного опорного напряжения.

TL 431 это программируемый шунтирующий регулятор напряжения. Хотя, эта интегральная схема начала выпускаться в конце 70-х она до сих пор не сдаёт своих позиций на рынке и пользуется популярностью среди радиолюбителей и крупных производителей электротехнического оборудования. На плате этого программируемого стабилизатора находится фоторезистор, датчик измерения сопротивления и терморезистор. TL 431 повсеместно используются в самых разных электрических приборах бытовой и производственной техники. Чаще всего этот интегральный стабилитрон можно встретить в блоках питания компьютеров, телевизоров, принтеров и зарядок для литий-ионных аккумуляторов телефонов.

TL 431 интегральный стабилитрон

Основные характеристики программируемого источника опорного напряжения TL 431

• ​ Номинальное рабочее напряжение на выходе от 2,5 до 36 В;
• Ток на выходе до 100 мА;
• Мощность 0,2 Ватт;
• Диапазон рабочей температуры для TL 431C от 0° до 70°;
• Диапазон рабочей температуры для TL 431A от -40° до +85°.

Точность интегральной схемы TL 431 указывается шестой буквой в обозначении:

• Точность без буквы – 2%;
• Буква А – 1%;
• Буква В – 0, 5%.

Столь широкое его применения обусловлено низкой ценой, универсальным форм-фактором, надёжностью, и хорошей устойчивостью к агрессивным факторам внешней среды. Но также следует отметить точность работы данного регулятора напряжения. Это позволило ему занять нишу в устройствах микроэлектроники.

Основное предназначение TL 431 стабилизировать опорное напряжение в цепи. При условии, когда напряжение на входе источника ниже номинального опорного напряжения, в программируемом модуле транзистор будет закрыт и проходящий между катодом и анодом ток не будет превышать 1 мА. В случае, когда выходное напряжение станет превышать запрограммированный уровень, транзистор будет открыт и электрический ток сможет свободно проходит от катода к аноду.

Схема включения TL 431

В зависимости от рабочего напряжения устройства схема подключения будет состоять из одноступенчатого преобразователя и расширителя (для устройств 2,48 В.) или модулятора небольшой ёмкости (для устройств 3.3 В). А также чтобы снизить риск короткого замыкания, в схему устанавливается предохранитель, как правило, за стабилитроном. На физическое подключение оказывает влияние форм-фактор устройства, в котором будет находиться схема TL 431, и условия окружающей среды (в основном температура).

Стабилизатор на основе TL 431

Простейшим стабилизатором на основе TL 431 является параметрический стабилизатор. Для этого в схему нужно включить два резистора R 1, R 2 через которые можно задавать выходное напряжение для TL 431 по формуле: U вых= Vref (1 + R 1/ R 2). Как видно из формулы здесь напряжение на выходе будет прямо пропорционально отношению R 1 к R 2. Интегральная схема будет держать напряжение на уровне 2,5 В. Для резистора R 1 выходное значение рассчитывается так: R 1= R 2 (U вых/ Vref – 1).

Эта схема стабилизатора, как правило, используется в блоках питания с фиксированным или регулируемым напряжением. Такие стабилизаторы напряжения на TL 431 можно обнаружить в принтерах, плоттерах, и промышленных блоках питания. Если необходимо высчитать напряжение для фиксированных источников питания, то используем формулу Vo = (1 + R 1/ R 2) Vref.

Временное реле

Прецизионные характеристики TL 431 позволяют использовать его не совсем по «прямому» назначению. Из-за того, что входной ток этого регулируемого стабилизатора составляет от 2 до 4 мкА, то используя данную микросхему можно собрать временное реле. Роль таймера в нём будет исполнять R1 который начнёт постепенно заряжаться после размыкания контактов S 1 C 1. Когда напряжение на выходе стабилизатора достигнет 2,5 В, транзистор DA1 будет открыт, через светодиоды оптопары PC 817 начёт проходить ток, а открытый фоторезистор замкнёт цепь.

Термостабильный стабилизатор на основе TL 431

Технические характеристики TL 431 позволяют создавать на его основе термостабильные стабилизаторы тока. В которых резистор R2 выполняет роль шунта обратной связи, на нём постоянно поддерживается значение 2,5 В. В результате значение тока на нагрузке будет рассчитываться по формуле Iн=2,5/R2.

Цоколёвка и проверка исправности TL 431

Форм-фактор TL 431 и его цоколёвка будет зависеть от производителя. Встречаются варианты в старых корпусах TO -92 и новых SOT-23. Не стоит забывать про отечественный аналог: КР142ЕН19А тоже широко распространённый на рынке. В большинстве случаев цоколёвка нанесена непосредственно на плату. Однако не все производители так поступают, и в некоторых случаях вам придётся искать информацию по пинам в техпаспорте того или иного устройства.

TL 431 является интегральной схемой и состоит из 10 транзисторов. Из-за этого проверить её мультиметром невозможно. Для проверки исправности микросхемы TL 431 нужно использовать тестовую схему. Конечно, часто нет смысла искать перегоревший элемент и проще заменить схему целиком.

Программы расчёта для TL 431

В интернете существует множество сайтов, где вы сможете скачать программы-калькуляторы для расчёта параметров напряжения и силы тока. В них можно указывать типы резисторов, конденсаторов, микросхем и прочих составных частей схемы. TL 431 калькуляторы также бывают онлайн, они по функционалу проигрывают устанавливаемым программам, но если вам нужно исключительно входные/выходные и максимальные значения схемы, то они справятся с этой задачей.

Номер в каталоге	Описание (Функция)	производитель
KIA431A	BIPOLAR LINEAR INTEGRATED CIRCUIT	KEC

Другие PDF	недоступен.
KIA431A Datasheet PDF :

PROGRAMMABLE PRECISION REFERENCES

The KIA431 Series integrated circuits are three-terminal programmable shunt regulator diodes.
These monolithic IC voltage reference operate as a low temperature coefficient zener which is programmable from Vref to 36 volts with two external resistors. These devices exhibit a wide operating current range of 1.0 to 100mA with a typical dynamic impedance of 0.22Ω .The characteristics of these references make them excellent replacements for zener diodes in many applications such as digital voltmeters, power supplies, and op amp circuitry. The 2.5 volt reference makes it convenient to obtain a stable reference from 5.0 volt logic supplies, and since the KIA431 Series operates as a shunt regulator, it can be used as either a positive or negative voltage reference.

FEATURES
• Divice Code Name :KIA431 + Vref Code + Package Code+Pin Configuration Code
• Low Dynamic Output Impedance : 0.22Ω (Typ.).
• Sink Current Capability of 1.0 to 100mA.
• Equivalent Full-Range Temperature Coefficient of 50ppm/℃ (Typ.).
• Temperature Compensated for Operation Over Full Rated Operating Temperature Range.
• Low Output Noise Voltage.

Программа схемотехнического моделирования SwitcherCAD 3. Часть IV – Компоненты и технологии

Все статьи цикла.

Примеры работы в LTspice/SwitcherCAD III

В папке My_Examples, хранящейся по ссылке  содержатся файлы для демонстрации возможностей LTspice/SwitcherCAD III.

Папка My_Project включает в себя файлы:

• TL431. asc — схема макромодели TL431;
• TL431_test_pulse.asc — схема тестирования TL431 в режиме компаратора;
• TL431_test_freq.asc — схема тестирования TL431 в режиме усилителя переменного тока;
• TL431_test_temp.asc — схема для температурного анализа TL431;
• Regulator_dc.asc — схема стабилизатора напряжения для анализа на постоянном токе;
• Regulator_tr.asc — схема стабилизатора напряжения для расчета передаточной функции на постоянном токе;
• Regulator_ac.asc — схема стабилизатора напряжения для анализа устойчивости;
• Regulator_ac1.asc — то же самое, но для построения годографа Найквиста;
• Regulator_tran.asc — схема стабилизатора напряжения для анализа качества регулирования.

Файл My_Lib.lib содержит описание макромодели микросхемы TL431.

В папке My_Sym описания символов компонента TL431:

• TL431.asy — символ с атрибутом «тип компонента» Cell;
• TL431_test. asy — символ с атрибутом «тип компонента» Block.

Чтобы воспользоваться предлагаемыми примерами, необходимо поместить файл My_Lib.lib в папку sub, папку My_Sym в папку sum, а папку My_Project в папку SwCADIII установленной программы.

Модель микросхемы TL431

Файл TL431.asc — это схема макромодели регулируемого стабилитрона TL431, созданная на основе принципиальной схемы, представленной в [2]. Эта модель, в отличие от известных SPICE-моделей микросхемы TL431, обеспечивает удовлетворительные результаты моделирования во всех вариантах применения, предлагаемых производителем микросхемы. Приведем текст модели, содержащийся в файле My_Lib.lib :

.subckt TL431 A C R
*TL431 Reference
*Model for LTSpiceSwCADIII, Orcad, Micro-Cap
* Designed by M.Pushkarev, Uljanovsk, Russia, 10/07/2008
Q1 N011 N011 A QN
Q2 C R N005 QN
Q3 N003 N003 R QN
Q4 N012 N011 N014 QN 2
Q5 N004 N004 N001 QP
Q6 N004 N005 N008 QN
Q7 N010 N012 A QN
Q8 N003 N004 N002 QP
Q9 N003 N013 A QN
Q10 C N003 N006 QN
Q11 C N007 A QN 3
R1 N009 N011 2. 4k TC=2E-3, -2E-5
R2 N005 N009 3.28k TC=2E-3, -2E-5
R3 N009 N012 7.2k TC=2E-3, -2E-5
R4 N014 A 800 TC=1.8E-3
R5 C N001 800 TC=1.8E-3
R6 N008 N010 4k TC=2E-3, -2E-5
R7 N013 N011 1k
R8 C N002 800 TC=1.8E-3
R9 N007 N006 150
R10 N007 A 10k
D1 A N003 QD
D2 A C QD
C1 N010 N012 20p
C2 C N003 20p
.model QD D (is=10e-15)
.model QN NPN(is=5e-15 BF=120 Cje=.5p Cjc=.5p Rb=500)
.model QP LPNP(is=5e-15 BF=50Cje=.3p Cjc=1.5p Rb=250)
.backanno
.ends TL431

Описание макромодели начинается строкой, включающей в себя директиву .SUBCKT, имя макромодели и имена выводов, расположенных в порядке, аналогичном порядку размещения их в символе компонента. Следующие три строки — комментарий, не оказывающий влияния на моделирование. Далее несколько строк, определяющих подключение транзисторов Q1–Q11. Транзисторы записаны подряд и в порядке возрастания позиционных обозначений исключительно только для удобства чтения файла. Порядок следования элементов схемы макромодели на анализ влияния не оказывает. Для транзисторов Q4 и Q11 показано количество параллельно включенных структур, 2 и 3 соответственно. Для большинства резисторов наряду с номинальным значением сопротивления указаны температурные коэффициенты сопротивления, которыми в основном определяется температурная зависимость опорного напряжения. Модели диода и транзисторов из множества параметров содержат только существенно необходимые. Описание заканчивается строками с директивами .BACKANNO и .ENDS.

В папке My_Sym есть два файла — TL431_test.asy и TL431.asy — с описаниями символов TL431_test и TL431. Символ TL431_test, имеющий атрибут Symbol Type — Block, использован в проектах TL431_test_pulse.asc и TL431_test_freq.asc, позволяющих продемонстрировать иерархические проекты с тестированием микросхемы TL431, включенной в качестве компаратора и в качестве усилителя.

Первый из проектов с результатами анализа показан на рис. 17 (см. КиТ № 11 `2008, стр. 136). В левом верхнем углу рисунка — схема тестирования регулируемого стабилитрона в режиме компаратора TL431_test_pulse.asc. В правом нижнем углу собственно схема микросхемы TL431 — TL431_test.asc. В правом верхнем углу — результаты моделирования, где показаны графики входного напряжения V(in) и тока коллектора транзистора Q11 микросхемы Ic(x1:Q11).

Анализ температурного дрейфа модели микросхемы TL431

Файл TL431_test_temp.asc после открытия демонстрирует схему проверки поведения компонента TL431 при изменении температуры. В этом проекте используется символ TL431.asy, не допускающий редактирования в составе схемы. Схема и результат моделирования изображены на рис. 36.

Рис. 36. Анализ температурного дрейфа модели микросхемы TL431

Анализ схемы стабилизатора напряжения на постоянном токе

Файл Regulator_dc.asc — несложная схема стабилизатора напряжения с выходным напряжением 12 В и током нагрузки до 300 мА. Допустимый диапазон изменения входного напряжения — 13–30 В. Схема и результат моделирования изображены на рис. 37.

Рис. 37. Анализ схемы стабилизатора напряжения на постоянном токе

Схема стабилизатора включает в себя транзисторы, модели которых отсутствуют в библиотеке standard.bjt. Один из возможных способов использования сторонних библиотек, который и применен в данном примере, поместить модели компонентов на листе схемы. Достоинство такого решения: проект запускается на любом компьютере, вне зависимости от места установки программы и наличия соответствующих библиотек.

