Стабилитрон TL431: схема включения. Проверка мультиметром стабилизатора tl431 и схема включения Как работает управляемый стабилитрон

Электронный компонент tl 431 - это одна из интегральных микросхем, чьё производство поставлено на массовый поток, начиная, с 1978 года. Она широко используется в большинстве компьютерных блоков питания, телевизоров и другой бытовой технике в качестве прецизионного программируемого источника опорного напряжения. На практике сложилось несколько схем включения tl431.

Устройство электронного элемента

Микросхема обладает простой конструкцией, состоящей из следующих элементов: корпуса, операционного усилителя (ОУ), выходного tl431 транзистора, а также источника опорного напряжения. Особенностью этой микросхемы является то, что она выполняет функции стабилитрона.

Источник опорного напряжения на 2.5 вольта, обладающий высокой стабильностью, подключается к инверсному входу ОУ (-), эмиттеру транзистора и землёй с помощью двух общих точек в цепь опорного напорного также включён кремниевый диод. Он предназначен для предотвращения создания обратного тока и защищает от переполюсовки. Прямой вход ® предназначен для приёма сигнала с других плат, а также питания усилителя. Он подключается через диод к коллектору транзистора также через общую точку. Выход ОУ подключён к базе транзистора.

Следует помнить, что транзистор, используемый в микросхемах данной серии, способен выдержать нагрузки до 0.1 А и 36 В.

Принцип работы

Работа микросхемы основана на принципе превышения напряжения поданного на прямой вход ОУ над опорным. При U (напряжении на прямом входе) меньше или равным Vref (опорном напряжении на выходе) будет подобное низкое напряжение, из-за чего транзистор не откроется, а ток по цепи анод-катод не будет поступать. Как только U превысит Vref на выходе ОУ, образуется напряжение, способное открыть транзистор и заставить ток протекать от катода к аноду, что заставляет микросхему работать.

Цоколёвка tl341

TL 341 представляет собой трёхвыводную микросхему. Каждая ножка имеет собственное название 1 - reference (выход), 2 - anode (анод) и 3 - catode (катод).

На практике цоколёвка бывает различной и зависит от типа корпуса выбранного производителем при изготовлении изделия. TL431 выпускается в большом количестве разных корпусов, от древних TO-92 до современных SOT-23. Распиновка tl431 в зависимости от вида корпуса изображены на рисунке 3.

Аналогами tl431 отечественного производства являются микросхемы КР142ЕН19А и К1156ЕР5Т. К зарубежным аналогам можно отнести:

• KA431AZ;
• KIA431;
• HA17431VP;
• IR9431N;
• AME431BxxxxBZ;
• AS431A1D;
• LM431BCM.

Технические характеристики

Основными техническим характеристиками микросхемы tl 341 являются:

Из характеристик видно, что микросхему можно использовать при довольно обширном диапазоне напряжения, однако пропускная способность по току весьма невелика. Чтобы получить более серьёзные, к катодной цепи подключают мощные транзисторы, которые регулируют выходные параметры.

Схемы включения

Микросхема tl 431 представляет собой стабилитрон интегрального типа. Она обладает тремя схемами включения:

• на 2.48 В (1);
• на 3, 3 В (2);
• на 14 В.

Вариант 1: схема на 2,48 В.

Схема включения стабилитрона на 2.48 вольта оснащена одноступенчатым преобразователем. Среднее значение рабочего тока в подобной системе составляет 5.3 А. К выводу ref (цепь опорного напряжения) монтируется цепь, состоящая из двух параллельно соединённых резисторов (по 2.4 и 2.26 кОм). На эти резисторы предварительно подаётся напряжение равное 5 В, которое после прохождения цепи превращается в 2,48.

С целью повышения чувствительности стабилитрона применяются разнообразные модуляторы, в основном, дипольного типа с ёмкостью менее 3 пФ (пикофарад). Стабилитроны подключают к катоду.

