Стабилизатор напряжения на микросхеме кр142ен19 с защитой

В статье описан стабилизатор напряжения с надежной импульсной защитой.

Если выходной ток стабилизатора некоторое время превышает порог срабатывания защиты, стабилизатор выключается на несколько секунд для охлаждения регулирующего транзистора, потом включается и отключается снова, пока не будет устранена авария в нагрузке.

Поскольку регулирующий транзистор в таком режиме большую часть времени закрыт, рассеиваемая им средняя мощность даже при коротком замыкании выхода не больше, чем в штатном режиме. В предлагаемом стабилизаторе применен узел импульсной защиты на герконовом реле, включенном в сильноточную цепь.

Такой узел содержит мало дополнительных деталей, почти не уменьшает КПД стабилизатора, а главное, ток срабатывания герконовой защиты очень слабо зависит от температуры. Коэффициент стабилизации устройства превышает 400. Минимальное падение напряжения между входом и выходом – 0,5 В. Схема стабилизатора показана на рисунке.

Основной элемент стабилизатора – микросхема КР142ЕН19 (DA1). Если напряжение на управляющем входе (вывод 1) микросхемы относительно катода (вывод 2) превысит порог ее открывания (2,5 В), ток анода возрастает с крутизной примерно 2 мА/мВ. Напряжение на аноде открытой микросхемы, определяемое ее внутренним устройством, – не менее 2,5 В.

Эта микросхема имеет особенность: если напряжение на входе окажется больше, чем надо для ее полного открывания, она может выключиться. При этом она перестает управлять стабилизатором, в результате чего на его выходе может появиться входное напряжение.

Перегрузка входа микросхемы может произойти из-за броска выходного напряжения, который возникает при отключении нагрузки от работающего стабилизатора. При этом ток, поступавший в нагрузку до ее отключения, начинает заряжать конденсатор, установленный на выходе стабилизатора.

Это приводит к увеличению выходного напряжения, пока прошедшим через стабилизатор сигналом ошибки не будет закрыт регулирующий транзистор. Очевидно, выброс напряжения будет тем меньше, чем больше емкость конденсатора на выходе устройства и чем быстрее проходит через стабилизатор сигнал ошибки.

Эксперименты с отключением нагрузки показали, что емкости не менее 1000 мкФ на каждый ампер выходного тока вполне достаточно, чтобы отключения микросхемы в описываемом стабилизаторе возникнуть не могло.

При повторении устройства следует воздерживаться от изменений, приводящих к уменьшению быстродействия, например, от применения низкочастотных транзисторов. Особенно опасно искусственно уменьшать быстродействие добавлением интегрирующих RC-звеньев в тракт прохождения сигнала ошибки с целью борьбы с генерацией.

Поскольку часть выходного напряжения подана с движка резистора регулировки выходного напряжения R12 на вход управления микросхемы, увеличение напряжения между выходными выводами стабилизатора приводит к увеличению напряжения между входом управления микросхемы и ее катодом, что приводит к открыванию микросхемы.

Ее выходной сигнал закрывает транзистор VT3, включенный по схеме с общим затвором, а затем и составной регулирующий транзистор VT2VT1, включенный в минусовый провод стабилизатора, что приводит к уменьшению тока через него. Если закрыта микросхема, транзистор VT3 должен быть открыт, ток его канала должен быть в пределах 4.

..10 мА. Такой режим получается, если на затвор подано напряжение около 5 В относительно общего плюсового провода. Оказалось, что подача на затвор части входного напряжения с пульсациями приводит к появлению пульсаций на выходе стабилизатора с амплитудой около 1 мВ.

Поэтому напряжение на затворе транзистора VT3 стабилизировано относительно общего провода стабилитроном VD1, а затем еще и отфильтровано цепями R2C3, R5C4. Применение полевого транзистора позволило существенно уменьшить ток через фильтры, а, следовательно, и их габариты. Резистор R7 предотвращает самовозбуждение.

Без него ступень на транзисторе VT3 может самовозбудиться на частоте около 20 МГц.

Описываемый стабилизатор имеет три степени защиты от аварий как в нагрузке, так и в самом стабилизаторе. Быстрая защита от кратковременных перегрузок обеспечена резистором R8.

При существенном, примерно в два раза, превышении током нагрузки заданного максимума в 2 А падение напряжения на резисторе R8 увеличивается до уровня входного напряжения, транзистор VT2 вследствие этого насыщается и перестает усиливать ток, что приводит к ограничению тока нагрузки.

От более продолжительных аварий стабилизатор защищен импульсной защитой на герконовом реле К1. Если ток нагрузки превышает ток срабатывания реле (2 А), геркон замыкается, и конденсатор СЗ быстро разряжается через резистор R1. При этом начинается также разрядка конденсатора С4 через резистор R5.

Но этот процесс протекает значительно медленнее из-за сравнительно большого сопротивления резистора R5. Когда падение напряжения на конденсаторе С4 уменьшится примерно до 1 В, транзистор VT3 закроется, выключая тем самым стабилизатор. Задержка отключения стабилизатора цепью R5C4 введена для того, чтобы конденсатор СЗ успел до момента размыкания геркона К1.

1 разрядиться практически полностью. После размыкания геркона начинается медленная зарядка конденсатора СЗ через резистор R2. Это приводит к постепенному открыванию транзистора VT3 и запуску стабилизатора. Аналогично происходит и запуск стабилизатора при включении питания. Если от этого стабилизатора питать УМЗЧ, при его включении не будет щелчка в акустических системах.

Описываемый стабилизатор, как и любое устройство с глубокой обратной связью, может быть склонен к генерации. При макетировании устройства генерация наблюдалась в виде импульсов на выходе стабилизатора с амплитудой около 5 мВ и частотой около 100 кГц.

Оказалось, что на склонность стабилизатора к генерации больше всего влияет качество конденсатора С5. Понять, почему это происходит, помогают следующие рассуждения. Допустим, на выходе стабилизатора случайно изменилось напряжение на 1 мВ. Микросхема преобразует это напряжение в изменение выходного тока 2 мА.