На листе схемы помещены четыре директивы моделирования:

.dc Vin 15 30 1
.step param I list 100m 200m
.meas V(in) trig V(out)=12.022 targ V(out)=12.0225
.save V(out)

Они предусматривают анализ поведения схемы на постоянном токе при изменении входного напряжения в диапазоне 15–30 В с шагом 1 В и двух значениях тока нагрузки (100 и 200 мА), с измерением входного напряжения при двух значениях выходного напряжения (12,022 и 12,0225 В) и выводом графика выходного напряжения V(out) непосредственно в процессе моделирования.

В окне графиков подключены два курсора: первый курсор к синему графику, соответствующему току нагрузки 100 мА, второй — к красному графику, соответствующему току нагрузки 200 мА. По данным таблички Cursor Step Information видно, что курсор 2 подключен к графику, соответствующему ступени тока 200 мА, и полученному за второй проход моделирования из двух проходов. В диалоговом окне показаны координаты и разности координат курсоров. На рис. 38 приведен фрагмент .log-файла, открытого по команде View>SPICE Error Log, с результатами измерений по директиве .MEAS.

Рис. 38. Фрагмент .log-файла

На рис. 39 показан результат моделирования передаточной характеристики стабилизатора по постоянному току (файл проекта Regulator_tr.asc) по директиве:

.tr V(out) Vin.

Рис. 39. Параметры передаточной характеристики по постоянному току

Отчет представляет результаты вычислений коэффициента передачи, входного и выходного сопротивлений.

Анализ устойчивости стабилизатора напряжения

Файл Regulator_ac.asc — это схема стабилизатора напряжения, подготовленная для .AC-анализа с целью проверки устойчивости. Методика такого анализа изложена в [3, 4]. Схема и результат моделирования показаны на рис. 40. Роль источника возмущения в цепи отрицательной обратной связи играет независимый источник напряжения Vtest. Директивами моделирования

.ac dec 100 1 10MEG
.step param C list 1p 4.7n

задан анализ с логарифмическим декадным изменением частоты и со 100 отображаемыми точками в каждой декаде в полосе частот от 1 Гц до 10 МГц, при двух значениях корректирующей емкости С1: 1 пФ и 4,7 нФ.

Рис. 40. Анализ устойчивости по ЛАЧХ и ЛФЧХ

Директива

.options gmin=1E-9

обеспечивает нормальное завершение процесса моделирования. При значении gmin = 1E-12, установленном по умолчанию, попытка анализа схемы при C1 = 1 пФ заканчивается сообщением об ошибке Analysis Failed: Iteration Limit reached.

В окне графиков изображен график –V(out)/V(test). Результаты моделирования представляют собой логарифмические амплитудночастотную (ЛАЧХ) и фазочастотную (ЛФЧХ) характеристики разомкнутой системы. Знак «–» приводит график ЛФЧХ к виду, принятому при анализе систем автоматического регулирования [5]. Запас по фазе составляет около –22° и 41° для значений корректирующей емкости 1 пФ и 4,7 нФ соответственно. При значении корректирующей емкости, равном 1 пФ, схема неустойчива. На практике для гарантии устойчивости рекомендуется иметь запас по фазе не менее 30°. На рис. 41 представлен результат моделирования этой схемы (файл проекта Regulator_ac1.asc) в диапазоне частот 10 кГц – 10 МГц в виде годографа Найквиста. Характеристика, соответствующая значению корректирующей емкости 1 пФ, охватывает точку с координатами (–1, j0), что свидетельствует о неустойчивости схемы.

Рис. 41. Анализ устойчивости по годографу Найквиста

Анализ переходного процесса в стабилизаторе напряжения

Качество регулирования в стабилизаторе напряжения можно оценить по реакции на скачок тока нагрузки. Файл Regulator_tran.asc — это проект для анализа стабилизатора напряжения при скачкообразном изменении тока нагрузки от 0 до 300 мА и обратно. Директивами моделирования

.tran 0.8m
.step param C list 1n 4.7n

задан анализ переходного процесса на временном отрезке 0–1,5 мс при двух значениях корректирующей емкости: 1 и 4,7 нФ.

Судя по графикам на рис. 42, величина корректирующей емкости сказывается не только на устойчивости схемы, но и на реакции на скачок нагрузки. Увеличение корректирующей емкости ведет к росту амплитуды выбросов, увеличивает время переходного процесса и его колебательность, что ухудшает качество регулирования.

Рис. 42. Анализ переходного процесса

Панель настройки

Вызов панели настройки

Чтобы вызвать панель настройки, используется команда меню Tools>Control Panel, в которой конфигурируются режимы работы LTspice/SwitcherCAD III.

Сжатие (Compression)

LTspice сжимает . raw-файлы данных в процессе их генерации. Сжатый файл может быть в 50 раз меньше, чем несжатый. Сжатие выполняется с потерями. Окно панели настройки (рис. 43) позволяет управлять потерями при сжатии:

• ASCII файлы данных (ASCII data fieles).
• Сжатие только при анализе переходных процессов (Only compress transient analyses).
• Включение сжатия первого порядка (Enable 1st Order Compression).
• Включение сжатия второго порядка (Enable 2nd Order Compression).
• Удалив метки в обеих ячейках, можно полностью отключить сжатие данных.
• Размер окна (Window Size (No. of Points)): максимальное количество точек, которые будут сжаты до двух граничных точек.
• Относительная погрешность (Relative Tolerance): относительная погрешность, допустимая между сжатыми и несжатыми данными.
• Абсолютная погрешность по напряжению, В(Absolute Voltage tolerance[V]): погрешность по напряжению, обеспечиваемая алгоритмом сжатия.
• Абсолютная погрешность по току, А (Absolute Current tolerance[A]): погрешность по току, обеспечиваемая алгоритмом сжатия.

Рис. 43. Окно настройки Compression

Эти параметры настройки сжатия не запоминаются. При перезагрузке программы будут применены установки по умолчанию. Они доступны на панели управления в диагностических целях. Погрешность и размер окна могут быть определены установкой параметров PROTELTOL, PLOTVNTOL, PLOTABSTOL и PLOTWINSIZE в .OPTION-директивах, размещаемых как SPICE-директивы на схеме.

Операция (Operation)

Окно Operation изображено на рис. 44. Параметры настройки, отмеченные звездочкой [*], сохраняются при перезапусках программы:

• Размещение окон по умолчанию (Default Window Tile Pattern): размещение окон в многооконном режиме по умолчанию можно сделать вертикальным.
• Вывод графиков (Marching Waveforms): если ячейка помечена, обеспечивается отображение графиков непосредственно в процессе анализа по мере готовности результатов.
• Генерация расширенного листинга (Generate Expanded Listing): в файл SPICE Error Log добавляется расширенный список соединений, включающий в себя список соединений использованных в схеме макромоделей. Для макромоделей, описываемых бинарными файлами, правило не действует.
• Открытие демонстрационных схем (Open Demo circuits as regular schematics): с использованием команды File>Open открываются демонстрационные схемы .SwCADIII libapp*.app. Видимы все SPICE-команды. Схема может быть отредактирована и сохранена в новом файле. Команды с двойными точками «..» показывают возможные режимы анализа. Исполняются после редактирования SPICE-директив команды с одной точкой.
  Примечание. Каталога .SwCADIIIlibapp в текущей версии программы нет, возможно, он присутствовал в первых версиях программы.
• Не давать предупреждения при использовании предварительных моделей (Don’t warn when using preliminary models): отключение предупреждающего сообщения для всех предварительных моделей.
• Автоматическое удаление .raw-файлов (Automatically delete .raw files): файлы данных графиков автоматически удаляются после закрытия моделируемой схемы. Это существенно уменьшает объем дискового пространства, используемого LTspice, но требует повторного запуска моделирования в следующем сеансе моделирования данной схемы.
• Автоматическое удаление .net-файлов (Automatically delete .net files): после закрытия моделируемой схемы автоматически удаляются .net-файлы со списком соединений. Это небольшие временные файлы, их удаление делает папку с результатами анализа более аккуратной. Они определяют электрические связи в схеме для симулятора LTspice. Некоторые пользователи предпочитают не удалять эти файлы, используя их в дальнейшей работе.
• Автоматическое удаление .log-файлов (Automatically delete .log files): после закрытия моделируемой схемы автоматически удаляются .log-файлы. Эти файлы содержат различные статистические данные процесса моделирования, типа времени, затраченного на моделирование, предупреждения и сообщения об ошибках, параметры шага, используемого в . STEP/.TEMP/.DC анализах.
• Папка для временных файлов (Directory for Temporary Files): в ячейке показан путь к папке для временного хранения графиков и файлов обновления.

Рис. 44. Окно настройки Operation

Сохранение по умолчанию (Save Defaults)

Эти настройки используются, когда не указывается, состояние каких конкретных узлов должно быть сохранено при моделировании. Используются настройки Save Device Currents, Save Subcircuit Node Voltages и Save Subcircuit Device Currents. Настройка Save Internal Device Voltages используется только для внутрифирменного развития программы. Окно Save Defauls изображено на рис. 45:

• Сохранить токи устройств (Save Device Currents): пометьте, чтобы отобразить токи приборов и через порты. Это потребуется для отображения графиков рассеиваемой мощности.
• Сохранить узловые потенциалы макромоделей (Save Subcircuit Node Voltages): отметьте, чтобы отобразить напряжения в иерархических проектах.
• Сохранить токи в приборах макромодели (Save Subcircuit Device Currents): отметьте, чтобы отобразить токи в иерархических проектах.
• Не сохранять Ib(), Ie(), Is(), Ig() (Don’t save Ib(), Ie(), Is(), Ig()): при этом сохраняются только токи коллектора (стока) транзисторов для сокращения размера выходного .data-файла. Полезно в проектах интегральных схем, но означает отсутствие множества данных, необходимых для расчета мощности, рассеиваемой транзисторами.

Рис. 45. Окно настройки Save Defaults

Окно настройки SPICE

Это окно (рис. 46) позволяет изменять настройки по умолчанию для LTspice. Эти настройки могут быть отменены для конкретного проекта при задании в нем режимов. Обычно эти настройки оставляются такими, как есть. При частом обновлении программы можно нажать Reset to Default Values, чтобы перезагрузиться к текущим рекомендованным настройкам.

Рис. 46. Окно настройки SPICE

Есть один параметр, который рекомендуется изменять: TRTOL. В коммерческих SPICE-программах он по умолчанию равен 7. В LTspice параметр по умолчанию равен 1, для того, чтобы при моделировании с использованием макромоделей ИИП уменьшить вероятность появления артефактов в графиках. TRTOL в большей степени затрагивает стратегию timestep, чем непосредственно влияет на точность моделирования. Для моделирования на уровне транзисторов значение больше 1 — обычно лучшее решение. Можно заметить, что скорость удваивается, если увеличивать TRTOL, что неблагоприятно воздействует на точность моделирования. Установленное значение TRTOL сохраняется при перезапуске программы. Большинство традиционных SPICE-параметров, определяющих точность, (GMIN, ABSTOL, RELTOL, CHGTOL, VNTOL) не сохраняется при перезапуске программы. Если желательно использовать настройки, отличные от установленных по умолчанию, необходимо написать директиву .OPTION, задающую необходимые значения, и поместить ее в схему, либо записать настройки в файле .INC.

Важно и то, какое вычислительное ядро использовано. LTspice содержит две полных версии SPICE. Одна называется нормальной, другая — альтернативной. Альтернативное вычислительное ядро применяет отличающуюся свертку разреженной матрицы с уменьшенной ошибкой округления. Как правило, скорость моделирования с альтернативным вычислительным ядром в два раза ниже, но в тысячу раз лучше точность. Это полезно иметь для диагностики. Если нет директивы .OPTION, однозначно указывающей на используемое ядро, следует сделать выбор прежде, чем будет считан список соединений, поскольку два ядра используют различные анализаторы.

Пометив ячейку «Accept 3K4 as 3.4K», можно заставить LTspice понимать число, написанное в виде 4K99, как 4.99K. Обычная практика SPICE этого не позволяет, но это доступно в LTspice по запросу.

Варианты списка соединений (Netlist Options)

Окно Netlist Options показано на рис. 47:

• Преобразование «μ» в «u» (Convert ‘μ’ to ‘u’): везде «μ» заменяется на «u». Используется, если установленная MS Windows не может показать греческую μ (как, например, некоторые китайские выпуски Windows по умолчанию не имеют шрифтов), а также для генерации списка соединений для SPICE-симуляторов, которые не понимают «μ» как метрический множитель 1e-6.
• Изменение порядка записи компонентов (Reverse comp. Order): обычно элементы схемы перечисляются в списке соединений в порядке, в котором они были добавлены в схему. Активизация этой ячейки меняет порядок записи на обратный.
• Приборы по умолчанию (Default Devices): всякий раз, когда, к примеру, в схеме LTspice применяется диод, по умолчанию в список цепей добавляется строка модели «.model D D», чтобы подавить сообщения об использовании модели по умолчанию. Непомеченная ячейка подавляет включение аналогичных строк моделей биполярных, МОП и полевых транзисторов.
• Библиотеки по умолчанию (Default Libraries): всякий раз, когда, к примеру, в схеме LT spice применяется диод, по умолчанию директивой .lib в моделирование включается библиотека standard.dio. Непомеченная ячейка подавляет включение этой библиотеки, а также аналогичных ссылок на библиотеки биполярных, МОП и полевых транзисторов.
• Проблемы конвергенции (Convergence Aids): используется только для развития программы.