Вариант 2: схема включения на 3,3 В.

В схеме включения на 3,3 В также используется одноступенчатый преобразователь и резистор на 1 кОм, подключённый к катоду. Перед сопротивлением ставится сторонний источник питания на 3 В. К выводу (ref) подключается конденсатор ёмкостью 10 нФ, соединённый с землёй. Анод в подобной схеме сажается напрямую на землю, а катодная и входная цепи соединяются двумя общими точками.

Проблемой этой схемы включения является большая вероятность возникновения короткого замыкания (КЗ). Для того чтобы снизить риск возникновения КЗ, после стабилитронов монтируют предохранитель.

Чтобы усиливать сигнал к выводу подключают специальные фильтры. В такой схеме включения средние показатели напряжения и тока составляют 5 В/ 3.5 А, а точность стабилизации менее 3%. Стабилитрон подключается через векторный переходник поэтому нужно подбирать транзистор резонного типа Средняя ёмкость модулятора должна составлять 4.2 пФ. Для увеличения проводимости тока можно использовать триггеры.

Независимые устройства на базе микросхемы

Эту микросхему используют в блоках питания телевизоров и компьютером. Однако на её базе можно составить независимые электрические схемы некоторыми, из которых являются:

• стабилизатор тока;
• звуковой индикатор.

Стабилизатор тока

Стабилизатор тока - это одна из самых простых схем, которые можно реализовать на микросхеме tl 341. Он состоит из следующих элементов:

• источника питания;
• сопротивления R 1, подключённого с помощью общей точки к + линии питания;
• шунтирующего сопротивления R 2 к - линии питания;
• транзистора, чей эмиттер подключён к - линии через резистор R 2, коллектор к выходу - линии, а база через общую точку к катоду микросхемы;
• микросхемы tl 341, чей анод подключён к - линии с помощью общей токи, а вывод ref включён в эмиттерную цепь транзистора также с помощью общей точки.

Основную роль в данной схеме выполняет шунтирующий резистор R 2, который за счёт обратной связи устанавливает значение, напряжение равное 2,5 В. Из-за этого выходной ток будет принимать следующий вид: I=2,5/R2.

Звуковой индикатор

Звуковой индикатор на базе tl 341 представляет собой простую схему, изображённую на рисунке 5

Такой звуковой индикатор можно использовать для отслеживания уровня воды в какой-либо ёмкости. Датчик представляет собой электронную схему в корпусе с двумя выводными электродами, изготовленными из нержавеющей стали, один из которых расположен на 20 мм выше другого.

В момент соприкосновения выводов датчика с водой происходит снижение сопротивления и осуществляется переход tl 341 в линейный режим через резисторы R 1и R 2. Это способствует появлению автогенирации на резонансной частоте и образованию звукового сигнала.

Проверка работоспособности с помощью мультиметра

Вопросом о том, как проверить tl431 с помощью мультиметра, задаются многие. Ответ на него достаточно прост для того, чтобы проверить микросхему tl341 или её модификации tl431a необходимо выполнить следующие действия:

1. Собрать простую тестовую схему с использованием микросхемы и ключа.
2. Замкнуть цепь переключателя и провести измерения. Мультиметр должен показывать значение опорного напряжения - 2,5 В.
3. Разомкнуть цепь и провести измерения. На дисплее измерительного прибора должно быть 5 В.

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.

Сразу оговорюсь, что данная статья не панацея. У кого-то это может не пройти.

Для начала я расскажу о TL431, и для чего она служит. TL431 это управляемый стабилитрон с помощью которого можно получить стабилизированное напряжения в широких пределах от 2,5 вольта до 36 вольт. Применяя эту микросхему можно сделать источник опорного напряжения для блоков питания, а также для различных измерительных схем.