Регулирующие транзисторы усилят его примерно в 500 раз, что в результате приведет к изменению тока через стабилизатор и конденсатор С5 на 1 А. Это изменение тока вызовет падение напряжения на эквивалентном последовательном сопротивлении (ЭПС) конденсатора, которое пойдет по цепи обратной связи “по второму кругу”.

Если это падение напряжения превысит 1 мВ, может возникнуть генерация.

Очевидно, устойчивость стабилизатора может обеспечить конденсатор С5 с ЭПС менее 0,001 Ом. Чтобы сделать выбор, были проведены измерения ЭПС конденсаторов различных серий.

На конденсатор через резистор подавалось однополярное напряжение с частотой 100 кГц и размахом тока 1 А. ЭПС вычислялось по напряжению на конденсаторе, измеренному осциллографом.

Оказалось, что для конденсаторов емкостью более 500 мкФ ЭПС на частоте 100 кГц зависит в основном от конструкции конденсатора, а от его емкости и номинального напряжения зависит слабо.

По результатам измерений конденсатор С5 составлен из десяти параллельно соединенных конденсаторов серии К50-24 по 470 мкФ, в результате чего подавлено самовозбуждение без применения других средств.

Для полного использования малого сопротивления батареи конденсаторов С5 нужно, чтобы длина соединительных проводов от выводов конденсатора С5 до правого по схеме вывода резистора R13 и до точки соединения резисторов R10 и R14 была как можно меньше, что показано на схеме.

Склонность стабилизатора к генерации, как следует из вышеизложенного, увеличивается при возрастании максимально возможной амплитуды импульса тока, который стабилизатор может подать в конденсатор С5. Это может стать основной проблемой при попытке увеличить максимальный выходной ток.

Улучшить устойчивость стабилизатора можно подбором резистора R10, создающего местную отрицательную обратную связь в цепи катода микросхемы. При налаживании стабилизатора этот резистор замыкают перемычкой, затем увеличением числа конденсаторов в батарее С5 устраняют генерацию, после чего перемычку убирают.

Стабилизатор приобретает запас устойчивости, достаточный для его нормальной работы даже после частичной потери емкости батареи С5. Конденсатор С2 устраняет влияние индуктивности обмотки герконового реле на устойчивость стабилизатора. В стабилизатор может быть добавлена еще одна степень защиты – от перегревания регулирующего транзистора VT1.

Для этого достаточно прижать к корпусу этого транзистора термореле с биметаллической пластиной, срабатывающее при температуре 60…70 °С. Замкнутые контакты термореле включают в разрыв цепи стока транзистора VT3. Перегревание транзистора VT1 вызовет размыкание контактов термореле, в результате чего транзистор VT1 будет закрыт до тех пор, пока не охладится.

Транзистор КП507А (VT3) заменим близким по параметрам КП508А. Микросхему КР142ЕН19 (DA1) допустимо заменить на КР142ЕН19А или зарубежный аналог TL431. Конденсаторы СЗ, С4, используемые в узле защиты как времязадающие, должны быть с малой утечкой, например, из серий ФТ, К78, К71-4.

От емкости конденсатора СЗ зависит период срабатывания импульсной защиты, а также длительность запуска стабилизатора. При указанных на схеме сопротивлении резистора R2 и емкости конденсатора СЗ этот период примерно равен 3 с.

Существенно уменьшать его снижением емкости конденсатора СЗ не следует, так как при слишком быстром запуске ток зарядки конденсаторов, которые могут находиться в составе нагрузки, может превысить 2 А, что вызовет срабатывание защиты. Герконовое реле К1 – самодельное. На герконе КЭМ1 (или другом аналогичном) наматывают 15 витков обмоточного провода диаметром 0,4-0,7 мм.

Затем уточняют число витков по срабатыванию геркона при токе нагрузки 2 А. Транзистор VT1 должен быть установлен на теплоотводе с площадью охлаждающей поверхности не менее 200 кв.см. При налаживании на вход подают напряжение с выхода лабораторного источника питания. Его максимальное значение не должно превышать 30 В (предельное напряжение анод-катод микросхемы DA1).

Подбором резистора R14 устанавливают верхнюю границу регулировки выходного напряжения на 0,5…1 В меньше входного напряжения. Резистор R8 подбирают так, чтобы падение напряжения на нем при токе нагрузки около 2 А было равно половине входного напряжения.

Стабилизатор следует с осторожностью использовать в двуполярных источниках из-за его медленного запуска. Так как геркон импульсной защиты может замыкаться от сильной тряски, не рекомендуется применять предлагаемый стабилизатор в бортовых системах.

Радио №10, 2006г.

Радиосхемы Схемы электрические принципиальные

категория

Схемы начинающим радиолюбителям

материалы в категории

И. НЕЧАЕВ, г. Курск
Журнал Радио, 2000 год, №6

Отечественная промышленность выпускает интересный полупроводниковый прибор — микросхему КР142ЕН19А. Она представляет собой параллельный стабилизатор напряжения.

Невысокая цена и большие функциональные возможности позволяют широко использовать микросхему в различных блоках питания и узлах аппаратуры как источник опорного напряжения либо регулируемый стабилитрон.

В отличие от обычного стабилитрона, КР142ЕН19А имеет выводы не только анода и катода, но и входа управления (рис. 1,а). Здесь под анодом будем понимать электрод, на который подается плюс стабилизируемого напряжения. Выпускается микросхема в корпусе, напоминающем транзистор (рис. 1,б).

Подавая на управляющий вход напряжение с анода (рис. 2,а) или резнетивного делителя (рис. 2,6), включенного между анодом и катодом, можно изменять напряжение стабилизации от 2,5 до 30 В.