Рис. 47. Окно настройки Netlist Options

Компилятор (Hacks)

Это окно использовалось для развития программы, но в настоящее время практически устарело.

Обычно можно оставить имеющиеся настройки. При частом обновлении программы желательно нажать Reset to Default Values для перезагрузки с текущими рекомендованными настройками.

Режимы рисования (Drafting Options)

Окно Drafting Options изображено на рис. 48:

• Разрешение замыкать выводы компонентов (Allow direct component pin shorts): обычно можно тянуть связь прямо через компонент, отрезок связи, закорачивающий выводы компонента, будет удален. Если пометить ячейку, то этот отрезок не будет автоматически удален.
• Автоматический скроллинг при просмотре (Automatically scroll the view): активация этой ячейки позволяет при просмотре изменять масштаб схемы, используя колесо прокрутки мыши.
• Разрешение показывать точки привязки текста (Mark text Justification anchor points): отображается маленькая окружность, указывающая точку привязки блока текста.
• Маркировка неподключенных выводов (Mark unconnected pins): рисуется маленький квадрат на каждом неподключенном выводе для указания на отсутствие связи.
• Отображение на схеме точек сетки (Show schematic grid points): делает видимой сетку.
• Ортогональная разводка связей (Orthogonal snap wires): обеспечивает рисование сегментов электрических связей только по вертикали или по горизонтали. Если ячейка дезактивирована, связь может быть нарисована под любым углом между узлами сетки. Нажатая клавиша Ctrl на время отменяет эту установку.
• Ортогональный режим перемещения (Orto drag mode): при выполнении команды Drag компонент перемещается только вдоль линии связи, в которую он включен.
• Добавление изломов в линии связи (Cut angled wires during drags): при выполнении команды Drag неортогональная связь преобразуется в два сегмента, если нажать на середину линии связи.
• Глубина отката (Undo history size): установка размера буфера команд undo/redo.
• Рисование толстыми линиями (Draft with thick lines): увеличивает толщину всех линий. Полезно для подготовки изображений для публикации.
• Отображение штампа (Show Title Block): режим для внутреннего использования.

Рис. 48. Окно настройки Drafting Options

Работа в Интернете (Internet Options)

Это окно панели настроек (рис. 49) используется для обновления через Интернет. LTspice часто обновляется с новыми возможностями и моделями. Для обновления до текущей версии используется команда меню Tools>Sync Release. Если в течение пары месяцев не производилось обновление, LTspice начинает спрашивать, не желаете ли вы проверить обновления. LTspice никогда не получит доступ к сети, не спрашивая разрешения. LTspice не содержит никаких закладок для передачи данных любого типа при получении файлов, нуждающихся в обновлении.

• Не делать кэш-файлов (Don’t cache files): при обновлении не делать кэш исполняемых файлов.
• Не проверять контрольные суммы (Don’t verify checksums): по соображениям безопасности LTspice использует собственный конфиденциальный 128-битовый алгоритм контрольной суммы для подтверждения подлинности файлов, получаемых из сети для обновления. Эта аутентификация может не состояться в случае, если в алгоритме есть ошибка. Однако ни о каких проблемах с этим никогда не сообщалось, так что не рекомендуется пренебрегать этой основой безопасности. Для доступа в Интернет LTspice использует только обращение к операционной системе высокого уровня. Нет необходимости в изменении параметров настройки, кроме редких случаев, когда требуется определить прокси-сервер и пароль, поскольку не LTspice управляет доступом в Интернет, а ваш компьютер и операционная система. Параметры настройки этого окна не сохраняются при перезапуске программы.

Рис. 49. Окно настройки Internet Options

Далее будут рассмотрены описания моделей компонентов.

Продолжение.

Литература

1. http://ltspice.linear.com/software/scad3.pdf
2. TL431.pdf. TL431, TL431A, TL431B, TL432, TL432A, TL431B. Adjustable Precision Shunt Regulators. Data Sheet.
   http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tl431.pdf
3. Tian M., Visvanathan V., Hantgan J., Kundert K. Striving for Small-Signal Stability. IEEE Circuits and Devices Magazine, vol. 17, no. 1, January 2001.
4. Cheng D. Uncovering the Mystery of Sensor Circuits’ Stability. Allegro Microsystems, Inc.
5. Макаров И. М., Менский Б. М. Линейные автоматические системы (элементы теории, методы расчета и справочный материал). М.: Машиностроение, 1977.

ic стабилизатор напряжения – купить ic стабилизатор напряжения с бесплатной доставкой на AliExpress

Отличные новости !!! Вы попали в нужное место для микросхемы стабилизатора напряжения. К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально есть тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене.Каждый день вы найдете новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот верхний стабилизатор напряжения скоро станет одним из самых востребованных бестселлеров. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что получили свой стабилизатор напряжения на AliExpress. Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в напряжении стабилизатора напряжения и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress – отличное место для сравнения цен и продавцов.Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококлассную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь. И, если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе.Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца. Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово – просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет. Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны – и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, вы сможете приобрести ic стабилизации напряжения по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы. На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

Сравните цены на стабилизатор напряжения andeli svc – купите лучший стабилизатор напряжения andeli svc у международных продавцов на AliExpress

Отличные новости !!! Вы находитесь в нужном месте для стабилизатора напряжения andeli svc.К настоящему времени вы уже знаете, что что бы вы ни искали, вы обязательно найдете это на AliExpress. У нас буквально есть тысячи отличных продуктов во всех товарных категориях. Ищете ли вы товары высокого класса или дешевые и недорогие оптовые закупки, мы гарантируем, что он есть на AliExpress.

Вы найдете официальные магазины торговых марок наряду с небольшими независимыми продавцами со скидками, каждый из которых предлагает быструю доставку и надежные, а также удобные и безопасные способы оплаты, независимо от того, сколько вы решите потратить.

AliExpress никогда не уступит по выбору, качеству и цене. Каждый день вы найдете новые онлайн-предложения, скидки в магазинах и возможность сэкономить еще больше, собирая купоны. Но вам, возможно, придется действовать быстро, поскольку этот лучший стабилизатор напряжения SVC должен стать одним из самых востребованных бестселлеров в кратчайшие сроки. Подумайте, как вам будут завидовать друзья, когда вы скажете им, что приобрели стабилизатор напряжения andeli svc на AliExpress.Благодаря самым низким ценам в Интернете, дешевым тарифам на доставку и возможности получения на месте вы можете еще больше сэкономить.

Если вы все еще не уверены в стабилизаторе напряжения andeli svc и думаете о выборе аналогичного товара, AliExpress – отличное место для сравнения цен и продавцов. Мы поможем вам решить, стоит ли доплачивать за высококлассную версию или вы получаете столь же выгодную сделку, приобретая более дешевую вещь.И, если вы просто хотите побаловать себя и потратиться на самую дорогую версию, AliExpress всегда позаботится о том, чтобы вы могли получить лучшую цену за свои деньги, даже сообщая вам, когда вам будет лучше дождаться начала рекламной акции. и ожидаемая экономия.AliExpress гордится тем, что у вас всегда есть осознанный выбор при покупке в одном из сотен магазинов и продавцов на нашей платформе. Реальные покупатели оценивают качество обслуживания, цену и качество каждого магазина и продавца.Кроме того, вы можете узнать рейтинги магазина или отдельных продавцов, а также сравнить цены, доставку и скидки на один и тот же продукт, прочитав комментарии и отзывы, оставленные пользователями. Каждая покупка имеет звездный рейтинг и часто имеет комментарии, оставленные предыдущими клиентами, описывающими их опыт транзакций, поэтому вы можете покупать с уверенностью каждый раз. Короче говоря, вам не нужно верить нам на слово – просто слушайте миллионы наших довольных клиентов.

А если вы новичок на AliExpress, мы откроем вам секрет.Непосредственно перед тем, как вы нажмете «купить сейчас» в процессе транзакции, найдите время, чтобы проверить купоны – и вы сэкономите еще больше. Вы можете найти купоны магазина, купоны AliExpress или собирать купоны каждый день, играя в игры в приложении AliExpress. Вместе с бесплатной доставкой, которую предлагают большинство продавцов на нашем сайте, мы думаем, вы согласитесь, что вы получите andeli svc Voltage Stabilizer по самой выгодной цене.

У нас всегда есть новейшие технологии, новейшие тенденции и самые обсуждаемые лейблы.На AliExpress отличное качество, цена и сервис всегда в стандартной комплектации. Начните самый лучший шоппинг прямо здесь.

Обратный инжиниринг TL431, чрезвычайно распространенная микросхема, о которой вы не слышали / Sudo Null IT News

Кен, как и планировалось, провел обратный инжиниринг микросхемы на основе фотографий, сделанных BarsMonster. Барс в статье упомянул его разговор с Кеном, но этой переведенной статьи еще не было.

Фотография кристалла интересного, но малоизвестного чипа TL431, используемого в блоках питания, позволяет понять, как аналоговые схемы реализованы на кремнии. Несмотря на то, что схема на фото выглядит как какой-то лабиринт, сама микросхема относительно проста, и ее можно без особого труда исследовать. В своей статье я попытаюсь объяснить, как транзисторы, резисторы и другие радиодетали упакованы в кремний для выполнения своих функций.

Фотография кристалла TL431. Оригинальные Zeptobars.

TL431 представляет собой «программируемый прецизионный источник опорного напряжения» [1] и обычно используется в импульсных источниках питания для обеспечения обратной связи, когда выходное напряжение слишком велико или, наоборот, мало. Используя участок схемы, называемый запрещенной зоной (опорное напряжение, величина которого определяется шириной запрещенной зоны), TL431 обеспечивает стабильное опорное напряжение в широком диапазоне температур. На блок-схеме TL431 файл 2.Видны источник опорного сигнала 5 В и компаратор, но глядя на фото кристалла, можно увидеть, что внутренняя структура микросхемы отличается от рисунка.

Блок-схема TL431 взята из таблицы.

TL431 имеет долгую историю: он был выпущен еще в 1978 году [2] и с тех пор использовался во многих устройствах. Он помог стабилизировать напряжение в блоке питания Apple II и теперь используется в большинстве блоков питания ATX [3] и даже в зарядных устройствах для iPhone и других устройств.И MagSafe-коннекторы, и переходники для ноутбуков, и микрокомпьютеры, драйверы светодиодов, блоки питания для аудиоаппаратуры, видеоприставок, телевизоров [4]. Вся эта электроника имеет TL431.

На фотографиях ниже показан TL431 внутри шести разных блоков питания. TL431 доступен в различных формах и размерах. Ниже показаны два наиболее популярных форм-фактора. [5] Возможно, причина того, что TL431 не привлекает особого внимания, заключается в том, что он больше похож на обычный транзистор, чем на микросхему.

Шесть примеров схем питания с использованием TL431.Верхний ряд: дешевый 5-вольтовый блок питания, дешевое зарядное устройство для телефона, зарядное устройство для Apple iPhone (на фото все еще виден вариант GB9). Нижний ряд: адаптер MagSafe, USB-накопитель KMS, блок питания Dell ATX (на переднем плане оптопары)

Как электронные компоненты выглядят в кремнии?

TL431 – очень простая микросхема, и ее логику на кремниевом уровне вполне можно понять, внимательно изучив фото. Я покажу, как реализованы транзисторы, резисторы, перемычки и конденсаторы.А потом проведу полный реверс-инжиниринг этого чипа.

Реализация различных типов транзисторов

В микросхеме используются биполярные транзисторы как npn, так и pnp (в отличие от микросхем типа 6502, в которых использовался полевой МОП-транзистор). Если вы изучали электронику в школе или университете, вы, возможно, видели схему npn-транзистора (как показано ниже), на которой показаны коллектор (обозначен C), база (B) и эмиттер (E). Транзистор изображен как своего рода сэндвич с P-слоем между двумя N-слоями, такое расположение слоев характеризует транзистор как npn.Однако оказывается, что в микросхеме нет абсолютно ничего похожего на эту схему. Даже база не в центре!

Условное обозначение и устройство npn-транзистора.

На фото ниже вы можете рассмотреть один из транзисторов TL431. Различия в цвете розовой и пурпурной областей вызваны разным легированием кремния для образования областей N и P. Светло-желтые участки – металлический слой микросхемы, расположенный поверх кремния. Такие площадки нужны для обеспечения возможности подключения проводников к коллектору, эмиттеру и базе.

