Как проверить TL431

Заказал я себе немного тех самых TL431, а это не что иное как интегральная схема трёхвыводного регулируемого параллельного стабилизатора напряжения с улучшенной температурной стабильностью.

Даташит

Как я уже не однократно писал, радиоэлементы полученные с Алика, даже с проверенных магазинов, желательно проверять по получению.
Для проверки этого элемента можно собрать простенькую схему:

Результат работы схемы должен быть следующий: при таком положении кнопки SB1 как на схеме, на выходе должно быть 5В, при нажатой кнопке — 2,5В, так как судя по Даташиту опорное напряжение равно именно те 2,5В.

Реклама

150 штук Клеммные разьемы под обжимку Отзывы: ***хорошее качество и отличная цена!***

Реклама

Черный корпус из алюминия 100x76x35mm Отзывы: ***Очень быстрая доставка. Получил практически через 3 дня. Корпус выглядит хорошо.***

Собираем на макетке схемку и проводим измерения:

На входе 12В:

В исходном положении положенные 5В:

Вместо кнопки у меня перемычка и опорное напряжение 2,5В:

Вывод: все соответствует требованиям, это конечно не все, можно было бы заморочиться и проверить все параметры, которые указаны в документации, но в данном случае я не вижу в этом никакого смысла.

Когда-то встречал статью о возможности проверить TL431 c помощью универсального тестера, не помню всего, но общий смысл такой, в разных положениях проверяем микросхемку, а это именно микросхемка(!) и запоминаем что нам показывают и сравниваем с эталоном…

но я думаю собрать такую схемку намного проще и информативнее, хотя каждый решает для себя сам))

И на последок для чего я все это дело заказал:

Схема будет такой:

Реклама

Arduino Nano 3,0 Atmega328 Отзывы: ***Модули запакованы в антистатику, как обычно. Качество плат прекрасное, одно из лучших, полученых с Али. Работоспособность модулей проверил тестовым скетчем для работы с терминалом. Модули рабочие. ***

Реклама

1 шт. IR2153P , Самотактируемый полумостовой драйвер Отзывы: ***супер , доставка быстрая , все работает.***

Смысл схемы в отображении критического разряда батареи, куда применять — исходя из предыдущей статьи про перевод универсального тестера на литий, я вам не скажу)))

И первые тесты этой схемы:

Схема срабатывает очень четко(!), но есть одно НО, схема отказалась у меня работать с красным светодиодом, а вот с синим, который видно на картинках, работает отлично, пока не разобрался почему, но будем искать, синий мне не нравится. Так же еще потестирую в плане потребления тока, есть ли смысл ставить кнопку или приемлемо оставить постоянно включенным это устройство. Все это я расскажу в следующей статье)

Скажу одно есть в планах оснастить рад устройств таким индикатором и даже заказать платки у Китайских друзей, такого опыта у меня еще нет, если будет все подробно расскажу.

Узнаем как работает компаратор напряжения

Компаратор напряжения является довольно интересным устройством. Как он работает? Благодаря чему он может выполнять свои функции? Нельзя не отметить их значительную важность в многочисленных бытовых приборах, которые есть в большом количестве в каждом доме.

Общая информация

Чтобы управлять электронными схемами, используют большое количество различных устройств. Они позволяют разветвлять и настраивать сигналы. Чтобы сравнивать два различных импульса, используют компаратор. Что же он собой представляет? Компаратор напряжения – это устройство, которое занимается сравнением двух различных напряжений и силы тока, и на основании полученных данных он выдаёт конечный силовой сигнал. С его помощью указывается на большее полученное значение и указывается на соотношение полученных параметров. Устройство имеет две аналоговые вводные клеммы, что могут обрабатывать отрицательный и положительный сигнал. Также у них есть, подобно АЦП, один двоичный цифровой выход. На чем базируется его функционирование? Для обеспечения работы всегда создаётся компаратор напряжения на транзисторах.

Что применяется в современности

Первоначально широко использовались интегрированные компараторы напряжения. За характерные особенности их работы они назывались высокоскоростными. Для них требуется наличие дифференциального напряжения в рамках определённого диапазона, который значительно ниже, нежели напряжение в сети питания. Подобные приборы не допускали наличия внешних сигналов, которые выходили бы за установленные рамки. Современный аналогово-цифровой компаратор напряжения имеет транзисторный ввод. Как правило, потенциальный сигнал для него не должен превышать значение в 0,3 В. Часто можно встретить компаратор напряжения на микроконтроллере. Для таких случаев используется продукция компаний «Микрочип» и «Атмел». В случае если приходится иметь дело со стереокомпаратором (их ещё называют компараторами ультрабыстрого типа), то требуемый порог не превышает значения 0,2 В. Следует отметить, что величина используемого диапазона ограничена конкретным входным напряжением.

И это всё?

Конечно же, нет! Существует ещё компаратор напряжения на операционном усилителе. Он представляет собой прибор, у которого разница между входом и высоким сопротивлением сигнала чрезвычайно тонко сбалансирована. Благодаря этому они используются в тех случаях, когда необходимо обеспечить работу схем с небольшим напряжением. Также устройства, где используются операционные усилители, часто ещё называются видеоспектральным компаратором. Теоретически, оно может работать в конфигурации, где предусмотрено наличие открытого контура (то есть нет отрицательной обратной связи). Устройство в таких случаях используется как компаратор низкой производительности.