Ток стабилизации может лежать в пределах 1…100 мА, а дифференциальное сопротивление не превышает 0,5 Ом. Наибольшая мощность рассеяния достигает 0,4 Вт, а ток входа управления — 5 мкА. Ток через резистивный делитель желательно выбирать не менее 0,5 мА.

Для постройки маломощного стабилизатора напряжения (параллельного типа) последовательно с микросхемой включают балластный резистор (R1 на рис. 2), а нагрузку подключают к выводам анода и катода, как это делают в случае с обычным стабилитроном. Рассчитывают такой стабилизатор по методике, аналогичной для стабилитрона.

Если нужно плавно изменять выходное напряжение стабилизатора, в него вводят переменный либо подстроечный резистор (рис. 3). Тогда минимальное напряжение нетрудно рассчитать по формуле: формуле: Uмин = 2.

5·[1 + R2/(R3 + + R4)] В. а максимальное Uмакс = = 2.5·[1 + (R2 + R3)/R4] В. Сопротивление балластного резистора определяют так: R1 = (Uвхмин – Uвых)/(Icтмин +Iдеп+Iстмакс ).

где Iстмин можно принять равным 1 мА.

Если нагрузка должна потреблять больший ток, чем может обеспечить микросхема, в стабилизатор вводят биполярный транзистор (рис. 4) соответствующей мощности.

Следует заметить, что резистивный делитель в этом случае включают между выходом стабилизатора и общим проводом. В итоге получится компенсационный стабилизатор напряжения с регулирующим транзистором.

Несмотря на простоту, такой стабилизатор зачастую превосходит по параметрам специализированные интегральные стабилизаторы напряжения (микросхемы серий К142, КР142).

На рис. 5 приведена схема стабилизированного блока питания с микросхемой КР142ЕН19А, который предназначен для работы с плейером, маломощным радиоприемником и другой аппаратурой. Его удобно встроить в сетевой адаптер с нестабилизированным и переключаемым выходным напряжением.

Трансформатор, диодный мост и конденсатор фильтра С1 используют от адаптера. Вместо имеющегося переключателя на одно направление придется установить аналогичный по габаритам на два направления.

Большинство деталей размещают методом навесного монтажа, транзистор (КТ815А—КТ815Г, КТ817А—КТ817Г) снабжают теплоотводом.

Сопротивление каждого из резисторов R3 — R5 рассчитывают по формуле: R= R2/(Uвых/2,5-1).

При испытании этого блока получились весьма хорошие результаты: коэффициент стабилизации составил несколько сотен, а амплитуда пульсаций выходного напряжения при токе нагрузки 200 мА — не более 2…3 мВ.

При налаживании блока более точно выходные напряжения устанавливают подбором резисторов R3 — R5.

Более мощный блок, который использовался для питания стационарной радиостанции Си-Би диапазона с выходной мощностью 10 Вт, был выполнен по схеме, приведенной на рис. 6.

Здесь для повышения коэффициента стабилизации вместо резистора применен стабилизатор тока на полевом транзисторе, а для обеспечения выходного тока 3 А и более использован мощный составной биполярный транзистор с коэффициентом передачи тока базы 1000 и более.

Выходное напряжение можно регулировать в небольших пределах (11,5…14 В) подстроенным резистором R2.

Трансформатор Т1 должен обеспечивать на обмотке II переменное напряжение около 15 В при максимальном токе нагрузки. На такой же ток подбирают диоды выпрямительного моста и транзистор VT2 (его устанавливают на теплоотвод).

При испытании блока коэффициент стабилизации при токе нагрузки 2 А оказался более 1000, а выходное сопротивление — около 0,005 Ом.

TL431 datasheet, TL431 схема включения, цоколевка, аналог

Про светодиоды уже написал достаточно много, теперь читатели не знают как их правильно и питать, чтобы они не сгорели раньше положенного срока. Теперь продолжаю ускоренно пополнять раздел блоков питания, стабилизаторов напряжения и преобразователей тока.

В десятку популярных электронных компонентов входит регулируемый стабилизатор TL431 и его брат ШИМ контроллер TL494. В источниках питания он выступает в качестве «программируемого источника опорного напряжения, схема включения очень простая. В импульсных блоках питания на ТЛ431 бывает реализована обратная связь и опорное напряжение.

Ознакомитесь с характеристикам и даташитами других ИМС применяемых для питания LM317, TL431, LM358, LM494.

Технические характеристики

Вид корпусов ТЛ431

Широкое применение получила благодаря крутости своих технических характеристик и стабильностью параметров при разных температурах.

Частично функционал похож на известную LM317, только она работает на малой силе тока и предназначена для регулировки. Все особенности и типовые схемы включения указаны в datasheet на русском языке.

Аналог TL431 будет отечественная КР142ЕН19 и импортная К1156ЕР5, их параметры очень похожи. Других аналогов особо не встречал.

Основные характеристики:

ток на выходе до 100мА;

напряжение на выходе от 2,5 до 36V;

мощность 0,2W;

температурный диапазон TL431C от 0° до 70°;

для TL431A от -40° до +85°;

цена от 28руб за 1 штуку.

Подробные характеристики и режимы работы указаны в даташите на русском в конце этой страницы или можно скачать tl431-datasheet-russian.pdf

Пример использования на плате

Стабильность параметров зависит от температуры окружающей среды, она очень стабильная, шумов на выходе мало и напряжение плавает +/- 0,005В по даташиту. Кроме бытовой модификации TL431C от 0° до 70° выпускается вариант с более широким температурным диапазоном TL431A от -40° до 85°. Выбранный вариант зависит от назначения устройства. Аналоги имеют совершенно другие температурные параметры.

Проверить исправность микросхемы мультиметром нельзя, так как она состоит из 10 транзисторов. Для этого необходимо собрать тестовую схему включения, по которой можно определить степень исправности, не всегда элемент полностью выходит из строя, может просто подгореть.