Поперечный разрез внизу фотографии примерно показывает, как устроен транзистор. [6] Вы можете увидеть, что на нем гораздо больше деталей, чем на сэндвиче npn из книг. Однако, если вы присмотритесь, в поперечном сечении под эмиттером (E) вы можете найти тот самый npn, который образует транзистор. Провод эмиттера подключен к кремнию N +. Под ним находится П-слой, подключенный к базовому контакту. Еще ниже находится слой N +, подключенный к коллектору (не напрямую).[7] Транзистор заключен в кольцо P + для изоляции от соседних компонентов. Так как большинство транзисторов в TL431 относятся к типу npn, то после того, как они впервые разобрались, их очень легко найти на фото и определить нужные контакты.

npn-транзистор из фотографии кристалла TL431 и его структура в кремнии.

Выходной npn-транзистор намного больше остальных, так как он должен выдерживать полную токовую нагрузку.Большинство транзисторов работают с микроамперами, и этот выходной транзистор поддерживает токи до 100 миллиампер. Для работы с такими токами он сделан большего размера (занимает 6% всего кристалла) и имеет широкие металлические разъемы на эмиттере и коллекторе.

Топология выходного транзистора сильно отличается от других npn-транзисторов. Создается, так сказать, сбоку, плоская структура вместо глубокой, а база расположена между эмиттером и коллектором. Металл слева подключен к десяти эмиттерам (голубоватый кремний N-типа), каждый из которых окружен розовым P-слоем, который является базой (средний проводник).Коллектор (правая сторона) имеет только один большой контакт. Эмиттерный и базовый проводники образуют вложенную «гребенку». Обратите внимание, что металл коллектора становится шире сверху вниз, чтобы поддерживать высокие токи в нижней части транзистора.

Транзисторы типа Pnp имеют совершенно другую структуру. Они состоят из закругленного эмиттера (P), окруженного базовым кольцом (N), которое, в свою очередь, окружено коллектором (P). Таким образом, вместо обычной вертикальной структуры npn-транзисторов получается горизонтальный сэндвич.[8]

На схеме ниже показан один из этих pnp-транзисторов, а на поперечном сечении показана кремниевая структура. Стоит отметить, что, хотя металлический контакт для базы расположен в углу транзистора, он электрически подключен через области N и N + к активному кольцу, которое проходит между коллектором и эмиттером.

Структура pnp-транзистора.

Реализация резисторов в микросхеме

Резисторы – ключевой компонент практически любой аналоговой схемы.Они выполнены в виде длинной полоски легированного кремния. (Похоже, в этом чипе использовался кремний P-типа). Различное сопротивление достигается за счет использования разных участков материала – сопротивление пропорционально площади.

Снизу заметны три резистора – они образованы тремя длинными горизонтальными полосками кремния. Через них проходят желтоватые металлические проводники. Место стыка металлического слоя и резистора имеет вид квадратов. Расположение этих контактов задает длину резистора и, соответственно, его сопротивление.Например, сопротивление нижнего резистора немного больше, чем у других, потому что контакты расположены на большем расстоянии. Два верхних резистора спарены с металлическим слоем сверху слева.

Резисторы

Резисторы в микросхемах имеют очень плохие допуски – сопротивление между микросхемами может отличаться на 20% из-за различий в производственном процессе. Очевидно, это серьезная проблема для прецизионных микросхем вроде TL431. Поэтому TL431 спроектирован таким образом, что важной характеристикой является не удельное сопротивление, а соотношение сопротивлений.Конкретные значения сопротивлений не очень важны, если сопротивления изменяются в одинаковой пропорции. Второй метод уменьшения зависимости от эффекта изменчивости – топология самого чипа. Резисторы расположены на параллельных дорожках одинаковой ширины, чтобы уменьшить влияние любой асимметрии сопротивления кремния. Кроме того, они размещены рядом друг с другом, чтобы минимизировать отклонения свойств кремния между разными частями чипа. Помимо всего этого,

Силиконовые перемычки для установки сопротивления

Этого я не ожидал от TL431, так что это перемычки для регулировки сопротивлений.Во время изготовления чипа эти перемычки можно удалить, чтобы отрегулировать сопротивление и повысить точность чипа. Некоторые из более дорогих микросхем имеют сопротивления, которые можно удалить с помощью лазера, который просто выжигает часть резистора перед упаковкой. Точность этого метода намного выше, чем у перемычек.

Цепочка-перемычка изображена на фото ниже. Он содержит два параллельных резистора (на фото они выглядят как один элемент) и перемычку. В нормальном состоянии эта перемычка шунтирует резисторы.При изготовлении микросхемы можно измерить ее характеристики, а если требуется большее сопротивление, то к площадкам подключаются два щупа и подается большой ток. Этот процесс сжигает перемычку, добавляя цепи небольшое сопротивление. Таким образом, сопротивление всей схемы можно немного отрегулировать для улучшения характеристик микросхемы.

Перемычка сопротивления

Конденсаторы

TL431 содержит только два внутренних конденсатора, но они сделаны двумя совершенно разными способами.

Первый конденсатор (под текстом «TLR431A») образован диодом с обратным смещением (красноватые и фиолетовые полосы). Обратный слой в диоде имеет емкость, которая может быть использована для образования конденсатора (подробнее). Основное ограничение этого типа конденсатора заключается в том, что емкость изменяется в зависимости от напряжения, поскольку изменяется ширина обратного слоя.

Конденсатор, образованный pn переходом. Линия производителя написана с использованием металла, нанесенного поверх кремния.

Второй конденсатор устроен совершенно иначе и больше похож на обычный конденсатор с двумя пластинами.Смотреть не на что – он состоит из большой металлической пластины с кремниевой подложкой N + в качестве второй пластины. Для того, чтобы подходить к другим частям цепи, она имеет неправильную форму. Этот конденсатор занимает около 14% площади кристалла, что свидетельствует о том, что конденсаторы в микрочипах используют пространство очень неэффективно. В таблице данных указано, что оба конденсатора емкостью 20 пикофарад каждый, но я не знаю, насколько этому можно поверить.

Конденсатор.

Обратное проектирование TL431

Маркированный кристалл TL431.

На схеме выше элементы на кристалле выделены и названы, а затем перенесены на рисунок ниже. После всех ранее сделанных разъяснений я думаю, что структура любого элемента должна быть ясной. Три вывода микросхемы подключены к опорной, анодной и катодной площадкам. Микросхема имеет один уровень металлизации (светло-желтый) для подключения компонентов. На чертеже сопротивление выставлено относительно неизвестного R. Наверное, 100 Ом вполне подойдет, но точное значение я не знаю.Самым большим сюрпризом было то, что характеристики элементов сильно отличались от тех, которые ранее публиковались в других схемах. Эти характеристики существенно влияют на то, как стабилитрон обычно работает с напряжением запрещенной зоны. [9]

Чертеж TL431

Как работает микросхема?

Работа TL431 снаружи выглядит довольно просто – если на «опорный» контакт подается напряжение выше 2,5 В, то выходной транзистор проводит ток между катодом и анодом.В блоке питания это увеличивает ток, протекающий к управляющей микросхеме (косвенно), и влечет за собой снижение мощности БП, после чего напряжение падает до нормального уровня. Таким образом, в БП используется TL431, чтобы стабильно удерживать необходимое выходное напряжение.

Самая интересная часть микросхемы – это опорное напряжение, равное ширине запрещенной зоны. [десять]. Ключевые элементы видны на фотографии кристалла: эмиттерная область транзистора Q5 в 8 раз больше, чем у Q4, поэтому два транзистора по-разному реагируют на температуру.Выходные сигналы транзисторов объединяются через резисторы R2, R3, R4 в нужной пропорции для компенсации температурных эффектов и формирования стабильного опорного сигнала. [11] [12]

Напряжения из температурно-стабилизированной запрещенной зоны передаются на компаратор, вход которого – Q6 и Q1, а Q8 и Q9 управляют им. Наконец, выходной сигнал компаратора проходит через Q10 для управления выходным транзистором Q11.

«Открыть» микросхему нетехнологичным способом

Для получения фотографии кристалла кристалла обычно требуется его растворение в опасных кислотах и ​​фотографирование самого кристалла с помощью дорогостоящего металлографического микроскопа.(Zeptobars описал этот процесс здесь). Мне было интересно, что произойдет, если я просто сломаю TL431 зажимными щипцами и посмотрю на него в дешевый микроскоп. В процессе я сломал кристалл пополам, но все равно получил интересные результаты. На изображении внутри корпуса изображен большой медный анод, который до сих пор работает как радиатор. Рядом находится кристалл (по крайней мере, большая его часть), который был установлен на аноде внутри белого круга. Обратите внимание, насколько сам кристалл меньше своего тела?

Корпус TL431, внутренний анод и большая часть кристалла.

С помощью простого микроскопа получил фото снизу. Несмотря на то, что, очевидно, я не получил такого же качественного изображения, как Zeptobars, структура микросхемы видна намного лучше, чем я ожидал. Этот эксперимент показывает, что вы можете снять корпус микросхем и сфотографировать кристалл, даже не касаясь различных опасных кислот. Сравнивая мой снимок дешевого TL431, заказанного на eBay, с TL431, сфотографированным Zeptobars, я вижу их идентичность. Поскольку его микросхема не совпадает с опубликованными чертежами, мне стало интересно, не прекратилось ли в какой-то момент производство той странной версии микросхемы.Но я считаю, что это предположение неверно.

Кусок кристалла, сфотографированный через микроскоп.

Заключение

TL431 – самый распространенный чип, о котором люди не слышали? Нет надежного способа проверить, но я думаю, что это хороший кандидат. Похоже, что никто не опубликовал данных о том, что еще один чип будет производиться в больших количествах. Некоторые источники утверждают, что таймер 555 – самый распространенный чип с миллиардами копий каждый год (я не очень верю в такое большое количество).Но TL431 определенно занимает достаточно высокое место в списке распространенности. Скорее всего, у вас есть TL431 в каком-то устройстве прямо сейчас под рукой (зарядное устройство для телефона, адаптер питания ноутбука, блок питания ПК или монитора). Разница между 555 или 741 и TL431 в том, что эти микросхемы настолько широко известны, что стали чуть ли не частью поп-культуры – книги, футболки и даже кружки. Но если вы не работаете с блоками питания, велика вероятность, что вы никогда не слышали о TL431. Так что отдал свой голос за TL431 в такой странной номинации.Если у вас есть другие варианты фишек, которые незаслуженно проигнорировали, оставляйте комментарии.

Благодарность

Хрустальные снимки, сделанные Zeptobars (кроме моего). Рисование и анализ основаны на работе Кристофа Бассо [12]. Кроме того, я значительно улучшил свой анализ благодаря обсуждениям с Майклом из Zeptobars и группой Visual 6502, в частности, с Б. Энглом.

Заметки и ссылки

1. В связи с тем, что TL431 не имеет наиболее распространенной функции, стандартного имени для такого элемента не существует.В разных таблицах данных есть такие названия: «регулируемый шунтирующий стабилизатор», «программируемый прецизионный источник опорного напряжения», «программируемый шунтирующий источник опорного напряжения», «программируемый стабилитрон». ↑

2. Я обнаружил происхождение TL431 в Руководстве по регулятору напряжения, опубликованном Texas Instruments в 1977 году. Предшественником этого чипа был TL430, выпущенный как регулируемый шунтирующий стабилизатор в 1976 году. TL431 был создан в том же 1976 году в качестве обновления. к TL430 с повышенной точностью и стабильностью, и поэтому был назван регулируемым прецизионным шунтирующим стабилизатором.В 1977 году он был объявлен одним из будущих продуктов TI, и он уже поступил в продажу в 1978 году. Еще одним объявлением был TL432, который должен называться «Блок сборки таймера / стабилизатора / компаратора» и состоять из источника опорного напряжения, компаратора и транзисторный усилитель по предварительному паспорту. Но во время выпуска TL432 план по предоставлению «строительных блоков» был забыт. TL432 стал аналогом TL431 с другими распиновками для более удобной разводки платы (даташит).↑

3. Современные блоки питания ATX (пример один, пример два) часто содержат по три TL431 каждый. Один для обратной связи с резервным питанием, второй для обратной связи в основной цепи питания, а третий принят как линейный регулятор выходного напряжения 3,3 В. ↑

4. Интересно посмотреть на импульсные блоки питания, в которых TL431 не используется. В более ранних моделях в качестве источника опорного напряжения использовался эталонный стабилитрон. Например, такое практиковалось в первом экземпляре блока питания для блоков Apple II (Astec AA11040), но вскоре в стабилитрон TL431 внесли изменения – Astec AA11040, ревизию Bed и.В Commodore CBM-II, Model B, использовалось необычное решение – TL430 вместо TL431. В оригинальном блоке питания для IBM PC использовался эталонный стабилитрон (вместе с несколькими операционными усилителями). Позже в БП для ПК часто использовался ШИМ-контроллер TL494, который уже содержал опорное напряжение для вторичной цепи. Другие блоки питания могут содержать SG6105, который уже включает два TL431.
В зарядных устройствах для телефонов обычно используется TL431. Редко можно встретить дешевую подделку этого элемента: проще взять стабилитрон и сэкономить пару центов.Еще одним исключением могут быть зарядные устройства, например, для iPad. Они реализуют стабилизацию в первичной цепи, и никакой обратной связи по выходному напряжению не требуется. В своей статье про блоки питания я описал это более подробно. ↑