Какие недостатки есть у компараторов с операционными усилителями

Они имеют такие негативные моменты:

1. Так, основное их предназначение – это работа в линейном режиме, когда отсутствует отрицательная обратная связь. Также их особенностью является довольно значительный режим восстановления.
2. Практически у всех операционных усилителей есть конденсаторы внутренней компенсации, что ограничивают скорость нарастания значения выходного напряжения при генерации высокочастотных сигналов. Поэтому использование подобных схем приводит к незначительной задержке импульсов.
3. И напоследок – компаратор не обладает внутренним гистерезисом.

Из-за перечисленных недостатков использование устройства для управления разными схемами обходится зачастую без различных усилителей. Единственным исключением является использование генератора.

Использование

Работа компаратора напряжения часто применяется во время производственных процессов, где существует ограниченное выходное напряжение. Но при этом необходимо, чтобы оно хорошо взаимодействовало с цифровой логикой. Поэтому их часто можно встретить в разнообразных термических приборах. В качестве примера можно привести реле температуры, терморегулятор и прочее. Могут они использоваться и с целью сравнения сигналов и сопротивления для таких устройств, как стабилизатор, таймер и прочее. В бытовых устройствах их содержит едва ли не любая микросхема. Компаратор напряжения можно найти в микроволновой печи, духовке и многих иных современных образцах техники.

Принцип работы

Давайте пройдём весь путь логических «измышлений» данного устройства. Итак, первоначально на плюс-вход поступает аналоговый сигнал. Он называется неинвертируемым. Затем переносимся к выходу. Он называется инвертируемым и может высылать два разнополярных аналогичных сигнала. От чего зависит «принятое» устройством решение? Допустим, что аналоговый вход больше выхода. В таком случае нами будет получена логическая единица. Благодаря этому, допустим, будет включен открытый коллектор транзистора или же произведено иное действие с другим элементом схемы. И она начнёт выполнять возложенные на неё функции. В случае если аналоговый выход больше, нежели вход, устройство работает в режиме логического нуля и ничего не происходит. В таких ситуациях большую роль играет опорное напряжение компаратора.

И ещё немного об устройстве

Давайте уделим внимание двухпороговым и фазовым компараторам. В случае их применения практически всегда работа строится на воздействии на входы в рамках логических цепей. И их функционирование зависит от уровня сети питания. Можно сказать, что это довольно своеобразные элементы перехода сигнала от аналоговой к цифровой форме. Благодаря этому можно не уточнять неопределённость выходов сигнала. Почему? Дело в том, что компаратор всегда может обеспечить определённый захват петли гистерезиса.

Применение

Давайте же рассмотрим более детально, где и как они используются. Так, во многих домах есть компаратор напряжения для разряда аккумулятора на ноутбуке или телефоне, весы, датчики сетевого напряжения. Встретить их можно во множестве различных интегральных микросхем, где они используются с целью обеспечения контроля над входными импульсами. Благодаря этому поддерживается связь между источником сигнала и пунктом назначения. Часто применяется компаратор-регулятор (триггер) Шиммера. Этим существенным преимуществом является возможность работы в режиме многоканальности, когда можно сравнивать значительное количество сигналов. Он обеспечивает весьма широкий функционал (по сравнению со стандартными компараторами). Также эти устройства используются для визуального определения состояния поверхности, что обрабатывается. Для этих целей используется компаратор шероховатости.

Программирование

Компараторы используются в качестве составной части электрической схемы ШИМ. Но не только. Они могут быть применены и для написания отдельных программ или же их компонентов. Так, их часто используют, чтобы создавать java-коллекции. Что необходимо для этого? Вот небольшой список с ответами:

1. Первоначально следует позаботиться о среде разработки. Можно порекомендовать обратить внимание на Maven. В ней создаётся проект, и для него выбираются нужные компоненты.
2. Затем устанавливаются дополнительные утилиты, и следует начинать создавать новый файл. Имейте в виду, что прерывать процесс недопустимо. Также во время работы рекомендуется сохраняться на всех этапах работы.
3. Когда всё готово, нужно выставить требуемые настройки.
4. Затем нужно создать класс, что будет использоваться для проверки данных, а также их распределения по нужным ячейкам памяти. Класс используется также для сортировки определённой информации по конкретным параметрам и при надобности обеспечения их защиты.

Как выбрать устройство при покупке

Приобрести готовый компаратор представляется возможным в любом радиотехническом магазине. Цена же на него будет зависеть от выдвигаемых требований. В первую очередь необходимо определиться с назначением устройства. Затем внимание должен получить такой момент, как количество каналов. Также следует внимательно осмотреть устройство на предмет наличия внешних повреждений. Так, оно может пострадать во время транспортировки или же просто было выполнено некачественно.