Рисунок взят из даташита компании ON Semiconductor

Ниже приведены два варианта даташит для этой микросхемы

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

Цоколевка этой микросхемы наилучшим образом отображена в даташите компании ON Semiconductor

В даташите Texas Instruments обнаружена одна небольшая деталь

На всех рисунках есть одна надпись «top view» это переводится как «вид сверху» при невнимательном просмотре даташит, не зная, что это может обозначать, можно неправильно распаять на плате.

В одной из своих схем я применил микросхему TL431, и она оказалась неисправной. Поискав по форумам я нашел способ проверки этой микросхемы. А в некоторых местах я видел как вызванивают эту микросхему с помощью мультиметра но, увы, все это не то. Я тоже сначала попытался проверить мультиметром но сразу отложил в сторону это мероприятие. И решил попробовать проверить с помощью универсального тестера компонентов , который был ранее приобретен на алиэкспресс.

Во время проверки составил таблицу. Сначала проверил в режиме двухполюсника (если в таблице указаны два вывода, просто необходимо объединить оба вывода вместе).

Результаты измерения 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 измерения второго экземпляра.

Небольшая разница присутствует. Глядя на таблицу замечаешь определенную закономерность. Например, в 4 строке это фактически режим работы TL431 для получения 2,5 вольта. Но самое интересное режим измерения в режиме трехполюсника. В одном случае определяется как транзистор, а во втором случае как отсутствует деталь. Самое интересное в случае когда транзистор определяется: определятся транзистор структуры NPN, вывод REF определятся как эмиттер, анод как база, а катод как коллектор. Между REF и катодом диод катод, которого направлен в сторону катода.

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

Добрый день, друзья!

Сегодня мы с вами познакомимся с еще одной «железкой», которая используется в компьютерной технике. Она применяется не так часто, как, скажем, или , но тоже достойна внимания .

Что это такое – источник опорного напряжения TL431?

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

Можно рассматривать ее как регулируемый стабилитрон.

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

Стабилитрон – это такая штуковина, которая поддерживает (стремится поддержать) постоянное напряжение на нагрузке. «А зачем это нужно?» – спросите вы.

Дело в том, что микросхемы, из которых состоит компьютер – и большие и малые – могут работать лишь в определенном (не очень большом) диапазоне питающих напряжений. При превышении диапазона весьма вероятен выход их из строя.

Поэтому в (не только компьютерных) применяются схемы и компоненты для стабилизации напряжения.

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

Используя внешние цепи (резисторы) можно варьировать напряжение между анодом и катодом в достаточно широких пределах – от 2,5 до 36 В.

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

В компьютерных блоках питания существует источник дежурного напряжения + 5VSB.

Если вилка блока питания вставлена в сеть, оно присутствует на одном из контактов основного питающего разъема — даже если компьютер не включен.

При этом часть компонентов материнской платы компьютера находится под этим напряжением .

Именно с помощью него и происходит запуск основной части блока питания – сигналом с материнской платы. В формировании этого напряжения часто участвует и микросхема TL431.

При выходе ее из строя величина дежурного напряжения может отличаться — и довольно сильно — от номинальной величины.

Чем это может нам грозить?

Если напряжение +5VSB будет больше чем надо, компьютер может «зависать», так как часть микросхем материнской платы питается повышенным напряжением.

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

Он начинает копать в другом месте и тратит массу времени на поиск неисправности. А надо было просто измерить и напряжение дежурного источника!

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

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

Как проверить TL431?

«Прозвонить» эту микросхему как обычный стабилитрон нельзя.

Чтобы убедиться в ее исправности, нужно собрать небольшую схему для проверки.

При этом выходное напряжение в первом приближении описывается формулой

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

При замыкании кнопки S1 выходное напряжение будет иметь величину 2,5 В (опорное напряжение), при отпускании ее – величину 5 В.

Таким образом, нажимая и отжимая кнопку S1 и измеряя сигнал на выходе схемы, можно убедиться в исправности (или неисправности) микросхемы.

Проверочную схему можно сделать в виде отдельного модуля, используя 16-контактный разъем для DIP-микросхемы с шагом выводов 2,5 мм. Питание и щупы тестера подключаются при этом к выходным клеммам модуля.