5. TL431 доступен в большем количестве вариантов шасси, чем я думал. На двух фото TL431 выполнен в «транзисторном» корпусе на трех ножках (ТО-92). На остальных фотографиях показан вариант SMD в SOT23-3. TL431 также может быть в корпусе SMD с 4, 5, 6 и 8 выводами (SOT-89, SOT23-5, SOT323-6, SO-8 или MSOP-8).Кроме того, его можно найти в более крупной версии TO-252 или даже в виде 8-контактного чипа (DIP-8). ( фотографий ). ↑

6. Более подробную информацию о том, как устроен биполярный транзистор в кремнии, можно найти много где. Полупроводниковая технология дает хороший обзор устройства на n-p-n-транзисторе. Презентация «Базовая обработка интегральных схем» очень подробно описывает производство микросхем. Даже схемы в Википедии очень интересны. ↑

7. Возможно, вам интересно, почему такое терминологическое разделение коллектора и эмиттера, если в нашей простой транзисторной схеме они абсолютно симметричны? Ведь оба подключены к N-слою, какая разница? Но как видно на фото кристалла, коллектор и эмиттер не только очень разные по размеру, но и сплавление происходит по-разному.Если поменять местами коллектор и эмиттер, транзистор будет иметь очень слабый коэффициент передачи. ↑

8. Транзисторы pnp в TL431 имеют круговую структуру, которая сильно отличается от npn. Эта круговая структура проиллюстрирована в книге «Designing Analog Chips» Ганса Камензинда, автора 555 Timer. Если вы хотите узнать больше о том, как работают аналоговые схемы, я рекомендую эту книгу, в которой подробно объясняется этот вопрос с минимумом математики. Бесплатная версия PDF или бумажная.
Кроме того, структуру pnp-транзисторов можно найти в Принципах полупроводников.А книга «Анализ и проектирование аналоговых интегральных схем» рассказывает о детальных моделях биполярных транзисторов и о том, как они реализованы в микросхемах. ↑

9. Транзисторы и резисторы на микросхеме, которые я исследовал, имеют совершенно другие характеристики по сравнению с опубликованными ранее. Эти характеристики принципиально определяют работу стабилитрона с напряжением запрещенной зоны. В частности, в предыдущих схемах R2 и R3 находились в соотношении 1 к 3, а для Q5 зона эмиттера была в два раза больше, чем для Q4.Глядя на фото кристалла, я вижу, что R2 и R3 имеют одинаковое сопротивление, а Q5 имеет эмиттерную зону в 8 раз больше, чем Q4. Исходя из таких соотношений между характеристиками, получаем еще ΔVbe. Чтобы компенсировать разницу между фактическими характеристиками и расчетными, в прошлом схемы R1 и R4 также делались другими, чем на кристалле. Я поясню этот момент более подробно позже в статье, но просто обратите внимание: Vref = 2 * Vbe + (2 * R1 + R2) / R4 * ΔVbe должно быть около 2.5 вольт. Учтите, что значение имеет не удельное сопротивление резисторов, а их соотношение. Как я уже писал ранее, это помогает нейтрализовать плохую переносимость резисторов в микросхеме. На микросхеме Q8 образован двумя параллельными транзисторами. Но я не могу понять, что стоит за этим странным решением. Я ожидал, что Q8 и Q9 будут идентичны, чтобы построить сбалансированный компаратор. Моя основная теория заключается в том, что это делается для регулировки опорного напряжения так, чтобы оно достигало 2,5 В. Б. Энгл предположил, что это может помочь устройству лучше работать при низком напряжении.На микросхеме Q8 образован двумя параллельными транзисторами. Но я не могу понять, что стоит за этим странным решением. Я ожидал, что Q8 и Q9 будут идентичны, чтобы построить сбалансированный компаратор. Моя основная теория заключается в том, что это делается для регулировки опорного напряжения так, чтобы оно достигало 2,5 В. Б. Энгл предположил, что это может помочь устройству лучше работать при низком напряжении. На микросхеме Q8 образован двумя параллельными транзисторами. Но я не могу понять, что стоит за этим странным решением. Я ожидал, что Q8 и Q9 будут идентичны, чтобы построить сбалансированный компаратор.Моя основная теория заключается в том, что это делается для регулировки опорного напряжения так, чтобы оно достигало 2,5 В. Б. Энгл предположил, что это может помочь устройству лучше работать при низком напряжении. ↑

10. Я не буду вдаваться в подробности реализации стабилитрона с запрещенным напряжением, не говоря уже о том, что его название звучит как название какого-то сумасшедшего квантового устройства, но на самом деле это всего лишь пара транзисторов. Чтобы понять, как работает этот стабилитрон, вы можете ознакомиться со статьей Пола Брокоу, изобретателя одноименного стабилитрона, «Как сделать опорное напряжение с запрещенной зоной за один простой урок».Кроме того, есть еще такая презентация. ↑

11. В некотором смысле схема запрещенной зоны в TL431 работает в противоположном направлении по сравнению с обычной запрещенной зоной, которая подает правильное напряжение на эмиттер, чтобы получить желаемое значение на выходе. TL431, однако, принимает опорное напряжение в качестве входа, а эмиттеры используют в качестве входных сигналов для компаратора. Другими словами, в отличие от блок-схемы, внутри TL431 входной сигнал «ref» не сравнивается с каким-либо стабильным опорным напряжением.Вместо этого вход ref генерирует два сигнала для компаратора, которые совпадают, если входное напряжение составляет 2,5 В. ↑

12. О TL431 написано много статей, но все они имеют предвзятость и ожидают от читателя каких-либо начальных знаний в теории автоматического управления, графах Боде и так далее. «TL431 в контурах импульсных источников питания» – классическая статья Кристофа Бассо и Петра Каданка. Она объясняет работу TL431 в цепи компенсации обратной связи существующих источников питания.Книга содержит подробные чертежи и описания внутреннего устройства элемента. Еще есть интересные статьи на сайте powerelectronics.com. В статье «Проектирование с использованием TL431» Рэя Ридли для журнала Switching Power Magazine дается подробное объяснение того, как использовать TL431 в цепях обратной связи для блока питания, а также объясняется, как работает компенсатор. Обратите внимание на презентацию «TL431 в управлении импульсными источниками питания» от ON Semiconductor. Конечно, в даташите также есть чертежи внутреннего устройства микросхемы.Странно, но сопротивления на этих рисунках отличаются от тех, которые я получил при рассмотрении фото кристалла. ↑

ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ТОЧНЫЙ РЕГУЛЯТОР ШУНТОВ Стабилизатор TL431 / TL431-R1.5.pdf2017-09-29ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ТОЧНЫЙ РЕГУЛЯТОР ШУНТА TL431 / A / C … Зависимость катодного тока от напряжения катода Катодный ток

ПРОГРАММИРУЕМЫЙ РЕГУЛЯТОР TL4 / A / C. C

Декабрь 2010 Ред. 1.5 – 1 – HTC

TO-92 PKG

3

2

1

SOT-23 PKG

2

1 3

SOT-89 PKG

1 2 3

PIN 1.Ссылка 2. Анод 3. Катод

ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ ЗАКАЗА

Комплект устройства

TL431 TO-92 (навалом)

TL431TA TO-92 (клейкая лента)

TL431SF SOT-23 3L

TL431F SOTUR-9000 3L 9000 3L Программируемое выходное напряжение до 40 В с гарантированным допуском опорного напряжения 0,5% Низкий (0,2 тип.) Температурный диапазон Низкое выходное шумовое напряжение Быстрая реакция на включение TO-92, SOT-89 или SOT-23 3L Package

ПРИМЕНЕНИЕ Шунтирующий регулятор Прецизионный сильноточный последовательный стабилизатор Сильноточный шунтирующий регулятор Цепь лома ШИМ-преобразователь с монитором опорного напряжения Прецизионный ток Limiter

ОПИСАНИЕ TL431 – трехконтактный регулируемый шунтирующий регулятор с заданной температурной стабильностью. r применимая температура VREF (прибл.2,5 В) и 40 В с двумя внешними резисторами. Это устройство имеет типичный динамический выходной импеданс 0,2. Схема активного выхода обеспечивает очень резкую характеристику включения, что делает это устройство отличной заменой стабилитронам во многих приложениях. TL431 рассчитан на работу от -40 до +125.

* Подробную информацию для заказа см. На стр. 2, абсолютные максимальные номинальные значения (диапазон рабочих температур применяется, если не указано иное)

ХАРАКТЕРИСТИКА СИМВОЛА МИН.МАКСИМУМ. БЛОК

Напряжение катода VKA – 42 В

Диапазон тока катода (непрерывный) IK -100 150 мА

Диапазон входного эталонного тока IREF -0,05 10 мА

Диапазон температур перехода TJ -40150

Диапазон рабочих температур TOPR -40 125

Диапазон температур хранения TSTG -65150

TOP

TOP

TOP

ПРОГРАММИРУЕМЫЙ РЕГУЛЯТОР ТОЧНОСТИ SHUNT TL431 / A / C

Dec. 2010 Rev.1.5 – 2 – HTC

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ

ХАРАКТЕРИСТИКА СИМВОЛ МИН. МАКСИМУМ. БЛОК

Напряжение катода VKA VREF 40 В

Ток катода IK 0,5 100 мА

Информация для заказа

VREF Допуск на упаковку Номер для заказа Маркировка на упаковке

TL431C TL431-C

TL431GC TL431GC

TL431GC TL431GC Bulk 0.5%

TL431GCTA TL431GC Лента

TL431A TL431-A

TL431GA TL431GA навалом

TL431ATA TL431-A 1%

TL431GATA TL40002000

TL431GATA TL4000

9 TL431 TL431

9 TL431 TL431

9 TL431 TL431

9 TL431

2%

TL431GTA TL431G Лента

TL431CSF 431 0,5%

TL431GCSF 431 Катушка

TL431ASF 431 1%

TL431GASF 431 Катушка

431GASF 431

439 TL431S

432 TL431S 0.5% TL431CF 431 Катушка

1% TL431AF 431 Катушка

2.495V

SOT-89

2% TL431F 431 Катушка

ПРОГРАММИРУЕМЫЙ РЕГУЛЯТОР ПРЕЦИЗИОННОЙ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ. 3 – HTC

Информация для заказа (продолжение)

ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ТОЧНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПОДКЛЮЧЕНИЯ TL431 / A / C

Декабрь 2010 г. Ред.1.5 – 4 – HTC

КОНФИГУРАЦИЯ КОНТАКТОВ

TO-92 PKG SOT-23 PKG SOT-89 ОПИСАНИЕ ПИН-кода PKG

TO-92 / SOT-23 / SOT-89 Номер контакта

Название Функция

1 Справочная ссылка Напряжение

2 Заземление анода

3 Входное напряжение питания катода TL431 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

(TA = 25, если не указано иное)

ХАРАКТЕРИСТИКИ СИМВОЛ УСЛОВИЯ ИСПЫТАНИЯ МИН.ТИП. МАКСИМУМ. БЛОК

TL431C 2.483 2.495 2.507

TL431A 2.470 2.495 2.520 Опорное входное напряжение VREF VKA = VREF, IK = 10 мА

TL431 2.440 2.495 2.550

В

Отклонение опорного входного напряжения VREF

, IKAREFRE

= 10 мА TA = полный диапазон

8 20 мВ

VKA = 10V -VREF -1,4 -2,7 Отношение изменения входного опорного напряжения к изменению напряжения катода

VREF / VKA IK = 10 мА VKA = 36V-10V -1,0 -2,0

мВ / В

Входной опорный ток IREF IKA = 10 мА, R1 = 10, R2 = 1.8 4,0 мкА

Отклонение эталонного входного тока

IREF / T IK = 10 мА, R1 = 10, R2 = TA = полный диапазон

0,4 1,2 мкА

Минимальный катодный ток для регулирования

IK (MIN) VKA = VREF 0,5 мА

Катодный ток в закрытом состоянии IK (ВЫКЛ) VKA = 36 В, VREF = 0 0,17 0,90 мкА

Динамическое сопротивление ZKA VKA = VREF, IK = 1 мА ~ 100 мА при 1 кГц

0,27 0,50

TOP TOP

1 2 3

1 31

2

2 3

Сторона маркировки

ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ТОЧНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ TL431 / A / C

Дек.2010 Rev.1.5 – 5 – HTC

ИСПЫТАТЕЛЬНЫЕ ЦЕПИ

<Рис. 1. Испытательная схема для VKA = VREF> <Рис. 2. Испытательная схема для VKA VREF>

<Рис. 3. Испытательная схема для IKA (ВЫКЛ.)>

ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ТОЧНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ TL431 / A / C

Декабрь 2010 г. Ред.1.5 – 6 – HTC

Параметры отклонения VREF / T и IREF / T определяются как разница между максимальным и минимальным значениями, полученными за рекомендуемый температурный диапазон.Средний температурный коэффициент опорного напряжения во всем диапазоне, VREF, определяется как:

A

6

REF

I (dev)

REF T

10) 25 при V

V (

=) (ppm / V

Где: TA – рекомендуемый диапазон рабочих температур на открытом воздухе устройства.