Как проверить работоспособность компаратора напряжения

У многих начинающих радиолюбителей часто возникает вопрос, как узнать, можно ли использовать устройство. Для этого не нужно иметь какую-то сложную схему или устройство. Для этого достаточно использовать вольтметр. При этом на входы подаётся регулируемое напряжение и определяется, работает оно или нет. Не следует забывать и о том, что устройства часто содержат выходной транзистор. У них коллектор и эмиттер вроде «висят в воздухе». Поэтому необходимо обеспечить соответствующее подключение. В таком случае на инверсный вход подаётся опорное напряжение.

Заключение

Вот и был рассмотрен компаратор напряжения. Это полезное устройство позволит обеспечить работу для большого количества различных устройств. Компаратор позволит создать множество разных схем и значительно расширит поле деятельности радиолюбителя. Не следует ограничиваться уже существующими разработками. При этом необходимо научиться обеспечить работу компаратора с другими элементами.

Компаратор на tl431 с гистерезисом

На чтение 15 мин. Опубликовано 12.12.2019

TL431

ИМС параллельного стабилизатора напряжения TL431 можно с успехом использовать во множестве приложений, и, в частности, в качестве компаратора с гистерезисом. Для этого используется ее внутренний источник опорного напряжения и лишь нескольких дополнительных внешних компонентов. Этот компаратор с гистерезисом, подобный триггеру Шмитта, можно использовать в качестве простого монитора состояния аккумулятора (Рисунок 1). Верхнее пороговое напряжение V

T+ этого компаратора можно вычислить по формуле

где V_REF – напряжение внутреннего опорного источника ИМС TL431. Согласно спецификации, его типовое значение составляет 2.5 В.

Рисунок 1.	Параллельный стабилизатор с дополнительными компонентами, работающий как триггер Шмитта, включает светодиод, когда батарея полностью заряжена.

Если напряжение батареи выше, чем верхнее пороговое напряжение, на катоде ИМС TL431 установится низкий уровень, равный приблизительно 2 В. При этом транзистор Q₁ будет открыт, а светодиод LED₁ будет светиться. Нижний порог компаратора V_T– вычисляется как

Когда вследствие разряда напряжение на батарее окажется меньше нижнего порога V_T–, напряжение на катоде ИМС TL431 поднимется до уровня, равного напряжению батареи. Транзистор Q₁ выключится, а индикатор LED₁ погаснет. LED₁ включится снова только тогда, когда после зарядки батареи ее напряжение превысит верхнее пороговое напряжение компаратора.

Примечание редакции

Если необходимо, чтобы светодиод не загорался при включении устройства с интегрированным в него монитором, можно установить между коллектором и эмиттером транзистора Q₁ конденсатор емкостью 4.7…10 мкФ.

Для упрощения расчетов прилагается файл «Calculations rus.xls», который позволяется выполнить расчет пороговых напряжений по известным номиналам резисторов R₁ и R₂, или вычислить номиналы резисторов R₁ и R₂ в соответствии с необходимыми порогами срабатывания монитора.

Загрузки

Перевод: В.Рентюк по заказу РадиоЛоцман

Кен, как и планировал, провёл реверс-инжиниринг микросхемы по фотографиям, сделанным BarsMonster. Барс в статье упомянул своё общение с Кеном, но этой переводимой статьи тогда еще не было.

Фото кристалла интересной, но малоизвестной, микросхемы TL431, используемой в блоках питания, даёт возможность разобраться в том, как аналоговые схемы реализуются в кремнии. Несмотря на то, что схема на фото выглядит как какой-то лабиринт, сама микросхема относительно проста, и может быть исследована без большого труда. В своей статье я попытаюсь объяснить каким образом транзисторы, резисторы и другие радиодетали запакованы в кремний для выполнения своих функций.

Фото кристалла TL431. Оригинал Zeptobars.

TL431 является «программируемым прецизионным источником опорного напряжения» [1] и обычно используется в импульсных источниках питания для реализации обратной связи в случае, когда выходное напряжение слишком велико или, наоборот, мало. Используя участок цепи, называемый бандгапом (источник опорного напряжения, величина которого определяется шириной запрещённой зоны), TL431 предоставляет стабильный источник опорного напряжения в широком температурном диапазоне. На блок-схеме TL431 видны 2.5-вольтовый источник опорного сигнала и компаратор, но, глядя на фото кристалла, можно заметить, что внутреннее устройство микросхемы отличается от чертежа.

Блок-схема TL431, взятая из даташита.

У TL431 длинная история: он был выпущен еще в 1978 [2] году и с тех пор побывал во множестве устройств. Он помогал стабилизировать напряжение в блоке питания для Apple II, а сейчас используется в большинстве ATX блоков питания [3] и даже в зарядных устройствах для iPhone и прочих девайсов. И MagSafe-коннекторы, и адаптеры для ноутбуков, и микрокомпьютеры, LED драйверы, блоки питания для аудиотехники, видеоприставки, телевизоры [4]. Во всей этой электронике присутствует TL431.

Фотографии ниже показывают TL431 внутри шести различных БП. TL431 выпускается самых разных форм и размеров. Два наиболее популярных форм-фактора показаны ниже. [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 БП, использующих TL431. Верхний ряд: дешёвый 5-вольтовый БП, дешёвое ЗУ для телефона, ЗУ для Apple iPhone (на фото можно еще заметить GB9-вариацию). Нижний ряд: MagSafe адаптер, ЗУ KMS USB, Dell ATX БП (на переднем плане — оптопары)

Как же радиоэлектронные компоненты выглядят в кремнии?