Схемы включения TL431

Рабочие характеристики стабилизатора задаются двумя резисторами. Варианты использования данной микросхемы могут быть различные, но максимальное распространение она получила в блоках питания с регулируемым и фиксированным напряжением. Часто применяется в стабилизаторах тока в зарядных USB устройствах, промышленные блоки питания, принтеров и другой бытовой техники.

TL431 есть практически в любом блоке питания ATX от компьютера, позаимствовать можно из него. Силовые элементы с радиаторами, диодными мостами тоже там есть.

На данной микросхеме реализовано множество схем зарядных устройств для литиевых аккумуляторов. Выпускаются радиоконструкторы для самостоятельной сборки своими руками. Количество вариантов применение очень большое, хорошие схемы можно найти на зарубежных сайтах.

Цоколёвка TL431

Как показывает практика, цоколевка TL431 может быть разной, и зависит от производителя. На изображении показана распиновка из даташита Texas Instruments. Если вы её извлекаете из какой нибудь готовой платы, то цоколевку ножек можно увидеть по самой плате.

Datasheet на русском

Многие радиолюбители не очень хорошо знают английский язык и технические термины. Я достаточно неплохой владею языком предполагаемого противника, но при разработке меня всё равно напрягает постоянное вспоминание перевода электрических терминов на русский. Перевод TL431 datasheet на русском сделал наш коллега, которого и благодарим.

Графики электрических характеристик

Описание регулируемого стабилитрона TL431. Схемы включения, цоколевка, аналоги, datasheet

Микросхема TL431 – это регулируемый стабилитрон. Используется в роли источника опорного напряжения в схемах различных блоков питания.

Технические характеристики TL431

напряжение на выходе: 2,5…36 вольт;
выходное сопротивление: 0,2 Ом;
прямой ток: 1…100 мА;
погрешность: 0,5%, 1%, 2%;

Функциональная схема

Цоколевка TL431

TL431 имеет три вывода: катод, анод, вход.

Аналоги TL431

Отечественными аналогами TL431 являются:

К зарубежным аналогам можно отнести:

KA431AZ
KIA431
HA17431VP
IR9431N
AME431BxxxxBZ
AS431A1D
LM431BCM

Схемы включения TL431

Микросхема стабилитрон TL431 может использоваться не только в схемах питания. На базе TL431 можно сконструировать всевозможные световые и звуковые сигнализаторы. При помощи таких конструкций возможно контролировать множество разнообразных параметров. Самый основной параметр – контроль напряжение.

Переведя какой-нибудь физический показатель при помощи различных датчиков в показатель напряжения, возможно изготовить прибор, отслеживающий, например, температуру, влажность, уровень жидкости в емкости, степень освещенности, давление газа и жидкости. ниже приведем несколько схем включения управляемого стабилитрона TL431.

Стабилизатор тока на TL431

Данная схема является стабилизатором тока. Резистор R2 выполняет роль шунта, на котором за счет обратной связи устанавливается напряжения 2,5 вольт. В результате этого на выходе получаем постоянный ток равный I=2,5/R2.

Индикатор повышения напряжения

Работа данного индикатора организована таким образом, что при потенциале на управляющем контакте TL431 (вывод 1) меньше 2,5В, стабилитрон TL431 заперт, через него проходит только малый ток, обычно, менее 0,4 мА. Поскольку данной величины тока хватает для того чтобы светодиод светился, то что бы избежать этого, нужно просто параллельно светодиоду подсоединить сопротивление на 2…3 кОм.

В случае превышения потенциала, поступающего на управляющий вывод, больше 2,5 В, микросхема TL431 откроется и HL1 начнет гореть. Сопротивление R3 создает нужное ограничение тока, протекающий через HL1 и стабилитрон TL431.

Максимальный ток проходящий через стабилитрон TL431 находится в районе 100 мА. Но у светодиода максимально допустимый ток составляет всего 20 мА. Поэтому в цепь светодиода необходимо добавить токоограничивающий резистор R3.

Его сопротивление можно рассчитать по формуле:

R3 = (Uпит. – Uh1 – Uda)/Ih1

где Uпит. – напряжение питания; Uh1 – падение напряжения на светодиоде; Uda – напряжение на открытом TL431 (около 2 В); Ih1 – необходимый ток для светодиода (5…15мА). Также необходимо помнить, что для стабилитрона TL431 максимально допустимое напряжение составляет 36 В.

Величина напряжения Uз при котором срабатывает сигнализатор (светится светодиод), определяется делителем на сопротивлениях R1 и R2. Его параметры можно подсчитать по формуле:

R2 = 2,5 х Rl/(Uз – 2,5)

Если необходимо точно выставить уровень срабатывания, то необходимо на место сопротивления R2 установить подстроечный резистор, с бОльшим сопротивлением. После окончания точной настройки, данный подстроичник можно заменить на постоянный.

Иногда необходимо проверять несколько значений напряжения. В таком случае понадобятся несколько подобных сигнализатора на TL431 настроенных на свое напряжение.

Проверка исправности TL431

Выше приведенной схемой можно проверить TL431, заменив R1 и R2 одним переменным резистором на 100 кОм. В случае, если вращая движок переменного резистора светодиод засветиться , то TL431 исправен.

Индикатор низкого напряжения

Разница данной схемы от предшествующей в том, что светодиод подключен по иному. Данное подключение именуется инверсным, так как светодиод светится только когда микросхема TL431 заперта.

Если же контролируемое значение напряжения превосходит уровень, определенный делителем Rl и R2, микросхема TL431 открывается, и ток течет через сопротивление R3 и выводы 3-2 микросхемы TL431.

На микросхеме в этот момент существует падение напряжения около 2В, и его явно не хватает для свечения светодиода.

Для стопроцентного предотвращения загорания светодиода в его цепь дополнительно включены 2 диода.

В момент, когда исследуемая величина окажется меньше порога определенного делителем Rl и R2, микросхема TL431 закроется, и на ее выходе потенциал будет значительно выше 2В, вследствие этого светодиод HL1 засветится.