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

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

Вот и все! Просто, не правда ли?

*Даташит – это справочные данные (data sheets) на электронные компоненты. Их можно найти поисковиком в Интернете.

С вами был Виктор Геронда. До встречи на блоге!

При ремонте была явная необходимость в первую очередь проверить исправность источника опорного напряжения, но не проверял, откладывал на потом и занимался тем, с чем можно было повременить. Понимал, что «туплю», но ничего поделать не мог. Тестера для проверки TL431 не было. В очередной раз подпаивать «на коленке» детальки проверочной схемы уже было невмоготу. И как не хотелось отвлекаться от начатого ремонта, но пришлось. Душу согревало, что в следующий раз, когда понадобиться проверить Т-эльку проблем не будет.

Схема электрическая тестера

В виртуальном пространстве интернета схем для такой проверки множество. Разницу между ними усмотрел в том, что одни сообщают - сигнализируют о исправности электронного компонента миганием - загоранием светодиодов, другие создают предпосылки для измерения напряжения на выходе, по величине которого и следует судить о исправности TL431. С одной стороны первые вроде как самодостаточны, в дополнение же ко вторым необходим вольтметр. С другой стороны первым нужно «верить на слово», вторые же сами ничего «не решают», а выдают объективную информацию для принятия решения. К тому-же вольтметр всегда под рукой. Выбрал второй вариант, он к тому же ещё и проще, «цена вопроса» - три постоянных резистора.

За подходящим корпусом, для помещения в него всего необходимого, дело не встанет, на сайте есть статья «Изготовление сетевой вилки с нестандартным корпусом». Начал с оборудования верхней крышки корпуса, для этого понадобились трёхвыводная панелька, кнопка нажимного действия и тетрадный лист в клеточку на котором был начерчен круг в соответствии с диаметром крышки и шилом намечены места установки панельки и кнопки. Вырезанный круг уже стал шаблоном, был помещён на крышку и на ней произведена шилом соответствующая разметка. Далее, тем-же шилом, были проколоты отверстия необходимого диаметра под контакты панельки и кнопки.

Так на верхнюю крышку установлены панелька и кнопка (их контакты загнуты изнутри и пропаяны оловом), на среднюю часть корпуса, в качестве разъёма питания, встал «тюльпан», на нижней крышке разместились штыри для подключения к мультиметру. То, что в качестве корпуса выступили некоторые части (две крышки и горлышко) пластиковой ёмкости (молочной бутылки) вероятно ясно и без пояснений.

Осталось с внутренней стороны крышки, на контактах панельки и кнопки смонтировать саму схему, в первую очередь установил три резистора, во вторую были припаяны все соединительные провода. Проводов получилось неожиданно много, тут спешить не надо - немудрено и перепутать.

В этот раз не стал для дополнительного крепления применять клей, а «посадил» всё на меленькие саморезы. По три штуки на каждом элементе. Так более ремонтопригодно, хотя и ремонтировать тут навряд ли, что-то понадобиться. Пробник собран, раз и на всегда. Осталось проверить его работу и соответственно исправность имеющихся в наличии источников опорного напряжения TL431.

Видео

Раз дело «выгорело» и пробник теперь есть, осталось помнить об этом и суметь в случае необходимости быстро его идентифицировать из числа других в таких, же корпусах, что лежат в предназначенной для этого коробке. А ещё нужно помнить, что рабочее напряжение пробника 12 вольт, что при не подключённом TL431 мультиметр будет показывать напряжение 10 вольт, при подключённом 5 вольт, а при нажатой кнопке 2,5 вольта и вдобавок правильно установить проверяемый компонент в панельку. А можно особо и не запоминать, а оформить соответствующим образом лицевую панель. Автор проекта: Babay iz Barnaula .

Обсудить статью ПРОВЕРКА ИСТОЧНИКА ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ TL431