TL431 очень простая микросхема, и вполне возможно понять её логику на кремниевом уровне пристальным изучением фото. Я покажу, каким же образом транзисторы, резисторы, перемычки и конденсаторы реализованы. А затем уже проведу полный реверс-инжиниринг данной микросхемы.

Реализация транзисторов различных типов

Микросхема использует как n-p-n, так и p-n-p биполярные транзисторы (в отличие от микросхем навроде 6502, в которых использовались MOSFET). Если вы изучали электронику в школе или в университете, вы возможно видели схему n-p-n транзистора (вроде той, что ниже), на которой показаны коллектор (обозначен как C), база (B) и эмиттер (E). Транзистор изображен в виде своеобразного бутерброда с P-слоем между двумя N-слоями, такое расположение слоёв характеризует транзистор как n-p-n. Однако, выясняется, что в микросхеме нет совершенно ничего схожего с этой схемой. Даже база находится не в центре!

Символьное обозначение и структура n-p-n транзистора.

На фотографии ниже можно рассмотреть один из транзисторов TL431. Цветовые различия в розовых и фиолетовых регионах вызваны разным легированием кремния, для формирования N и P областей. Светло-желтые области — металлический слой микросхемы, располагающийся поверх кремниевого. Такие области нужны для обеспечения возможности подключения проводников к коллектору, эмиттеру и базе.

В нижней части фотографии нарисовано поперечное сечение, примерно изображающее как конструируется транзистор. [6] Можно заметить, что на нём куда больше деталей, чем в n-p-n бутерброде из книг, Однако, если внимательно присмотреться, то в поперечном сечении под эмиттером (E) можно найти то самое n-p-n, которое формирует транзистор. Проводник эмиттера соединяется с N+ кремнием. Под ним располагается P-слой, подключенный к контакту базы. Еще ниже — слой N+, соединенный с коллектором (не напрямую). [7] Транзистор заключен в P+ кольцо для изоляции от соседних компонентов. Так как большинство транзисторов в TL431 принадлежат к n-p-n типу, то, после того как разобрались в первый раз, их очень просто находить на фотографии и определять нужные контакты.

n-p-n транзистор из фотографии кристалла TL431, и его структура в кремнии.

Выходной n-p-n транзистор намного больше остальных, так как ему необходимо выдерживать полную нагрузку по току. Большинство транзисторов работает с микроамперами, а этот выходной транзистор поддерживает ток до 100 миллиампер. Для работы с такими токами он и сделан более крупным (занимает 6% всего кристалла), и имеет широкие металлические коннекторы на эмиттере и коллекторе.

Топология выходного транзистора сильно отличается от других n-p-n транзисторов. Он создаётся, так сказать, боком, планарная структура вместо глубинной, и база располагается между эмиттером и коллектором. Металл слева подсоединён к десяти эмиттерам (синеватый кремний N-типа), каждый из которых окружен розовым P-слоем, который является базой (средний проводник). Коллектор (правая часть) имеет только один большой контакт. Проводники эмиттера и базы образуют вложенную «гребёнку». Обратите внимание, что металл коллектора становится шире сверху вниз для того, чтобы поддерживать большие токи на нижней части транзистора.

Транзисторы p-n-p типа имеют совершенно другое строение. Они состоят из округлого эмиттера (P), окруженного кольцом базы (N), которую, в свою очередь, обступает коллектор (P). Таким образом, получается горизонтальный бутерброд, вместо обычной вертикальной структуры n-p-n транзисторов. [8]

Схема снизу показывает один из таких p-n-p транзисторов, а поперечное сечение изображает кремниевую структуру. Стоит отметить то, что хотя металлический контакт для базы находится в углу транзистора, он электрически соединен через N и N+ области с активным кольцом, пролегающим между коллектором и эмиттером.

Структура p-n-p транзистора.

Реализация резисторов в микросхеме

Резисторы являются ключевым компонентом почти в любой аналоговой схеме. Они реализованы как длинная полоса легированного кремния. (Похоже, что в этой микросхеме использовался кремний P-типа). Различные сопротивления достигаются использованием различной площади материала — сопротивление пропорционально площади.

Снизу заметно три резистора — их формируют три длинных горизонтальных полоски кремния. Желтоватые металлические проводники проходят через них. Места соединения металлического слоя и резистора выглядят как квадраты. Расположение этих контактов и задаёт длину резистора и, соответственно, его сопротивление. К примеру, сопротивление нижнего резистора немного больше остальных потому, что контакты расположены на большем расстоянии. Верхние два резистора объединены в пару металлическим слоем сверху слева.

Резисторы.

