tl431中文資料特性及應用
2010-03-03 13:09
1 tl431的簡介
德州儀器公司（ti）生產的tl431是乙個有良好的熱穩定性能的三端可調分流基準源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設定到從vref（2.5v）到36v範圍內的任何值（如圖2）。該器件的典型動態阻抗為0.2ω，在很多應用中可以用它代替齊納二極體，例如，數字電壓表，運放電路、可調壓電源，開關電源等等。
左圖是該器件的符號。3個引腳分別為：陰極（cathode）、陽極（anode）和參考端（ref）。tl431的具體功能可以用如圖1的功能模組示意。
上圖可以看到，vi是乙個內部的2.5v基準源，接在運放的反相輸入端。由運放的特性可知，只有當ref端（同相端）的電壓非常接近vi（2.5v）時，三極體中才會有乙個穩定的非飽和電流通過，而且隨著ref端電壓的微小變化，通過三極體 圖1 的電流將從1到100ma變化。當然，該圖絕不是tl431的實際內部結構，所以不能簡單地用這種組合來代替它。但如果在設計、分析應用tl431的電路時，這個模組圖對開啟思路，理解電路都是很有幫助的，本文的一些分析也將基於此模組而展開。
2. 恆壓電路應用
前面提到tl431的內部含有乙個2.5v的基準電壓，所以當在ref端引入輸出反饋時，器件可以通過從陰極到陽極很寬範圍的分流，控制輸出電壓。如圖2所示的電路，當r1和r2的阻值確定時，兩者對vo的分壓引入反饋，若v o增大，反饋量增大，tl431的分流也就增加，從而又導致vo下降。顯見，這個深度的負反饋電路必然在vi等於基準電壓處穩定，此時vo=(1+r1/r2)vref。選擇不同的r1和r2的值可以得到從2.5v到36v範圍內的任意電壓輸出，特別地，當r1=r2時，vo=5v。需要注意的是，在選擇電阻時必須保證tl431工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大於1 ma 。
當然，這個電路並不太實用，但它很清晰地展示了該器件的工作原理在應用中的方法。將這個電路稍加改動，就可以得到在很多實用的電源電路，如上圖.
3. 恆流電路應用
由前面的例子我們可以看到，器件作為分流反饋後，ref端的電壓始終穩定在2.5v，那麼接在ref端和地間的電阻中流過的電流就應是恆定的。利用這個特點，可以將tl431應用很多恆流電路中。
上圖是乙個實用的精密恆流源電路。原理很簡單，不再贅述。但值得注意的是，tl431的溫度係數為30ppm/℃，所以輸出恆流的溫度特性要比普通映象恆流源或恆流二極體好得多，因而在應用中無需附加溫度補償電路。
下面就介紹乙個用該器件為感測器電橋提供恆定偏流的電路，如上圖
這是乙個已連成橋路的矽壓感測器的前級處理電路。vref/r2的值應設為電橋工作所必要的恆定電流，該電流值通常會由感測器製造商提供。流經tl431陰極的電流由r1和電源電壓vs決定，在應用中通常讓它等於橋路電流，但一定要注意大於1ma。
由於tl431非常易於實現恆壓或恆流，而且有很好的溫度穩定性，因此很適合於儀表電路、感測器電路等設計應用。在此方面的應用例子很多，設計原理並不複雜，本文不再一一介紹。
4. 可控分流特性的應用
由第1節介紹的功能模組圖，當ref端的電壓有微小變化時，從陰極到陽極的分流將隨之在1～100ma內變化。利用這種可控分流的特性，可以用小的電壓變化控制繼電器、指示燈等，甚至可直接驅動音訊電流負載。如圖7是此應用的乙個簡單400mw單聲道功率放大電路。
5. 在開關電源上的應用