Индикатор изменения напряжения

Если необходимо следить всего лишь за изменением напряжения, то устройство будет выглядеть следующим образом:

В этой схеме использован двухцветный светодиод HL1. Если потенциал ниже порога установленного делителем R1 и R2, то светодиод горит зеленым цветом, если же выше порогового значения, то светодиод горит красным цветом. Если же светодиод совсем не светится, то это означает что контролируемое напряжение на уровне заданного порога (0,05…0,1В).

Работа TL431 совместно с датчиками

Если необходимо отслеживать изменение какого-нибудь физического процесса, то в этом случае сопротивление R2 необходимо поменять на датчик, характеризующейся изменением сопротивления вследствие внешнего воздействия.

Пример такого модуля приведен ниже. Для обобщения принципа работы на данной схеме отображены различные датчики. К примеру, если в качестве датчика применить фототранзистор, то в конечном итоге получится фотореле, реагирующее на степень освещенности. До тех пор пока освещение велико, сопротивление фототранзистора мало.

Вследствие этого напряжение на управляющем контакте TL431 ниже заданного уровня, из-за этого светодиод не горит. При уменьшении освещенности увеличивается сопротивление фототранзистора. По этой причине увеличивается потенциал на контакте управления стабилитрона TL431. При превышении порога срабатывания (2,5В) HL1 загорается.

Данную схему можно использовать как датчик влажности почвы. В этом случае вместо фототранзистора нужно подсоединить два нержавеющих электрода, которые втыкают в землю на небольшом расстоянии друг от друга. После высыхания почвы, сопротивление между электродами возрастает и это приводит к срабатыванию микросхемы TL431, светодиод загорается.

Если же в качестве датчика применить терморезистор, то можно сделать из данной схемы термостат. Уровень срабатывания схемы во всех случаях устанавливается посредством резистора R1.

TL431 в схеме со звуковой индикацией

Помимо приведенных световых устройств, на микросхеме TL431 можно смастерить и звуковой индикатор. Схема подобного устройства приведена ниже.

Данный звуковой сигнализатор можно применить в качестве контроля за уровнем воды в какой-либо емкости. Датчик представляет собой два нержавеющих электрода расположенных друг от друга на расстоянии 2-3 мм.

Как только вода коснется датчика, сопротивление его понизится, и микросхема TL431 войдет в линейный режим работы через сопротивления R1 и R2. В связи с этим появляется автогенерация на резонансной частоте излучателя и раздастся звуковой сигнал.

Калькулятор для TL431

Для облегчения расчетов можно воспользоваться калькулятором:

Скачать калькулятор для TL431 (103,4 Kb, скачано: 15 188)
Скачать datasheet TL431 на русском (702,6 Kb, скачано: 10 484)

Низковольтные стабилизаторы напряжения на микросхеме КР142ЕН19

Несмотря на то что сейчас появились микросхемы низковольтных (3…5 В) стабилизаторов напряжения с малым падением (low drop), например, серии LP29xx фирмы National Semiconductor, они еще пока мало распространены, особенно среди радиолюбителей.

А ведь низковольтные стабилизаторы сейчас приобретают особую актуальность. Почти все аудиоплейеры питаются от 3 В, многие современные микросхемы для радиоприемников также требуют этого напряжения, не говоря уже о микропроцессорах.

Предлагаемые вниманию читателей устройства – попытка сделать подобные низковольтные стабилизаторы на доступных и недорогих элементах.

Схемотехника стабилизаторов напряжения для питания устройств с низковольтным питанием имеет особенности.

Например, наиболее эффективна простейшая защита стабилизаторов ограничением максимального тока нагрузки при низком выходном напряжении.

Падение напряжения на регулирующем транзисторе стабилизатора при замыкании на выходе мало отличается от рабочего, и транзистор перегревается незначительно.

Весьма актуально именно для низковольтных стабилизаторов уменьшение минимального напряжения между входом и выходом, поскольку при этом повышается не только экономичность аппаратуры, но и ее надежность.

Например, если применить в трехвольтном стабилизаторе микросхему с падением напряжения на ней также три вольта, то питающий это устройство выпрямитель должен отдавать напряжение с учетом пульсаций около 9 В. Если это напряжение, вследствие пробоя микросхемы, попадет на нагрузку, весьма вероятно, что она выйдет из строя.

Для стабилизатора же, падение напряжения на котором менее 0,4 В, хватит входного напряжения около 5 В. Такое напряжение трехвольтная нагрузка, скорее всего, выдержит.

До недавнего времени существовала проблема – подобрать для низковольтного стабилизатора источник образцового напряжения – стабилитрон. Обычно низковольтные стабилитроны имеют очень невысокие параметры.

Разработать сравнительно простые низковольтные стабилизаторы с учетом всего вышеизложенного позволяет микросхема КР142ЕН19 – интегральный аналог низковольтного стабилитрона (Янушенко Е. Микросхема КР142ЕН19. – Радио, 1994, № 4, с. 45,46).

Эта микросхема выпускается в пластмассовом корпусе с тремя выводами: анодом (3), катодом (2) и управляющим электродом (1).

Когда напряжение на ее управляющем электроде относительно катода меньше +2,5 В, ток анода микросхемы не превышает 1,2 мА, причем он мало зависит от напряжения между анодом и катодом микросхемы.

Как только напряжение на управляющем электроде превысит порог +2,5 В, ток анода микросхемы резко возрастает, пока напряжение на аноде не снизится до 2,5 В. Резистор, подключенный к аноду, должен ограничивать этот ток значением не более 100 мА.

Ток управляющего электрода весьма мал – единицы микроампер, причем этот ток также следует ограничивать, поскольку при его слишком большом увеличении напряжение на аноде микросхемы может возрасти.

Схема низковольтного стабилизатора напряжения на микросхеме КР142ЕН19 с регулирующим транзистором в плюсовом проводнике показана на рис. 1. Падение напряжения на нем не превышает 0,4 В, а коэффициент стабилизации более 600.