Резисторы в микросхемах имеют очень плохой допуск — сопротивление может различаться на 20% между микросхемами из-за вариаций в производственном процессе. Очевидно, что это серьезная проблема для таких точных микросхем, как TL431. Поэтому TL431 спроектирован таким образом, что важной характеристикой является не конкретное сопротивление, а отношение сопротивлений. Конкретные значения сопротивлений не сильно важны, если сопротивления меняются в одной пропорции. Вторым методом уменьшения зависимости от эффекта изменчивости является сама топология микросхемы. Резисторы располагаются на параллельных дорожках одинаковой ширины для снижения эффекта от любой асимметрии в сопротивлении кремния. Кроме того, они размещены рядом друг с другом для минимизации отклонений в свойствах кремния между разными частями микросхемы. Помимо всего этого, в следующей главе я расскажу о том, как перед корпусированием кристалла можно настроить сопротивления для регулирования производительности микросхемы.

Кремниевые перемычки для настройки сопротивлений

Вот чего я не ожидал в TL431, так это перемычек для подстройки сопротивлений. Во время производства микросхем эти перемычки могут быть удалены для того, чтобы отрегулировать сопротивления и повысить точность микросхемы. На некоторых более дорогих микросхемах есть сопротивления, которые могут быть удалены лазером, просто выжигающим часть резистора перед корпусированием. Точность настройки таким методом куда выше чем у перемычек.

Цепь с перемычкой показана на фото снизу. Она содержит параллельных два резистора (на фото они выглядят как один элемент) и перемычку. В обычном состоянии, эта перемычка шунтирует резисторы. При изготовлении микросхемы, её характеристики могут быть замерены, и если требуется большее сопротивление, то два щупа подсоединяются к площадкам и подаётся высокий ток. Этот процесс сжигает перемычку, добавляя немного сопротивления цепи. Таким образом, сопротивление всей схемы может быть немного подкорректировано для улучшения характеристик микросхемы.

Перемычка для настройки сопротивления

Конденсаторы

TL431 содержит всего два внутренних конденсатора, но они выполнены в двух совершенно разных манерах.

Первый конденсатор (под текстом «TLR431A») сформирован обратносмещенным диодом (красноватые и фиолетовые полосы). У инверсного слоя в диоде есть ёмкостное сопротивление, которое может быть использовано для формирования конденсатора (подробнее). Главное ограничение такого типа конденсаторов в том, что ёмкостное сопротивление разнится в зависимости от напряжения, потому что меняется ширина инверсного слоя.

Конденсатор, образованный p-n переходом. Вендорная строка написана с помощью металла, нанесенного поверх кремния.

Второй конденсатор сконструирован совершенно другим методом, и больше похож на обычный конденсатор с двумя пластинами. Даже не на что поглядеть — он состоит из большой металлической пластины с подложкой из N+ кремния в качестве второй пластины. Для того чтобы уместиться рядом с другими частями цепи, он имеет неправильную форму. Данный конденсатор занимает около 14% площади кристалла, иллюстрируя то, что конденсаторы в микросхемах очень неэффективно используют пространство. В даташите упоминается, что оба конденсатора по 20 пикоФарад, но я не знаю насколько этому можно верить.

Конденсатор.

Реверс-инжиниринг TL431

Промаркированный кристалл TL431.

На схеме сверху выделены и поименованы элементы на кристалле, и затем перенесены на чертеж снизу. После всех разъяснений ранее, я думаю, структура любого элемента должна быть ясна. Три пина микросхемы подсоединены к площадкам «ref», «anode» и «cathode». Микросхема имеет один уровень металлизации (светло-желтый) для соединения компонентов. На чертеже сопротивление задаётся относительно неизвестного R. Наверное, 100 Ом вполне подходит, но я не знаю точного значения. Самым большим сюрпризом было то, что характеристики элементов сильно отличились от тех, что были опубликованы ранее в других схемах. Данные характеристики фундаментально сказываются на том, как в целом работает стабилитрон с напряжением запрещённой зоны. [9]

Чертеж TL431

Как работает микросхема?

Работа TL431 извне выглядит довольно незатейливо — если на контакт «ref» подаётся напряжение выше 2.5 вольт, то выходной транзистор проводит ток между катодом и анодом. В блоке питания это увеличивает ток, идущий к управляющей микросхеме (косвенно), и влечёт за собой уменьшение мощности БП, после чего происходит спад напряжения до нормального уровня. Таким образом, БП используют TL431 для того, чтобы стабильно держать необходимое выходное напряжение.

Наиболее интересная часть микросхемы это источник опорного напряжения, равного ширине запрещённой зоны. [10]. Ключевые элементы видны на фото кристалла: область эмиттера транзистора Q5 в 8 раз больше чем у Q4, поэтому два транзистора по-разному реагируют на температуру. Выходные сигналы с транзисторов объединяются через резисторы R2, R3, R4 в нужной пропорции для компенсации температурных эффектов, и формируют стабильный опорный сигнал. [11] [12]

Напряжения из стабилизированного по температуре бандгапа посылаются в компаратор, входом которого являются Q6 и Q1, а Q8 и Q9 управляют им. Наконец, выход компаратара проходит через Q10 для управления выходным транзистором Q11.