VREF может быть положительным или отрицательным, в зависимости от того, минимальный или максимальный VREF, соответственно, возникает при более низкой температуре.

Пример: Максимальный VREF = 2496 мВ при 30, максимальный V REF = 2492 мВ при 0, V REF = 2495 мВ при 25,

TA = 70 для TL431C.

23ppm / 70

10) 2495 мВ

4 мВ (

= V6

REF

Поскольку минимальный VREF возникает при более низкой температуре, коэффициент положительный.

Расчет динамического импеданса

Динамическое сопротивление определяется как : KA

KAKA I

V = Z

Когда устройство работает с двумя внешними резисторами, полное динамическое сопротивление цепи определяется выражением:

() R1 / R2 + 1 Z IV

= Z KA ‘

ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ТОЧНЫЙ РЕГУЛЯТОР TL431 / A / C

Дек.2010 Rev.1.5 – 7 – HTC

ТИПОВЫЕ РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Зависимость опорного напряжения от температуры окружающей среды Импульсная характеристика

Зависимость тока катода от напряжения катода Зависимость тока катода от напряжения катода

Зависимость усиления напряжения слабого сигнала от частоты

0

10

20

30

40

50

60

1k 10k 100k 1000k 10000k

Частота, f [Гц]

A VS

mal

l Sigal 9000 ol3

ge A

mpl

ifica

tion

(дБ

)

15k

8.25k

232

10F

Выход

IKA

<Рис. 4. ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ ДЛЯ УСИЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ>

IKA = 10mATA = 25C ​​

ПРОГРАММИРУЕМЫЙ РЕГУЛЯТОР ТОЧНОСТИ A0002 РЕГУЛЯТОР

/ ДЕКАБРЬ TL431 Rev.1.5 – 8 – HTC

ТИПОВЫЕ РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ (продолжение)

Граничные условия стабильности

0

10

20

30

40

50

60

000 60

000

100

0 1 10 100 1000 10000 100000

Емкость нагрузки CL (нФ)

IKA-

Cat

hode

Cur

Аренда

(мА

)

150

Класс

AB

C

BA

D

СТАБИЛЬНЫЙ СТАБИЛЬНЫЙ

<Рис.ТЕСТ Цепь>

A VKA = VREF, R1 = 0, R2 = B VKA = 5,0 В, R1 = 10 кОм, R2 = 10 кОм C VKA = 10,0 В, R1 = 10 кОм, R2 = 3,3 кОм D VKA = 15,0 В, R1 = 10k, R2 = 2K

ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ТОЧНЫЙ РЕГУЛЯТОР TL431 / A / C

Декабрь 2010 г. Ред. 1.5 – 9 – HTC

ИНФОРМАЦИЯ О ПРИМЕНЕНИИ

1. Шунтирующий регулятор

Примечание A: R Должен обеспечивать катод ток 1 мА на TL431 при минимальном VI (BATT) 2.Прецизионный сильноточный стабилизатор серии

Примечание A: R Должен обеспечивать ток катода 1 мА на TL431 при минимальном VI (BATT)

3. Управление выходом трехконтактного фиксированного регулятора

ПРОГРАММИРУЕМЫЙ РЕГУЛЯТОР ТОЧНОЙ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ TL431 / A / C

декабрь 2010 г. Ред.1.5 – 10 – HTC

4. Сильноточный шунтирующий стабилизатор

5. Прецизионный 5-В 1.Регулятор 5A

6. Эффективный прецизионный регулятор 5 В

ПРИМЕЧАНИЕ A: RB должен обеспечивать ток катода 1 мА для TL431.

ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ТОЧНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ TL431 / A / C

декабрь 2010 г. Ред.1.5 – 11 – HTC

7. ШИМ-преобразователь со ссылкой

8. Монитор напряжения

ПРИМЕЧАНИЕ A: R3 и R4 выбраны для подайте на TL431 желаемую интенсивность светодиода и катодный ток 1 мА на доступном VI (BATT).

9. Таймер задержки

ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ТОЧНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ TL431 / A / C

Декабрь 2010 г. Ред.1.5 – 12 –

Управляемый стабилитрон 3 431. Описание регулируемого стабилитрона TL431

Выпуск интегральной микросхемы начался в далеком 1978 году и продолжается по сей день. Микросхема позволяет изготавливать различные типы сигнально-зарядных устройств для повседневного использования.Микросхема tl431 широко применяется в бытовой технике: мониторах, магнитофонах, планшетах. TL431 – это разновидность программируемого регулятора напряжения.

Схема подключения и принцип работы

Принцип работы довольно простой. Стабилизатор имеет постоянное опорное напряжение , и если подаваемое напряжение меньше этого номинала, то транзистор закроется и не допустит прохождения тока. Это хорошо видно на следующей диаграмме.

Если это значение будет превышено, регулируемый стабилитрон откроет транзистор P-N перехода, и ток будет течь дальше к диоду, от плюса к минусу. Выходное напряжение будет постоянным. Соответственно, если ток упадет ниже опорного напряжения, управляемый операционный усилитель закроется.

Распиновка и технические параметры

Операционный усилитель доступен в разных корпусах. Изначально это был корпус ТО-92, но со временем его заменила более новая версия СОТ-23.Ниже представлена ​​распиновка и типы корпусов, начиная от самого “древнего” и заканчивая обновленной версией.

На рисунке видно, что распиновка tl431 различается в зависимости от типа корпуса. У ТЛ431 есть отечественные аналоги КР142ЕН19А, КР142ЕН19А. Также есть зарубежные аналоги tl431: КА431АЗ, КИА431, LM431BCM, AS431, 3с1265р, которые ничем не уступают отечественной версии.

Спецификация TL431

Операционный усилитель работает от 2,5 до 36 В.Рабочий ток усилителя колеблется от 1А до 100 мА, но есть один важный нюанс: если требуется стабильность в работе стабилизатора, то сила тока на входе не должна опускаться ниже 5 мА. Tl431 имеет значение опорного напряжения , которое определяется шестой буквой в маркировке:

• Если буквы нет, то точность – 2%.
• Буква А в маркировке означает – точность 1%.
• Буква B говорит о – 0.Точность 5%.

Более развернутые технические характеристики показаны на рис. 4

В описании tl431A вы можете видеть, что текущее значение довольно мало и составляет заявленные 100 мА, а количество мощности, рассеиваемой этими корпусами, не превышает сотен. милливатт. Этого недостаточно. Если приходится работать с более серьезными токами, то правильнее будет использовать мощные транзисторы с улучшенными параметрами.

Проверка стабилизатора

Сразу возникает уместный вопрос: как проверить tl431 мультиметром … Как показывает практика, одним мультиметром проверить не получится. Чтобы проверить tl431 мультиметром, необходимо собрать схему. Для этого вам потребуются: три резистора (один из них подстроечный), светодиод или лампочка, источник постоянного тока 5В.

Резистор R3 должен быть выбран таким образом, чтобы он ограничивал ток в цепи питания до 20 мА. Его номинал примерно 100 Ом. Резисторы R2 и R3 действуют как балансир. Как только на управляющем электроде появится напряжение 2,5 В, переход светодиодов откроется и напряжение пойдет через него.Преимущество этой схемы в том, что светодиод действует как индикатор.

Источник постоянного тока – 5В фиксированный, а управлять микросхемой tl431 можно с помощью переменного резистора R2. Когда на микросхему не подается питание, диод не загорается. После изменения сопротивления триммером загорается светодиод. После этого мультиметр необходимо включить в режим измерения постоянного тока и измерить напряжение на клемме управления, которое должно быть 2,5. Если напряжение присутствует и светодиод горит, то элемент можно считать исправным.

На базе операционного усилителя tl431 можно создать простой стабилизатор. Для создания желаемого значения U необходимы три резистора. Необходимо рассчитать значение запрограммированного напряжения стабилизатора. Расчет можно произвести по формуле: Uout = Vref (1 + R1 / R2). По формуле U на выходе зависит от значения R1 и R2. Чем выше сопротивление R1 и R2, тем ниже напряжение выходного каскада. Получив номинал R2, значение R1 можно рассчитать следующим образом: R1 = R2 (Uout / Vref – 1).Регулируемый стабилизатор можно включить тремя способами.

Необходимо учесть важный нюанс: сопротивление R3 можно рассчитать по формуле, по которой рассчитывалось номинальное значение R2 и R2. Не устанавливайте полярный или неполярный электролит в выходной каскад, чтобы избежать шума на выходе.

Зарядное устройство для мобильного телефона

Стабилизатор можно использовать как своего рода ограничитель тока. Это свойство пригодится в зарядных устройствах мобильных телефонов.

Если напряжение на выходном каскаде не достигает 4,2 В, ток в цепях питания ограничивается. После достижения заявленных 4,2 В стабилизатор снижает значение напряжения – следовательно, значение тока также падает. Элементы схемы VT1, VT2 и R1-R3 отвечают за ограничение величины тока в цепи. Сопротивление R1 шунтирует VT1. После превышения 0,6 В элемент VT1 открывается и постепенно ограничивает подачу напряжения на биполярный транзистор VT2.

На базе транзистора VT3 значение тока резко снижается.Идет постепенное закрытие переходов. Напряжение падает, в результате чего падает ток. Как только U приближается к 4,2 В, регулятор tl431 начинает снижать свое значение на выходных каскадах устройства, и заряд прекращается. Для изготовления устройства необходимо использовать следующий набор элементов:

Необходимо преобразовать особое внимание на транзистор az431 … Для равномерного снижения напряжения на выходных каскадах желательно поставить транзистор az431 , техническое описание биполярного транзистора можно увидеть в таблице.

Именно этот транзистор плавно снижает напряжение и ток. Вольт-амперные характеристики этого элемента хорошо подходят для решения поставленной задачи.

Операционный усилитель TL431 – многофункциональный элемент, позволяющий проектировать различные устройства: мобильные телефоны, системы охранной сигнализации и многое другое. Как показывает практика, операционный усилитель имеет хорошие характеристики и не уступает зарубежным аналогам.

TL 431 – это программируемый шунтирующий регулятор напряжения.Хотя эту интегральную схему начали производить в конце 70-х годов, она до сих пор не сдает позиций на рынке и пользуется популярностью у радиолюбителей и крупных производителей электрооборудования. На плате этого программируемого стабилизатора есть фоторезистор, датчик измерения сопротивления и термистор. TL 431 широко используется в самых разных бытовых электроприборах и промышленном оборудовании. Чаще всего этот встроенный стабилитрон можно встретить в источниках питания компьютеров, телевизоров, принтеров и зарядных устройствах для литий-ионных аккумуляторов телефонов.

TL 431 встроенный стабилитрон

Основные характеристики программируемого источника опорного напряжения TL 431

• Номинальное рабочее напряжение на выходе от 2,5 до 36 В;
• Выходной ток до 100 мА;
• Мощность 0,2 Вт;
• Диапазон рабочих температур для TL 431C составляет от 0 ° до 70 °;
• Диапазон рабочих температур TL 431A составляет от -40 ° до + 85 °.

Точность интегральной схемы TL 431 обозначается шестой буквой в обозначении:

• Точность без буквы – 2%;
• Буква А – 1%;
• Буква Б – 0.5%.

Широкое распространение обусловлено невысокой ценой, универсальным форм-фактором, надежностью и хорошей устойчивостью к агрессивным факторам окружающей среды. Но стоит отметить и точность этого регулятора напряжения. Это позволило ему занять нишу в устройствах микроэлектроники.

Основное назначение TL 431 – стабилизация опорного напряжения в цепи … При условии, что напряжение на входе источника ниже номинального опорного напряжения, транзистор в программируемом модуле будет закрыт и ток прохождение между катодом и анодом не превышает 1 мА.В случае, когда выходное напряжение превысит запрограммированный уровень, транзистор откроется и электричество сможет беспрепятственно пройти от катода к аноду.

Схема подключения TL 431

В зависимости от рабочего напряжения устройства схема подключения будет состоять из одноступенчатого преобразователя и расширителя (для устройств на 2,48 В) или модулятора малой мощности (для устройств на 3,3 В). А также для снижения риска короткого замыкания в цепи устанавливается предохранитель, обычно за стабилитроном.На физическое соединение влияет форм-фактор устройства, в котором будет размещена схема TL 431, и условия окружающей среды (в основном температура).