При повышении напряжения на движке регулятора выходного напряжения (резистор R7) до 2,5 В микросхема DA1 открывается, что вызывает открывание транзистора VT1, закрывание транзистора VT2, а затем и регулирующего транзистора VT3.

Регулятором напряжения R7 можно установить выходное напряжение меньше указанных на схеме 3 В примерно до 2,6 В, однако в процессе включения стабилизатора, особенно без нагрузки, возможно кратковременное повышение выходного напряжения до 3 В.

Этот стабилизатор можно отрегулировать и на напряжение больше 5 В, но тогда он будет сильно перегреваться при замыкании в нагрузке, поскольку защищен лишь ограничением выходного тока, зависящего от сопротивления резистора R2. Максимальный рабочий ток увеличивается при уменьшении его номинала.

Если требуется существенно увеличить выходной ток стабилизатора, можно попробовать уменьшить номиналы резисторов R1 и R2 в одинаковое число раз и применить более мощные транзисторы. На месте VT1 допустимо использовать транзистор серии КТ626, a VT2 – КТ630. Транзистор КТ814А (VT3) заменим любым из серий КТ816, КТ837 с максимальным коэффициентом передачи тока базы.

В стабилизаторе не следует применять эмиттерные повторители для повышения выходного тока. Это увеличивает время прохождения сигнала по цепи обратной связи и может привести к генерации.

Если все же генерация возникла, ее следует попытаться устранить увеличением емкости конденсаторов С1 и С2, а также подключением конденсатора емкостью в несколько сотен пикофарад между анодом и управляющим электродом микросхемы.

Вариант стабилизатора с регулирующим транзистором в минусовом проводнике показан на рис. 2.

При повышении напряжения на управляющем электроде до +2,5 В относительно катода микросхема открывается и закрывает транзисторы VT1 и VT2. Максимальный рабочий ток устанавливают подбором резистора R2.

В описанных устройствах применены несколько необычные делители выходного напряжения в отличие от традиционного, когда переменный резистор включен в верхнее по схеме плечо.

В этом случае, если нарушается контакт в цепи движка переменного резистора, напряжение на выходе стабилизаторов может только уменьшаться, тогда как при использовании традиционного делителя выходное напряжение достигает максимального уровня, что может нагрузку вывести из строя.

В обоих описанных выше стабилизаторах для уменьшения зависимости максимального рабочего тока от температуры полезно обеспечить тепловой контакт диодов VD1, VD2 с теплоотводом регулирующего транзистора.

Если такие стабилизаторы используются как регулируемые, полезно последовательно с переменными резисторами включить постоянные (к каждому крайнему выводу). Их сопротивления следует подобрать так, чтобы пределы регулировки выходного напряжения соответствовали указанным на схемах. При отсутствии таких резисторов стабилизаторы могут выходить из режима стабилизации в крайних положениях движков.

TL431 схема включения, TL431 цоколевка

TL431 одна из самых массово выпускаемых интегральных микросхем, с начала своего выпуска в 1978 году TL431 устанавливалась в большинство блоков питания компьютеров, ноутбуков, телевизоров, видео-аудио техники и другой бытовой электроники.
TL431 является прецизионным программируемым источником опорного напряжения. Такая популярность обусловлена низкой стоимостью, высокой точностью и универсальностью.

Принцип работы TL431 легко понять по структурной схеме: если напряжение на входе источника ниже опорного напряжения Vref, то и на выходе операционного усилителя низкое напряжение соответственно транзистор закрыт и ток от катода к аноду не протекает (точнее он не превышает 1 мА). Если входное напряжение станет превышать Vref, то операционный усилитель откроет транзистор и от катода к аноду начнет протекать ток.

Самый простейший тип стабилизатора – параметрический, можно легко построить на TL431: для задания напряжения стабилизации понадобятся два резистора R1 и R2, напряжение на которое будет ‘запрограммирована’ TL431 можно определить по формуле: Uвых=Vref( 1 + R1/R2 ).

Получается чем больше соотношение R1 к R2, тем больше выходное напряжение. Микросхема фактически стабилизирует напряжение на своем входе на уровне 2,5 В.

Задавшись значением сопротивления R2 и требуемое выходное напряжение, рассчитать R1 можно по формуле: R1=R2( Uвых/Vref – 1 ).

В данной схеме R3 рассчитывается точно также, как если бы использовался обычный стабилитрон, т.е. зависит от выходного напряжения, диапазона входного напряжения и диапазона токов нагрузки.

Но есть и существенное отличие: в этой схеме на выход не стоит устанавливать конденсатор, так как этот конденсатор может вызвать генерацию паразитных колебаний.

В схеме с обычным стабилитроном таких проблем не возникает.

TL431 цоколевка

TL431 выпускается в большом количестве разных корпусов, от древних TO-92 до современных SOT-23.

Также у TL431 имеется отечественный аналог: КР142ЕН19А.

Основные технические характеристики TL431:

напряжение анод-катод: 2,5…36 вольт;
ток анод-катод: 1…100 мА (если нужна стабильная работа, то не стоит допускать ток менее 5мА);

Точность опорного источника напряжения TL431 зависит от 6-той буквы в обозначении:

без буквы — 2%;
буква A — 1%;
буква B — 0,5%.

Видно, что TL431 может работать в широком диапазоне напряжений, но вот токовые способности не так велики всего 100 мА, да и мощность рассеиваемая такими корпусами не превышает сотен мили Ватт. Для получения более серьезных токов интегральный стабилитрон стоит использовать как источник опорного напряжения, регулирующую функцию доверив мощным транзисторам.

компенсационный стабилизатор напряжения

Принцип компенсационного стабилизатора на TL431 такой же как и на обычном стабилитроне: разность напряжений между входом и выходом компенсирует мощный биполярный транзистор.

Но точность стабилизации получается выше, за счет того что обратная связь берется с выхода стабилизатора.

Резистор R1 нужно рассчитывать на минимальный ток 5 мА, R2 и R3 рассчитываются, также как для параметрического стабилизатора.