«Открываем» микросхему низко-технологичным методом

Получение фотографии кристалла микросхемы обычно требует её растворения в опасных кислотах, и фотографирование самого кристалла с помощью дорогого металлографического микроскопа. (Zeptobars описывал этот процесс здесь). Мне было интересно что получится, если я просто разломаю TL431 зажимными щипцами и взгляну на него в дешёвый микроскоп. В процессе я переломил кристалл пополам, но всё равно получил интересные результаты. На изображении виден большой медный анод внутри корпуса, который еще работает и как радиатор. Рядом с ним кристалл (по крайней мере, большая его часть), который был установлен на аноде внутри белого круга. Заметили, насколько сам кристалл меньше своего корпуса?

Корпус TL431, внутренний анод и большая часть от кристалла.

Используя простой микроскоп, я получил фото снизу. Несмотря на то, что, очевидно, я не получил такого же качественного снимка как у Zeptobars, структура микросхемы видна значительно лучше чем я ожидал. Данный эксперимент показывает, что вы можете проводить снятие корпуса микросхем и фотографирование кристалла даже не касаясь разных опасных кислот. Сравнивая свой снимок дешевого TL431, заказанного на eBay, с TL431, сфотографированного Zeptobars, вижу их идентичность. Так как его микросхема не совпадает с опубликованными чертежами, то я гадаю, не прекратили ли они в определенный момент производство того странного варианта микросхемы. Но думаю, что это предположение неверно.

Кусок кристалла, сфотографированный через микроскоп.

Заключение

На самом ли деле TL431 наиболее распространенная микросхема о которой не слышали люди? Нет надежного способа проверить, но я думаю что это хороший кандидат. Похоже, никто не публиковал данные, в которых другая микросхема была бы произведена в больших количествах. Некоторые источники утверждают что таймер 555 является наиболее распространенной микросхемой с миллиардными тиражами каждый год (не очень мне верится в такое большое число). Но TL431 точно располагается достаточно высоко в списке по распространенности. Вы, скорее всего, имеете TL431 в каком-то устройстве на расстоянии вытянутой руки прямо сейчас (ЗУ для телефона, адаптер питания для ноутбука, блок питания PC или монитора). Разница между 555 или 741 и TL431 в том, что эти микросхемы настолько широко известны, что уже стали чуть ли не частью поп-культуры — книги, майки и даже кружки. Но если вы не работаете с блоками питания, достаточно высоки шансы, что вы никогда и не слышали о TL431. Таким образом, я отдаю свой голос TL431 в такой странной номинации. Если у вас есть какие-то другие варианты микросхем, которые незаслуженно обошли вниманием, оставляйте комментарии.

Признательности

Снимки кристалла сделаны Zeptobars (за исключением моего). Чертёж и анализ основываются на работе Cristophe Basso [12] Кроме того, я значительно улучшил свой анализ с помощью дискуссий с Михаилом из Zeptobars и Visual 6502 group, в частности B. Engl.

TL431

ИМС параллельного стабилизатора напряжения TL431 можно с успехом использовать во множестве приложений, и, в частности, в качестве компаратора с гистерезисом. Для этого используется ее внутренний источник опорного напряжения и лишь нескольких дополнительных внешних компонентов. Этот компаратор с гистерезисом, подобный триггеру Шмитта, можно использовать в качестве простого монитора состояния аккумулятора (Рисунок 1). Верхнее пороговое напряжение V_T+ этого компаратора можно вычислить по формуле

где V_REF – напряжение внутреннего опорного источника ИМС TL431. Согласно спецификации, его типовое значение составляет 2.5 В.

Рисунок 1.	Параллельный стабилизатор с дополнительными компонентами, работающий как триггер Шмитта, включает светодиод, когда батарея полностью заряжена.

Если напряжение батареи выше, чем верхнее пороговое напряжение, на катоде ИМС TL431 установится низкий уровень, равный приблизительно 2 В. При этом транзистор Q₁ будет открыт, а светодиод LED₁ будет светиться. Нижний порог компаратора V_T– вычисляется как

Когда вследствие разряда напряжение на батарее окажется меньше нижнего порога V_T–, напряжение на катоде ИМС TL431 поднимется до уровня, равного напряжению батареи. Транзистор Q₁ выключится, а индикатор LED₁ погаснет. LED₁ включится снова только тогда, когда после зарядки батареи ее напряжение превысит верхнее пороговое напряжение компаратора.

Примечание редакции

Если необходимо, чтобы светодиод не загорался при включении устройства с интегрированным в него монитором, можно установить между коллектором и эмиттером транзистора Q₁ конденсатор емкостью 4.7…10 мкФ.

Для упрощения расчетов прилагается файл «Calculations rus.xls», который позволяется выполнить расчет пороговых напряжений по известным номиналам резисторов R₁ и R₂, или вычислить номиналы резисторов R₁ и R₂ в соответствии с необходимыми порогами срабатывания монитора.

Загрузки

Перевод: В.Рентюк по заказу РадиоЛоцман

Как регулируемый источник опорного напряжения TL431 работает с регулируемым стабилизатором, таким как LM317? : AskElectronics

Недавно я читал о регулируемом шунтирующем регуляторе TL431, и у меня возникла пара вопросов.