Стабилизатор на базе TL 431

Самым простым стабилизатором на базе TL 431 является параметрический стабилизатор. Для этого нужно включить два резистора R 1, R 2, через которые можно выставить выходное напряжение для TL 431 по формуле: U out = Vref (1 + R 1 / R 2). Как видно из формулы, выходное напряжение будет прямо пропорционально отношению R 1 к R 2.Интегральная схема будет поддерживать напряжение на уровне 2,5 В. Для резистора R 1 выходное значение рассчитывается следующим образом: R 1 = R 2 (U out / Vref – единица).

Эта схема регулятора обычно используется в источниках питания с фиксированным или регулируемым напряжением … Такие регуляторы напряжения на TL 431 можно найти в принтерах, плоттерах и промышленных источниках питания. Если нужно рассчитать напряжение для фиксированных блоков питания, то воспользуемся формулой Vo = (1 + R 1 / R 2) Vref.

Реле времени

Высокоточные характеристики TL 431 позволяют использовать его не совсем по «прямому» назначению.В связи с тем, что входной ток этого регулируемого стабилизатора составляет от 2 до 4 мкА, то с помощью этой микросхемы можно собрать временное реле. Роль таймера в нем будет играть R1, который начнет постепенно заряжаться после размыкания контактов S 1 C 1. Когда напряжение на выходе стабилизатора достигнет 2,5 В, транзистор DA1 будет открыт, появится ток протечет через светодиоды оптопары PC 817, и открытый фоторезистор замкнет цепь.

Термостабильный стабилизатор на базе TL 431

Технические характеристики ТЛ 431 позволяют создать на его основе термостабильные стабилизаторы тока … В котором резистор R2 действует как шунт обратной связи, на нем постоянно поддерживается значение 2,5 В. В результате значение тока на нагрузке будет рассчитано по формуле В = 2,5 / R2.

Распиновка и проверка работоспособности TL 431

Форм-фактор TL 431 и распиновка будут зависеть от производителя. Есть варианты в старом ТО-92 и новом СОТ-23 пакетах. Не забываем и об отечественном аналоге: КР142ЕН19А также широко распространен на рынке. В большинстве случаев распиновка наносится прямо на плату.Однако не все производители делают это, и в некоторых случаях вам придется искать информацию о контактах в техпаспорте того или иного устройства.

TL 431 представляет собой интегральную схему и состоит из 10 транзисторов. Из-за этого проверить мультиметром невозможно. Для проверки целостности микросхемы TL 431 нужно воспользоваться тестовой схемой. Конечно, часто нет смысла искать перегоревший элемент и проще заменить всю схему.

Расчетные программы для TL 431

В Интернете есть множество сайтов, где можно скачать программы-калькуляторы для расчета параметров напряжения и тока.В них могут быть указаны типы резисторов, конденсаторов, микросхем и других компонентов схемы. Калькуляторы TL 431 тоже онлайн , по функционалу они уступают установленным программам, но если вам нужен только ввод / вывод и максимальные значения схемы, то с этой задачей они справятся.

Сразу оговорюсь, что эта статья не панацея. Для некоторых это может не сработать.

Сначала я расскажу о TL431 и о том, что он делает.TL431 – это управляемый стабилитрон, с помощью которого можно получать стабилизированные напряжения в широком диапазоне от 2,5 до 36 вольт. Используя эту микросхему, можно сделать источник опорного напряжения для блоков питания, а также для различных измерительных схем.

Рисунок взят из технического описания ON Semiconductor

.

Ниже представлены два варианта даташита на эту микросхему

1. Техническое описание ON Semiconductor https://www.onsemi.com/pub/Collateral/TL431-D.PDF
Техническое описание
2. Texas Instruments http: // www.ti.com/lit/ds/symlink/tl431.pdf

Распиновка этой микросхемы лучше всего отображена в даташите ON Semiconductor

Одна маленькая деталь, найденная в техническом описании Texas Instruments

На всех рисунках есть одна надпись «вид сверху», что переводится как «вид сверху». Если невнимательно взглянуть на даташит, не зная, что он означает, можно неправильно распаять его на плате.

В одной из своих схем я использовал микросхему TL431, и она оказалась неисправной.Поискав по форумам, нашел способ протестировать эту микросхему. И кое-где видел, как эта микросхема вызывалась мультиметром, но, увы, все это не то. Тоже пробовал сначала мультиметром проверить, но это событие сразу отложил в сторону. И решил попробовать проверить с помощью универсального тестера компонентов, который ранее был куплен на алиэкспресс.

Во время проверки сделал стол. Сначала я проверил в двухпортовом режиме (если в таблице показаны два контакта, вам просто нужно объединить оба контакта вместе).

Результаты замера первого экземпляра

Измерение 1 – REF; 2 – катод.

Измерение 1 – анод; 2 – катод.

Измерение 1 – REF, катод; 2 – анод.

Измерение 1 – REF; 2 – катод, анод.

Измерение 1 – REF, 2 – анод, 3 – катод.

Результаты замера второго экземпляра.

Разница небольшая. Глядя на стол, вы замечаете определенную закономерность.Например, в строке 4 это фактически рабочий режим TL431 для получения 2,5 вольт. Но самое интересное – это режим измерения в трехполюсном режиме. В одном случае он определяется как транзистор, а во втором – как недостающая деталь. Самое интересное в случае, когда транзистор определен: определен транзистор структуры NPN, вывод REF определен как эмиттер, анод как база, а катод как коллектор. Между REF и катодом диод является катодом, который направлен к катоду.

На основании этих данных уже можно судить, исправлена ​​микросхема или нет, а также определить распиновку.

Добрый день, друзья!

Сегодня мы познакомимся с еще одним аппаратным обеспечением, которое используется в компьютерной технике. Используется не так часто, как скажем или, но тоже заслуживает внимания .

Что такое источник опорного напряжения TL431?

В блоках питания персональных компьютеров можно встретить микросхему источника опорного напряжения (ИОН) TL431.

Можно представить его как регулируемый стабилитрон.

Но это именно микросхема, так как в ней размещено более десятка транзисторов, не считая других элементов.

Стабилитрон – это такая вещь, которая поддерживает (стремится поддерживать) постоянное напряжение на нагрузке. “Почему это необходимо?” – ты спрашиваешь.

Дело в том, что микросхемы, составляющие компьютер – и большие, и маленькие – могут работать только в определенном (не очень большом) диапазоне питающих напряжений.Если диапазон превышен, они скорее всего выйдут из строя.

Следовательно, в (не только компьютере) схемы и компоненты используются для стабилизации напряжения.

При определенном диапазоне напряжений между анодом и катодом (и определенном диапазоне катодных токов) микросхема обеспечивает на своем выходе эталонное напряжение 2,5 В относительно анода.

С помощью внешних цепей (резисторов) можно изменять напряжение между анодом и катодом в довольно широком диапазоне – от 2.От 5 до 36 В.

Таким образом, нам не нужно искать стабилитроны на определенное напряжение! Можно просто изменить номиналы резисторов и получить нужный нам уровень напряжения.

В компьютерных блоках питания имеется резервный источник напряжения + 5VSB.

Если вилка блока питания вставлена ​​в розетку, она присутствует на одном из контактов основного разъема питания – даже если компьютер не включен.

В этом случае некоторые компоненты материнской платы компьютера находятся под этим напряжением..

Именно с его помощью запускается основная часть БП – по сигналу с материнской платы. Микросхема TL431 часто участвует в формировании этого напряжения.

При выходе из строя значение напряжения режима ожидания может отличаться – и довольно сильно – от номинального значения.

Чем это может нам угрожать?

Если напряжение + 5VSB больше необходимого, компьютер может зависнуть, так как некоторые микросхемы материнской платы питаются от повышенного напряжения.

Иногда такое поведение компьютера вводит в заблуждение неопытного мастера по ремонту. Ведь он измерил основные напряжения питания блока питания +3,3 В, +5 В, +12 В – и увидел, что они в пределах допуска.

Он начинает копать где-нибудь в другом месте и тратит много времени на устранение неполадок. И просто нужно было измерить напряжение дежурного источника!

Напомним, что напряжение + 5VSB должно быть в пределах 5% от допуска, т.е. находиться в диапазоне 4,75 – 5,25 В.

Если напряжение резервного источника меньше необходимого, компьютер может вообще не запуститься .

Как проверить TL431?

Невозможно “прозвонить” эту микросхему как штатный стабилитрон.

Чтобы убедиться, что он работает правильно, вам нужно собрать небольшую схему для тестирования.

В этом случае выходное напряжение в первом приближении описывается формулой

Vo = (1 + R2 / R3) * Vref (см. Даташит *), где Vref – опорное напряжение, равное 2,5 В.

Когда кнопка S1 закрыта, выходное напряжение будет 2.5 В (опорное напряжение), при отпускании будет 5 В.

Таким образом, нажав и нажав кнопку S1 и измерив сигнал на выходе схемы, можно убедиться, что микросхема исправна (или неисправна).

Испытательная схема может быть выполнена в виде отдельного модуля с использованием 16-контактного 2,5-миллиметрового DIP-разъема. Электропитание и измерительные провода тестера подключаются к выходным клеммам модуля.

Для проверки микросхемы нужно вставить ее в разъем, нажать кнопку и посмотреть на дисплей тестера.

Если микросхема не вставлена ​​в разъем, выходное напряжение будет примерно 10 В.

Вот и все! Просто, не правда ли?

* Datasheet – это паспорта электронных компонентов. Их можно найти с помощью поисковой системы в Интернете.

С вами был Виктор Геронда. Увидимся в блоге!

Мне нужен был недорогой источник опорного напряжения. Полистав каталоги, остановил свой выбор на микросхеме TL431 за 20 руб. Сейчас я расскажу, что это за насекомое и как им пользоваться.

TL431 – это так называемый программируемый стабилитрон. Он используется в качестве источника опорного напряжения и источника питания для цепей малой мощности. Выпускается несколькими производителями и в разных упаковках, мне достался от Texas Instruments в пакете 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 вроде стандартного стабилитрона – анод и катод.И вывод опорного напряжения, который подключается к катоду или средней точке делителя напряжения. На зарубежных схемах он обозначается так:

Минимальная проводка требует одного резистора и обеспечивает опорное напряжение 2,5 В.

Резистор в этой цепи рассчитывается по следующей формуле:

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

На полной схеме подключения к TL431 добавлены еще два резистора, но в этом случае может быть получено произвольное выходное напряжение.

Значения 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 диапазон (см. Даташит).

Если вы установите номинал одного из резисторов и выходное напряжение, вы можете рассчитать номинал второго резистора.

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

где Iin – входной ток схемы, который является суммой 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 до 1% из серии E96.

Исходные данные

Входное напряжение Uвх = 9 В
Требуемое выходное напряжение Uвых = 5 В
Ток нагрузки Il = 10 мА

Данные из даташита:

Ist = 1..100 мА
Iref = 2 мкА
Uref = 2,495V

Плата

Выставляем номинал резистора R2. Максимальное значение этого резистора ограничено током Iref = 2 мкА. Если мы примем номинал резистора R2 равным единицам / десяткам кОм, то этого будет достаточно. Пусть R2 = 10 кОм.

Поскольку TL431 используется в качестве источника питания, высокая точность здесь не требуется, и членом Iref * R2 можно пренебречь.

Округленное значение R3 составляет 10 кОм.

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

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

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

А номинал R1 = (Uin – Uout) / Iin = (9-5) /0,012 = 333 Ом. Округлите до 300.

Мощность, рассеиваемая на резисторе R1, равна (9 – 5) * 0.012 = 0,05 Вт. На других резисторах будет еще меньше.

R1 = 300 Ом
R2 = 10 кОм
R3 = 10 кОм

Примерно так, без учета нюансов.

Если использовать TL431 и повесить на выходе конденсатор, микросхема может “гудеть”. Вместо уменьшения выходного шума на катоде будет появляться периодический пилообразный сигнал в несколько милливольт.

Емкость нагрузки, при которой TL431 стабилен, зависит от катодного тока и выходного напряжения.Возможные значения емкости показаны на картинке из даташита. Стабильные регионы – это те, которые находятся вне графиков

TL431 datasheet – ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ТОЧНЫЕ ССЫЛКИ Серия TL431

FMH :. до + 125C минимальное затухание 50 дБ при 500 кГц Соответствует MIL-STD-461C, CE03 Совместимость с шиной питания постоянного тока MIL-STD-704E Размер (макс.): без фланцев, корпус x 8,38 мм), фланцевый, корпус x 0,330 дюйма x 8,38 мм) См. размеры в разделе B8, корпуса E3 и G3.Вес: типично 22 грамма, максимум 28 граммов. Скрининг: стандартный, ES или 883 (класс H). См. Раздел.

L2720 : Контроллеры мощности и драйверы двигателей. Операционные усилители Daual с низким падением мощности.

LTC1044 : Коммутируемый конденсаторный преобразователь напряжения.