Чтобы стабилизировать токи на уровне единиц и десятков Ампер одним транзистором в компенсационном стабилизаторе не обойтись, нужен промежуточный усилительный каскад. Оба транзистора работают по схеме с эмиттерного повторителя, т.е. происходит усиление тока, а напряжение не усиливается.

На рисунке представлена реальная схема компенсационного стабилизатора на TL431, в ней появились новые компоненты: резистор R2 ограничивающий ток базы VT1 (например 330 Ом), резистор R3 – компенсирующий обратный ток коллектора VT2 (что особенно актуально при нагреве VT2) (например 4,7 кОм) и конденсатор C1 – повышающий устойчивость работы стабилизатора на высоких частотах (например 0,01 мкФ).

Стабилизатор тока на TL431

Следующая схема представляет собой термостабильный стабилизатор тока. Резистор R2 является своеобразным шунтом на котором с помощью обратной связи поддерживается напряжения 2,5 В.

Таким образом если пренебречь током базы по сравнению с током коллектора, то получим ток на нагрузке Iн=2,5/R2.

Если значение подставлять в Омах, то ток будет в Амперах, если подставлять в кило Омах, то ток будет в мили Амперах.

Реле времени

TL431 нашел свое применение не только как источник опорного напряжения, а и во многих других применениях.

Например благодаря тому что входной ток TL431 составляет 2-4мкА, то на основе этой микросхемы можно построить реле времени: при размыкании контакта S1 C1 начинает медленно заряжаться через R1, а когда напряжение на входе TL431 достигнет 2,5 В выходной транзистор DA1 откроется и через светодиод оптопары PC817 начнет протекать ток, соответственно откроется и фототранзистор и замкнет внешнюю цепь.
В этой схеме резистор R2 ограничивает ток через оптрон и стабилизатор (например 680 Ом), R3 нужен чтобы предупредить зажигание светодиода от тока собственных нужд TL431 (например 2 кОм).

Простое зарядное устройство для литиевого аккумулятора

Главное отличие зарядного устройства от блока питания – четкое ограничение зарядного тока. Следующая схема имеет два режима ограничения:

Пока напряжение на выходе меньше 4,2 В ограничивается выходной ток, при достижении напряжением величины 4,2 В начинает ограничиватся напряжение и ток заряда снижается.
На следующей схеме ограничение тока осуществляют транзисторы VT1, VT2 и резисторы R1-R3.

Резистор R1 выполняет функцию шунта, когда напряжение на нем превышает 0,6 В (порог открывания VT1), транзистор VT1 открывается и закрывает транзистор VT2. Из-за этого падает напряжение на базе VT3 он начинает закрываться и следовательно снижается выходное напряжение, а это ведет к снижению выходного тока. Таким образом работает обратная связь по току и его стабилизация.

Когда напряжение подбирается к уровню 4,2 В в работу начинает вступать DA1 и ограничивать напряжение на выходе зарядного устройства.

А теперь список номиналов компонентов схемы:

DA1 – TL431C;
R1 – 2,2 Ом;
R2 – 470 Ом;
R3 – 100 кОм;
R4 – 15 кОм;
R5 – 22 кОм;
R6 – 680 Ом (нужен для подстройки выходного напряжения);
VT1, VT2 – BC857B;
VT3 – BCP68-25;
VT4 – BSS138.

TL431, что это за “зверь” такой?

Николай Петрушов

Рис. 1 TL431.

TL431 была создана в конце 70-х и по настоящее время широко используется в промышленности и в радиолюбительской деятельности. Но не смотря на её солидный возраст, не все радиолюбители близко знакомы с этим замечательным корпусом и его возможностями.

В предлагаемой статье я постараюсь ознакомить радиолюбителей с этой микросхемой.

Для начала давайте посмотрим, что у неё внутри и обратимся к документации на микросхему, “даташиту” (кстати, аналогами этой микросхемы являются – КА431, и наши микросхемы КР142ЕН19А, К1156ЕР5х).

А внутри у неё с десяток транзисторов и всего три вывода, так что же это такое?

Рис. 2 Устройство TL431.

Оказывается всё очень просто. Внутри находится обычный операционный усилитель ОУ (треугольник на блок-схеме) с выходным транзистором и источником опорного напряжения. Только здесь эта схема играет немного другую роль, а именно – роль стабилитрона. Ещё его называют “Управляемый стабилитрон”. Как он работает?

Смотрим блок-схему TL431 на рисунке 2.

Из схемы видно, ОУ имеет (очень стабильный) встроенный источник опорного напряжения 2,5 вольт (маленький квадратик) подключенный к инверсному входу, один прямой вход (R), транзистор на выходе ОУ, коллектор (К) и эмиттер (А), которого объединены с выводами питания усилителя и защитный диод от переполюсовки. Максимальный ток нагрузки этого транзистора до 100 мА, максимальное напряжение до 36 вольт.

Рис. 3 Цоколёвка TL431.

Теперь на примере простой схемы, изображенной на рисунке 4, разберём, как это всё работает. Мы уже знаем, что внутри микросхемы имеется встроенный источник опорного напряжения – 2,5 вольт. У первых выпусков микросхем, которые назывались TL430 – напряжение встроенного источника было 3 вольта, у более поздних выпусков, доходит до 1,5 вольта.

Значит для того, чтобы открылся выходной транзистор, необходимо на вход (R) операционного усилителя, подать напряжение – чуть превышающее опорное 2,5 вольт, (приставку “чуть” можно опустить, так как разница составляет несколько милливольт и в дальнейшем будем считать, что на вход нужно подать напряжение равное опорному), тогда на выходе операционного усилителя появится напряжение и выходной транзистор откроется.

Если сказать по простому, TL431 – это что то типа полевого транзистора (или просто транзистора), который открывается при напряжении 2,5 вольта (и более), подаваемого на его вход. Порог открытия-закрытия выходного транзистора здесь очень стабильный из-за наличия встроенного стабильного источника опорного напряжения.