Во-первых, из того, что я могу понять из этой схемы в таблице данных (см. Https://imgur.com/a/U3tGTth), это операционный усилитель с выходом с открытым коллектором, с неинвертирующим контактом, подключенным к Вывод Vref корпуса и инвертирующий вход подключен к внутреннему 2.Ссылка 5V. Когда Vref выше 2,5 В, операционный усилитель насыщается на уровне катодного напряжения и начинает проводить через базу транзистора, что эффективно замыкает катод на анод. У меня такой вопрос, все говорят, что TL431 — это замена стабилитронов, а некоторые даже называют его программируемым стабилитроном. Однако, когда выходной транзистор является проводящим, не означает ли это, что между катодом и анодом TL431 есть только падение напряжения V BE (0,7 В, как у обычного кремниевого диода)? Потому что в случае стабилитронов они начинают проводить в обратном направлении выше напряжения стабилитрона, но напряжение на них является напряжением стабилитрона.

И, во-вторых, при создании чего-то вроде прецизионного источника 5 В с LM317 и TL431 (см. Второе изображение на imgur или техническое описание TI), насколько я понимаю, LM317 поддерживает постоянное напряжение 1,2 или 1,25 В между выходом OUT и Контакты ADJ, которые составляют основу обычной конфигурации (резистор между OUT и ADJ и еще один между ADJ и GND). Если вы подключите катод TL431 к выводу ADJ, а анод к GND, как на картинке, а Vref к средней точке делителя напряжения, это означает, что TL431 начинает проводить при 5 В.Я не совсем уверен, как он обеспечивает опорное напряжение 5 В, и еще больше сбивает с толку то, почему LM317 в этой конфигурации выводит напряжение на выводе ADJ (5 В) вместо 6,25 В (1,25 В на выходе выше вывода ADJ). Может ли кто-нибудь указать мне на более подробные объяснения того, как работают LM317 и TL431 и почему они работают именно так, как в этой конфигурации?

Спасибо.

Осциллятор TL431 — Личные блоги прежних версий — Личные блоги

Это не слишком серьезно.

Когда шабаз вел блог об использовании TL341 в качестве индикатора предупреждения о низком заряде батареи, я задавался вопросом, для чего еще вы могли бы использовать это устройство.Поскольку он включает в себя усилитель, не должно быть слишком сложно заставить его колебаться, так что я решил попробовать именно это. Посмотрим, смогу ли я извлечь из этого синусоиду.

Поскольку я делаю это просто для удовольствия, я собираюсь собрать схему без излишней детализации и посмотреть, что получится. Я бы не рекомендовал вам использовать это для чего-либо, хотя по целому ряду причин, не в последнюю очередь из-за высокого потребления тока.

Вот изображение макета, с которым я закончил

, а вот схема

Здесь используется LC-цепь для определения частоты.Конденсатор с ответвлениями [C1-C2] для обратной связи делает его генератором Колпитца.

Я совсем не был уверен в том, какой будет частотная характеристика усилителя в TL431, поэтому мне показалось, что безопаснее всего использовать довольно низкую частоту колебаний, что означало наличие довольно высоких значений для конденсаторов. и катушка. Я нашел пару старых пленочных конденсаторов 2,2 мкФ [так, 1,1 мкФ последовательно] и катушку индуктивности 4,7 мГн [17 Ом последовательное сопротивление], которые выглядели так, как будто их было достаточно, чтобы заставить меня работать, и которые было бы легко использовать на макетной плате.Теоретически это дает резонансную частоту 2,213 кГц, но схема немного сдвинется, потому что это частота, на которой сама LC-сеть выглядит реальной, в то время как критерий колебаний заключается в том, что фазовый сдвиг равен нулю градусов по всему периметру. петлю, в том числе небольшую задержку через регулятор. [Я думаю, что это правильно: если вы хотите провести мастер-класс, лучше попросите об этом одного из присутствующих здесь экспертов, а не меня; прошло очень много времени с тех пор, как я в последний раз сидел в лекционном зале.] На практике в моей схеме частота может быть выше или ниже, потому что катушка и конденсаторы будут иметь большой допуск по значениям.

Эта LC-сеть должна управляться усилителем регулятора, но нам также нужно следить за смещением постоянного тока всего устройства, поэтому я собираюсь сделать то же, что и вы, с JFET или биполярный транзистор и имеет нагрузку до источника питания. Это хорошее устройство, потому что через катушку может проходить ток для питания регулятора.

Далее мне нужно рассмотреть регулятор. Я собираюсь устроить это так, как если бы вы делали схему с общим затвором или общей базой с транзистором.Во-первых, я собираюсь смещать выход (катод) постоянным током на удвоенное напряжение опорного вывода, сделав два резистора R1 и R2 одинаковыми. Поскольку напряжение между анодом и эталоном установится до 2,5 В, это означает, что на катоде будет не менее 5 В (на практике больше, потому что мне придется поднять анод над землей, чтобы управлять им как Вход). Входное напряжение (переменного тока) на аноде будет приводить к тому, что разница между контактами 2 и 3 будет изменяться в противоположном смысле по сравнению с тем, как это было бы при работе в качестве регулятора (конденсатор 100 нФ на контакте 3 останавливает его перемещение), поэтому петля , вместо того, чтобы противодействовать изменению посредством отрицательной обратной связи, будет усиливать его положительной обратной связью, и, если повезет, мы должны увидеть колебания цепи.