在過去的普通開關電源設計中，通常採用將輸出電壓經過誤差放大後直接反饋到輸入端的模式。這種電壓控制的模式在某些應用中也能較好地發揮作用，但隨著技術的發展，當今世界的電源製造業大多已採用一種有類似拓撲結構的方案。此類結構的開關電源有以下特點：輸出經過tl431(可控分流基準)反饋並將誤差放大，tl431的沉流端驅動乙個光耦的發光部分，而處在電源高壓主邊的光耦感光部分得到的反饋電壓，用來調整乙個電流模式的pwm控制器的開關時間，從而得到乙個穩定的直流電壓輸出。上圖是乙個實用的4w開關型5v直流穩壓電源的電路。該電路採用了此種拓撲結構並同時使用了topswitch技術。圖中c1、l1、c8和c9構成emi濾波器，br1和c2對輸入交流電壓整流濾波，d1和d2用於消除因變壓器漏感引起的尖峰電壓，u1是乙個內建mosfet的電流模式pwm控制器晶元，它接受反饋並控制整個電路的工作。d3、c3是次極整流濾波電路，l2和c4組成低通濾波以降低輸出紋波電壓。r2和r3是輸出取樣電阻，兩者對輸出的分壓通過tl431的ref端來控制該器件從陰極到陽極的分流。這個電流又是直接驅動光耦u2的發光部分的。那麼當輸出電壓有變大趨勢時，vref隨之增大導致流過tl431的電流增大，於是光耦發光加強，感光端得到的反饋電壓也就越大。u1在接受這個變大反饋電壓後將改變mosfet的開關時間，輸出電壓隨改變而回落。事實上，上面講述的過程在極短的時間內就會達到平衡，平衡時vref=2.5v，又有r2=r3，所以輸出為穩定的5v。這裡要注意的是，不再能通過簡單地改變取樣電阻r2、r3的值來改變輸出電壓，因為在開關電源中每個元件的引數對整個電路工作狀態的影響都會很大。按圖中所示引數時，電路可在90vac～264vac（50/60hz）輸入範圍內，輸出+5v，精度優於±3%，輸出功率為4w，最大輸出電流可達0.8a，典型變換效率為70%。 tl431就是npn管
tl431是目前應用極廣泛的器件。它的各項指標均很出色。
對於高手來說，tl431屬於很簡單的器件。但很多初學者仍一再的表示「不太明白」。
當筆者「終於明白之後」，才發現「tl431其實並不複雜」。
「專家、學者及高手們」對tl431的介紹，幾乎是相同的。也幾乎都是「複雜的」。
其實，tl431就是npn管。
它的「r、k、a」分別對應npn管的「b、c、e」。
它的各項引數如下：
β：1000－10000。
vc：2.5v－36v。放大區工作點範圍，同時也是極限值。
ic：1ma－100ma。同上。
pcm：500mw。極限值。
vbe：2.5v。極其敏感！高則飽合，低則截止。
ib：＜4μa。輸入阻抗極高。
溫度穩定性極好。
可以放大音訊訊號。
輸入特性曲線在2.5v處，直角轉彎。轉彎範圍約10mv。
輸出特性曲線極其水平。輸出阻抗極大。
目前僅推薦使用放大區。截止區與飽合區因無人研究，情況不明。
目前僅推薦使用「共射極方式」。「射極跟隨器方式」筆者個人認為可行。「共基極方式」因無人研究，情況亦不明。
因輸入特性幾乎垂直，故進入放大區的唯一方法是採用「電壓負反饋」法。
綜上所述：tl431與npn管在「共射極電壓負反饋」方式下，是沒有本質區別的。只是tl431的引數指標接近完美而已。
還可以更加通俗的理解tl431，那就是，它相當於4只npn三極體「基射相聯」組成的復合管。只是沒「溫漂」了。
說到這，就想給各位專家學者們提個建議了：直接以npn管圖示代替tl431圖示。不僅不矛盾，反而還有助於提高對tl431的理解。如果一定要區分二者，也可以在npn管的基極「根部」加乙個小方塊，來代表tl431。
筆者個人認為tl431目前的圖示，是「難以理解的、缺點明顯的」。
如果對三極體「十分熟悉」，那麼現在就應當對tl431也「相當熟悉」了。
所有資料上介紹的tl431應用電路，其實都與npn管的使用方法是相同的。
所以，不用再懷疑了。
tl431就是npn管。
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