Рис. 4 Схема на TL431.

Из схемы (рис. 4) видно, что на вход R микросхемы TL431, включен делитель напряжения из резисторов R2 и R3, резистор R1 ограничивает ток светодиода. Так как резисторы делителя одинаковые (напряжение источника питания делится пополам ), то выходной транзистор усилителя (ТЛ-ки) откроется при напряжении источника питания 5 вольт и более ( 5/2=2,5).

На вход R в этом случае с делителя R2-R3 будет подаваться 2,5 вольт. То есть светодиод у нас загорится (откроется выходной транзистор) при напряжении источника питания – 5 вольт и более. Потухнет соответственно при напряжении источника менее 5-ти вольт.

Если увеличить сопротивление резистора R3 в плече делителя, то необходимо будет увеличить и напряжение источника питания больше 5 вольт, для того, что-бы напряжение на входе R микросхемы, подаваемое с делителя R2-R3 опять достигло 2,5 вольт и открылся выходной транзистор ТЛ-ки.

Получается, что если данный делитель напряжения (R2-R3) подключить на выход БП, а катод ТЛ-ки к базе или затвору регулирующего транзистора БП, то изменением плеч делителя, например изменяя величину R3 – можно будет изменять выходное напряжение данного БП, потому что при этом будет изменяться и напряжение стабилизации ТЛ-ки (напряжение открытия выходного транзистора) – то есть мы получим управляемый стабилитрон. Или если подобрать делитель не изменяя его в дальнейшем – можно сделать выходное напряжение БП строго фиксированным при определённом значении.

Вывод; – если микросхему использовать как стабилитрон (основное её назначение), то мы можем с помощью подбора сопротивлений делителя R2-R3 сделать стабилитрон с любым напряжением стабилизации в пределах 2,5 – 36 вольт (максимальное ограничение по “даташиту”).
Напряжение стабилизации в 2,5 вольта – получается без делителя, если вход ТЛ-ки подключить к её катоду, то есть замкнуть выводы 1 и 3.

Тогда возникают ещё вопросы.

можно ли например заменить TL431 обычным операционником? – Можно, только если есть желание конструировать, но необходимо будет собрать свой источник опорного напряжения на 2,5 вольт и подать питание на операционник отдельно от выходного транзистора, так как ток его потребления может открыть исполнительное устройство. В этом случае можно сделать опорное напряжение какое угодно (не обязательно 2,5 вольта), тогда придётся пересчитать сопротивления делителя, используемое совместно с TL431, чтобы при заданном выходном напряжении БП – напряжение подаваемое на вход микросхемы было равно опорному. Ещё один вопрос – а можно использовать TL431, как обычный компаратор и собрать на ней, допустим, терморегулятор, или что то подобное?

– Можно, но так как она отличается от обычного компаратора уже наличием встроенного источника опорного напряжения, схема получится гораздо проще. Например такая;

Рис. 5 Терморегулятор на TL431.

Здесь терморезистор (термистор) является датчиком температуры, и он уменьшает своё сопротивление при повышении температуры, т.е. имеет отрицательный ТКС (Температурный Коэффициент Сопротивления). Терморезисторы с положительным ТКС, т.е. сопротивление которых при увеличении температуры увеличивается – называются позисторы.

В этом терморегуляторе при превышении температуры выше установленного уровня (регулируется переменным резистором), сработает реле или какое либо исполнительное устройство, и контактами отключит нагрузку (тэны), или например включит вентиляторы в зависимости от поставленной задачи.

Эта схема обладает малым гистерезисом, и для его увеличения, необходимо вводить ООС между выводами 1-3, например подстроечный резистор 1,0 – 0,5 мОм и величину его подобрать экспериментальным путём в зависимости от необходимого гистерезиса.

Если необходимо, чтобы исполнительное устройство срабатывало при понижении температуры, то датчик и регуляторы нужно поменять местами, то есть термистор включить в верхнее плечо, а переменное сопротивление с резистором – в нижнее.

И в заключении, Вы уже без труда разберётесь, как работает микросхема TL431 в схеме мощного блока питания для трансивера, которая приведена на рисунке 6, и какую роль здесь играют резисторы R8 и R9, и как они подбираются.

Рис. 6 Мощный блок питания на 13 вольт, 22 ампера.

TL431C (TO-92)

Корпус: TO-92

Микросхема TL431C представляет собой параллельный стабилизатор напряжения (регулируемый стабилитрон).

В отличие от обычного стабилитрона, TL431 имеет выводы не только анода и катода, но и входа управления опорным напряжением. Здесь под анодом понимается электрод, на который подается минус стабилизируемого напряжения (как у обычных стабилитронов).

Невысокая цена и большие фукциональные возможности позволяют широко использовать микросхему TL431C в различных блоках питания и узлах аппаратуры как источник опорного напряжения либо регулируемый стабилитрон. Подавая на управляющий вход напряжение с резистивного делителя, включенного между анодом и катодом, можно изменять напряжение стабилизации от 2,5 до 36 В.

Назначение выводов TL431C:

1
REF
Управление

2
Anode
Анод (-)

3
Cathode
Катод (+)

Условное обозначение м/с TL431C:

Структурная схема стабилизатора TL431C:

Ссылки:

Более подробные параметры регулируемого стабилитрона TL431C со схемами включения и графиками работы приведены в файле документации ниже. Приведена также заводская документация микросхемы К1242ЕР1АП (аналог TL431C) производства “Интеграл”.

Основные параметры стабилизатора TL431C:

Параметр
не менее
не более

Напряжение стабилизации
2,5V
36V

Опорное напряжение (Vref)
2,44V
2,55V

допуск 2%

Рабочий ток
1mA
100mA

Входной ток (управления)
4µA

Динамическое сопротивление
0,5Ω

Предельно допустимые параметры

Напряжение катод-анод
37V

Ток катода
-100mA
150mA

Ток управления
-0,05mA
10mA