MIC2212 : MIC2212 Dual µCap LDO и сброс при включении. Это стабилизатор с двойным колпачком, низким падением напряжения и схемой сброса при включении питания. Первый регулятор может выдавать 150 мА, а второй – до 300 мА и имеет функцию сброса при включении.MIC2212 идеально подходит для приложений с батарейным питанием, обеспечивает точность 1%, чрезвычайно низкое падение напряжения при 100 мА) и чрезвычайно низкий ток заземления.

OM7581SM : Регулируемый линейный стабилизатор Hi-rel 1,8–5,5 В 10,0 А в корпусе SMD-C6.

PT6705 : Преобразователи постоянного тока в постоянный без изоляции. Вход + 3,3 В / 5 В (смещение +12 В) Регулируемое выходное напряжение Дифференциальный КПД 90% Удаленный датчик 17-контактный компактный корпус Паяемый медный корпус Защита от короткого замыкания Серия недорогих, высокопроизводительных, интегрированных коммутационных устройств на 13 А Регуляторы (ISR) размещены в уникальном компактном 17-выводном SIP-корпусе.PT6705 также будет работать в выключенном состоянии.

R3131N26AA : Детектор низкого напряжения со встроенной цепью задержки.

SPX1004 : Vref = 1,236, 2,5 ;; Vin (МАКС) = 36 В ;; Рабочий ток = 10 мкА-20 мА ;; Acc = 0,5%, 1% ;; Темп. (ppm / ° C) = 20 ;; Ref = N / a ;; Корпус = 3 контакта SOT-89, 3 контакта TO-92, 8 контактов Soic.

SPX1585 : Iout = 5A ;; Вин Мин. = 2,75 В ;; Вин Макс. = 10В ;; Iq = 5 мА ;; Acc = 1%, 2% ;; Vdrop = 1,1 В.

AAT2801 : Многорежимный насос зарядки для приложений с белой светодиодной подсветкой и вспышкой AAT2801 является членом семейства продуктов AnalogicTech Total Power Management IC (TPMIC).Он имеет архитектуру с двойным зарядным насосом, предназначенную для поддержки как белой светодиодной подсветки, так и вспышек для систем, работающих с литий-ионными батареями. Подсветка зарядного насоса.

TPS2062-1 : Выключатели распределения питания TPS206x-1 предназначены для приложений, где могут возникнуть большие емкостные нагрузки и короткие замыкания. Это устройство включает 70-метровые N-канальные переключатели питания на полевых МОП-транзисторах для систем распределения питания, для которых требуется несколько переключателей питания в одном корпусе.Каждый переключатель управляется входом разрешения логики.

LTC4098 : USB-совместимый импульсный менеджер питания / литий-ионное зарядное устройство с защитой от перенапряжения LTC4098 – это высокоэффективный USB-контроллер PowerPath и полнофункциональное зарядное устройство для литий-ионных / полимерных аккумуляторов. Он беспрепятственно управляет распределением энергии от нескольких источников, включая USB, сетевой адаптер, автомобильный, проводной или другие высоковольтные преобразователи постоянного / постоянного тока, а также литий-ионный / полимерный.

MAX17043 : Компактные недорогие датчики уровня топлива 1S / 2S с предупреждением о низком заряде батареи MAX17043 / MAX17044 – это сверхкомпактные недорогие системы измерения уровня топлива на стороне хоста для литий-ионных (Li +) аккумуляторов в портативных устройствах. и переносное оборудование.MAX17043 сконфигурирован для работы с одним литиевым элементом, а MAX17044 сконфигурирован для двухэлементной батареи 2S. MAX17043 / MAX17044 используют сложный.

HIP2121 : 100 В, пик 2 А, высокочастотные полумостовые драйверы с регулируемым контролем мертвого времени и входом ШИМ HIP2120 и HIP2121 представляют собой 100 В, высокочастотные полумостовые драйверы полумостовых МОП-транзисторов. Они основаны на популярных полумостовых драйверах ISL2100A и ISL2101A. Эти драйверы имеют программируемое мертвое время, чтобы гарантировать операцию прерывания перед включением между стороной высокого напряжения.

Применение схем BJT с низким VCE (sat)

В портативной электронике, автомобильных системах и беспроводных устройствах, в которых для питания используются батареи, надежность питания и срок службы батареи особенно важны для удовлетворения требований к производительности и дополнительных функций. В то же время снижение стоимости – еще один важный фактор при проектировании. Для достижения этих целей мы должны использовать усовершенствованный PMIC (ИС управления питанием) для эффективного управления всеми аспектами энергосистем, от зарядки аккумулятора до управления аккумулятором, а также различными средствами защиты питания, включая перенапряжение, перегрузку по току, обратную полярность, балансировку нагрузки и переключение режимов, и т.п.Как правило, новые PMIC имеют встроенные переключатели нагрузки для управления выходной мощностью. Использование PMIC упрощает конструкцию и снижает стоимость. С другой стороны, многим портативным и миниатюрным приложениям может не потребоваться использование PMIC для обеспечения высокой производительности из-за дополнительной сложности, стоимости спецификации и бесполезной траты ресурсов PMIC. В таких случаях мы можем разработать высокоэффективные переключатели нагрузки, которые напрямую управляются микроконтроллерами для управления выходной мощностью, зарядкой аккумулятора и переключением режима питания.Типичные переключатели нагрузки состоят из полевых МОП-транзисторов, N-канала или P-канала из-за низкого сопротивления сток-исток в открытом состоянии. После того, как были представлены BJT _{CE (sat)} с низким напряжением V _{, у нас появилась новая возможность для разработки высокоэффективных переключателей нагрузки. Несмотря на то, что у BJT есть недостатки управления на основе тока, по сравнению с его аналогом MOSFET, BJT предлагают много преимуществ, таких как высокая устойчивость к электростатическому разряду (ESD) и низкий температурный коэффициент для ключевых параметров, таких как VBE и R CE (sat) .Например, напряжение база-эмиттер VBE BJT имеет температурный коэффициент примерно 2 мВ / К по сравнению с пороговым напряжением затвор-исток полевого МОП-транзистора, который имеет температурный коэффициент примерно от 4 мВ / К до 6 мВ / К. Сопротивление насыщения коллектор-эмиттер BJT R CE (sat) снижается примерно на 0,4% / K при превышении температуры, в то время как сопротивление сток-исток RDS (вкл.) MOSFET увеличивается с коэффициентом 0,6% / K при превышении температуры . Использование BJT может потенциально уменьшить количество деталей в некоторых приложениях из-за удаления компонентов нагнетательного насоса.Кроме того, BJT естественным образом блокируют обратный ток, что устраняет необходимость в блокирующем диоде.}

Как и в переключателях MOSFET, потеря питания на переключающем BJT является произведением тока коллектора и остаточного напряжения, измеренного между коллектором и эмиттером в состоянии насыщения, как показано в следующем уравнении:

P _D = V _{CE (sat)} x I _C

Ток нагрузки определяет ток коллектора в приложении.Единственный способ уменьшить рассеиваемую мощность – уменьшить V _{CE (sat)} . Это двигатель для разработки семейства транзисторов, получивших название low V _{CE (sat)} BJTs. Основанный на технологии, называемой «перфорированный эмиттер», конструкция кристалла BJT с низким V _{CE (sat)} BJT имеет ячеистую структуру, которая равномерно разделяет транзистор на множество структур ячеек, которые позволяют равномерно распределить ток с большой эффективностью.

On Semiconductor Low VCE (sat) BJT, источник фото: On Semiconductor (www.onsemiconductor.com)

Новейшие BJT _{CE (sat)} с низким напряжением V обеспечивают сопоставимое сопротивление насыщению в открытом состоянии с сопротивлением MOSFET наряду со многими преимуществами, такими как устойчивость к электростатическому разряду и низкий температурный коэффициент. Использование BJT с низким V _{CE (sat)} BJT в определенных приложениях даст лучшие результаты. BJT с низким V _{CE (sat)} BJT могут применяться не только в портативной электронике, мобильных устройствах и беспроводных системах, но и в автомобильной продукции, например, в задней подсветке приборной панели, срабатывании подушки безопасности, защите питания, регуляторах LDO и предварительных МОП-транзисторах. -драйверы.Чтобы облегчить быстрое проектирование, мы приводим следующие примеры типичных схем применения низковольтных _{CE (sat)} BJT.

Выключатели нагрузки

Поскольку BJT имеет очень низкий VCE (sat), он идеально подходит для включения или выключения устройства в приложениях, где требуется только включение или выключение устройства, например, обогреватели сидений в автомобилях и подсветка ЖК-дисплея приборной панели . На следующей схеме показано использование низкого напряжения _{CE (sat)} BJT NSS20500UW3 компании On Semiconductor в переключателе нагрузки. Мы используем низкий V _{CE (sat)} BJT Q3 NSS20500UW3 в качестве проходного элемента и стандартные NPN BJT Q1 и Q2 для управления проходным элементом.Выходной сигнал низкого V _{CE (sat)} BJT Q3 показан ниже. Напряжение источника составляет 5 В, а выходное напряжение на нагрузке составляет почти 4,958 В, что намного выше, чем 4,8 В для стандартного PNP BJT. Предполагая, что ток нагрузки составляет 125 мА, мы можем уменьшить рассеивание мощности переключателем примерно на 20 мВт при использовании транзистора _{CE (sat)} с низким напряжением питания. Благодаря низкому напряжению V _{CE (sat)} BJT, потери мощности на резисторе смещения базы дополнительно уменьшаются за счет значительного уменьшения тока возбуждения базы.

Применение переключателя нагрузки с низким VCE (sat) BJT Low VCE (sat) BJT Форма выходного сигнала переключателя нагрузки – с падением всего 42 мВ на входе 5 В Традиционная форма выходного сигнала переключателя нагрузки BJT – с падением 200 мВ на входе 5 В

Защита от перенапряжения с помощью стабилитрона и TL431

Мы можем использовать _{CE (sat)} BJT с низким напряжением для защиты схемы нагрузки от условий перенапряжения. Точка срабатывания около 6 В устанавливается делителем напряжения, образованным R4 и R5 на схеме, показанной ниже. Полученное напряжение является опорным напряжением TL431 и сравнивается с внутренним опорным напряжением, равным 2.495V. Когда оно больше внутреннего опорного значения 2,5 В, TL431 пропускает ток, и Q2 2N3906 включается, чтобы принудительно выключить Q1 NSS20500UW3. Поэтому выходное напряжение отключается на нагрузке. Когда опорное напряжение ниже виртуального внутреннего опорного напряжения 2,495 В, небольшой ток может течь от катода к аноду TL431, поэтому Q2 2N3906 отключается. Поскольку T2 отключен, низкий V _{CE (sat)} Q1 NSS20500UW3 включается через базовый резистор R1, чтобы передать входное напряжение на нагрузку R6 с потерей В _{CE (sat)} = V _IN – V _OUT .Поэтому для этого приложения предпочтительнее использовать низкое напряжение V _{CE (sat)} BJT, чтобы обеспечить более высокий КПД и меньшее рассеивание мощности на проходном транзисторе.

Защита от перенапряжения с помощью шунтирующего регулятора с низким напряжением VCE (sat) и TL431 Форма выходного сигнала схемы защиты от перенапряжения – устанавливается на 6 В для отключения выхода

Стабилизатор напряжения – последовательный регулятор

Колебания напряжения влияют на производительность или даже повреждают нагрузку. Стабилизатор напряжения или автоматический регулятор напряжения могут обеспечивать постоянное напряжение на нагрузке даже при колебаниях входного напряжения.Стабилизаторы напряжения могут помочь сохранить высокую производительность и защитить устройство, которое они питают. Они особенно важны для точных инструментов, источников опорного напряжения и медицинских устройств. В стабилизаторе постоянного напряжения при заданном выходном токе всегда происходит снижение напряжения на нагрузке, вызванное проходным элементом, которое называется падением напряжения. Падение напряжения определяет минимальный запас, необходимый для поддержания номинального выходного напряжения для желаемого регулирования линии с изменяющимся входным напряжением.Чем ниже падение напряжения, тем выше эффективность регулятора. Благодаря низкому напряжению насыщения коллектор-эмиттер, низкое напряжение _{CE (sat)} BJT является отличным вариантом в качестве стабилизатора напряжения. Если мы используем BJT общего назначения в качестве стабилизатора напряжения, падение напряжения будет более 0,6 В или больше. В следующей схеме стабилизатора напряжения мы используем шунтирующий стабилизатор TL431 в качестве опорного напряжения, устанавливаемого делителем напряжения.

Применение BJT с низким VCE (sat) в цепи стабилизатора напряжения или последовательном регуляторе

Форма выходного сигнала цепи стабилизатора напряжения – независимо от колебания входного напряжения, выходное напряжение остается постоянным на уровне 5 В.

Источник постоянного тока – Ограничитель тока питания

Мы можем использовать проходной транзистор серии BJT с низким напряжением _{CE (sat)} BJT и шунтирующий стабилизатор TL431 для создания цепи источника постоянного тока, которую мы можем широко использовать для многих приложений, таких как Драйвер светодиодов, источник постоянного тока и устройство защиты от короткого замыкания или ограничитель тока.