TL431是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源，也被稱為電壓調(diào)解器或三端取樣集成電路，它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref(2.5V)到36V范圍內(nèi)的任何值。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2Ω，因其性能好、價(jià)格低，因此廣泛應(yīng)用在各種電源電路中。
TL431
1.特點(diǎn)
可編程輸出電壓為36V
電壓參考誤差：±0.4% ，典型值@25℃(TL431B)
低動(dòng)態(tài)輸出阻抗，典型0.22Ω
負(fù)載電流能力1.0mA to 100mA
等效全范圍溫度系數(shù)50 ppm/℃典型
溫度補(bǔ)償操作全額定工作溫度范圍
低輸出噪聲電壓
2.功能框圖
TL431的封裝形式與塑封三極管9013等相同，如圖1a所示，同類產(chǎn)品還有圖1b所示的雙列直插外形的。它有3個(gè)引腳分別為：陰極(CATHODE)、陽極(ANODE)和參考端(REF)。分別簡(jiǎn)記為C、A、R，在電路中的符號(hào)如圖1(c)所示。圖2 為功能模塊示意圖。由圖可以看到，Vref是一個(gè)內(nèi)部為2.5V基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放的特性可知，只有當(dāng)REF端(同相端)的電壓非常接近Vref(2.5V)時(shí)，三極管中才會(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過三極管的電流將從1到150mA變化(該圖絕不是TL431的實(shí)際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只是用來分析功能)。
圖1 TL431封裝和電路符號(hào)
圖2 TL431功能模塊圖
3.工作原理
TL431它相當(dāng)于一只可調(diào)式齊納穩(wěn)壓管，輸出電壓由外部精密分壓電阻來設(shè)定。在圖3所示的電路中，當(dāng)R1和R2的阻值確定時(shí)，兩者對(duì)V0的分壓引入反饋，若V0增大，反饋量增大，TL431的分流也就增加，從而又導(dǎo)致V0下降。顯見，這個(gè)深度的負(fù)反饋電路必然在REF端的電壓等于基準(zhǔn)電壓處穩(wěn)定，此時(shí)V0=(1+R1/R2)Vref。選擇不同的R1和R2的值可以得到從2.5V到36V范圍內(nèi)的任意電壓輸出，特別地，當(dāng)R1=R2時(shí)，V0=5V。需要注意的是，在選擇電阻時(shí)必須保證TL431工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大于1mA。
圖3 TL431等效電路圖
TL431具體工作原理就是：當(dāng)輸入電壓增大，輸出電壓增大導(dǎo)致了輸出采樣增大，這時(shí)內(nèi)部電路通過調(diào)整使得流過自身的電流增大，這也就使得流過限流的電路增大，這樣限流電阻的壓降增大，而輸出電壓等于輸入電壓減限流電阻壓降增大使得輸出電壓減小，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。
4.應(yīng)用注意事項(xiàng)
(1)減小輸出噪聲
TL431的使用和穩(wěn)壓二極管的使用又十分相似，穩(wěn)壓二極管在電路中工作時(shí)，其自身會(huì)產(chǎn)生一種不規(guī)則的周期性噪聲，這種不規(guī)則的噪聲稱為齊納噪聲。盡管齊納噪聲的電平不高，但它卻是影響穩(wěn)壓二極管輸出特性的重要原因之一。并聯(lián)的電容就可以吸收穩(wěn)壓二要管的齊納噪聲，以改善穩(wěn)壓二極管的輸出特性。另外，并聯(lián)在穩(wěn)壓二極管上的電容還可以吸收電源的紋波，使得穩(wěn)壓二極管的輸出電壓更加平穩(wěn)。其次，當(dāng)穩(wěn)壓二極管與電容并聯(lián)使用時(shí)，由于電容的充電作用，會(huì)使穩(wěn)壓二極管輸出電壓的建立時(shí)間增加，使輸出電壓緩慢地上升，不過，這僅是接通電源瞬間的情況。正常工作時(shí)，穩(wěn)壓二極管的輸出電壓是完全穩(wěn)定的。但是，當(dāng)TL431與電容并聯(lián)，其選用的容量值不適合時(shí)，有時(shí)不但起不到好的作用，反而會(huì)產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象，這是因?yàn)榱鬟^TL431的電流和電容的容量有一定的關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)表明，如果用容量為0.01~3μF的電容器并聯(lián)在TL431上，很有可能使TL431產(chǎn)生振蕩，因此，當(dāng)TL431與電容并聯(lián)使用時(shí)，應(yīng)使TL431并聯(lián)的電容器值大于3μF或小于0.01μF,對(duì)此必須引起注意。但當(dāng)輸出電壓大于15V,IK大于10mA可完全避免振蕩的發(fā)生。實(shí)際應(yīng)用時(shí)要求并聯(lián)一個(gè)33uF/10V的鉭電容或者并聯(lián)一個(gè)47uF/16V的電解電容。
(2)注意電流大小
流過TL431的最小電流必須大于1mA，否則失去穩(wěn)壓性能，最大不能超過100mA，否則就會(huì)損壞TL431，所以限流電阻的選擇很重要。
(3)注意功耗
例如常見TO-92封裝的TL431最大功耗為0.7W，TL431在電路的實(shí)際消耗為P=Vo*I，Vo為輸出電壓，I為通過TL431的電流，因此，TL431只有在輸出不超過5V時(shí)才可輸出140mA電流，輸出電壓為7V時(shí)，只能輸出100mA電流，這是因?yàn)槭芄南拗频木壒省３Ｒ?guī)功耗為0.5~1.2W，當(dāng)其在高溫、高壓或大電流條件下使用時(shí)，要注意通風(fēng)、散熱和安全性。
(4)注意取樣電阻R1和R2的選擇問題
取樣電阻的選材及布放，直接影響到穩(wěn)壓精度和溫度特性，因此必須選用溫度系數(shù)小、噪聲小、功率裕量大的同型號(hào)精密電阻。由公式Vo=2.5×(1+R1/R2)，取Vo最大為36V，可以計(jì)算出的R1/R2最大比值為13.4，即R1最大是R2的13.4倍。
由于TL431是有較高的開環(huán)增益且響應(yīng)速度快，當(dāng)取樣點(diǎn)(R1、R2的連接點(diǎn))離兩極較遠(yuǎn)時(shí)，電路容易產(chǎn)生超調(diào)自激，所以在使用時(shí)要引起注意。
(5)最小維持電流與最小陰極電壓
由于TL431的內(nèi)部基準(zhǔn)Vref是靠陰極電流維持，并且低于極間電壓，所以應(yīng)用時(shí)要注意：TL431的輸出極截止后，仍必須有大于0.2mA的陰極維持電流;當(dāng)輸出極“飽和”后，極間電壓仍至少大于2.2V。
本文總結(jié)了TL431的特點(diǎn)、工作原理以及使用注意事項(xiàng)。總而言之，TL431是一片設(shè)計(jì)精巧、應(yīng)用方便、性能可靠、性價(jià)比較高的穩(wěn)壓基準(zhǔn)，應(yīng)用前景廣闊。
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