Не уверен, что я объяснил это очень хорошо, но короткая версия заключается в том, что смещение постоянного тока установлено с отрицательной обратной связью [надеюсь, стабильно], а работа переменного тока — с положительной обратной связью [надеюсь, нестабильна, но хорошо управляемым способом] .

Работает? Э-э, да, вроде того! Здесь он колеблется

Вряд ли это самая чистая синусоида, которую вы когда-либо видели, но она старается изо всех сил. Я думаю, что мне еще предстоит пройти путь, прежде чем я смогу претендовать на звание дизайнера аналогов.

Вот БПФ с моего осциллографа — там много четных гармоник.

Работает ли это в симуляторе? Это произошло после того, как я дал ему первоначальный толчок [удерживая цепь LC при нулевом напряжении в начале с символом IC [Initial

Condition], который вы можете увидеть на схеме. Я также выбрал набор параметров моделирования, специально предназначенный для осцилляторов.

Вот колебания и формы сигналов тока источника питания:

Это измеренный средний ток питания для макетной платы, который в достаточной степени согласуется с приведенным выше.

Есть некоторые возможности для улучшения, если вы почувствовали желание поиграть с этим.

Наконец, вот отклик разомкнутого контура вокруг контура от симулятора. Это будет не очень точно, но хорошо показывает пик резонанса из-за LC-цепи и довольно резкое изменение фазы в этой точке [хотя вы можете видеть эффект сопротивления при гашении пика].

Если вы нашли это интересным и хотели бы видеть больше блогов, которые я написал, их список можно найти здесь:
https: // www.element14.com/community/people/jc2048/blog/2018/10/24/jc2048-blog-index

TL431 — источник опорного напряжения Австралия

TL431 — это трехконтактный программируемый диод шунтирующего стабилизатора. Этот монолитный источник опорного напряжения IC работает как низк …

Точную доставку можно рассчитать на странице просмотреть корзину (вход в систему не требуется).

Продукты весом более 0,5 кг могут стоить больше, чем указано (например, испытательное оборудование, машины, жидкости объемом> 500 мл и т. Д.).

Мы доставляем по всей Австралии с этими вариантами (зависит от конечного пункта назначения — вы можете получить расценки на странице просмотра корзины):

• 3 доллара США + для почтовых отправлений (обычно 5–9 рабочих дней, без отслеживания, доступно только для выбранных мелких товаров )
• $ 6 + для стандартной почты (обычно 4-6 рабочих дней, отслеживается)
• 10 долларов + для экспресс-почты (обычно 1-3 рабочих дня, отслеживается)
• Самовывоз — Бесплатно! Доступно только для клиентов, проживающих в регионе Ньюкасл (только после того, как мы отправим вам электронное письмо с уведомлением о том, что ваш заказ готов)

Адреса вне городских районов в WA, NT, SA и TAS могут занять 2+ дней в дополнение к указанной выше информации.

Некоторые батареи (например, LiPo) не могут быть доставлены по воздуху. Во время оформления заказа нельзя использовать Express Post и International Methods , если в вашей корзине для покупок есть аккумулятор такого типа.

Международные заказы — следующие расценки для Новой Зеландии и будут отличаться для других стран:

• 11 долларов США + за Pack and Track (3+ дня, отслеживается)
• 16 $ + для Express International (2-5 дней, отслеживается)

Если вы заказываете много снаряжения, стоимость пересылки будет увеличиваться в зависимости от веса вашего заказа.

Наш физический адрес ( здесь PDF , который включает другие ключевые бизнес-данные):

Unit 18, 132 Garden Grove Parade
Adamstown
NSW, 2289
Австралия

Взгляните на нашу страницу обслуживания клиентов , страницу , если у вас есть другие вопросы, такие как «выполняем ли мы заказы на покупку» (да!) Или «указаны ли цены с учетом GST» (да, это так!). Мы здесь, чтобы помочь — свяжитесь с нами , чтобы поговорить о магазине.

Реалистичная SPICE-модель для TL431: моделирование стабильности, шума, импеданса и производительности шунтирующего регулятора TL431

Линейные регуляторы

TL431 обычно используется для создания опорного напряжения или небольшого линейного шунтирующего стабилизатора.Его часто называют «программируемым стабилитроном». Хотя между TL431 и стабилитроном есть большая разница. Как и многие другие системы обратной связи, TL431 может колебаться при неправильной развязке.

Измерял производительность линейного стабилизатора напряжения на базе одного из клонов TL431. Очень скоро я понял, что у этого регулятора большой звон, при переходе на скачки тока. Такой ответ обычно соответствует проблемам стабильности и небольшому запасу по фазе. Я заглянул в таблицу производителя этой детали и не нашел информации, связанной с оценкой стабильности.К счастью, эта часть очень распространена. Итак, я вытащил техническое описание оригинального TI TL431 и понял, что есть ограничения на конденсаторы, которые следует использовать для развязки этого чипа. Он задается в форме «граничных условий стабильности» и зависит от напряжения, тока и емкости TL431.

Хотя «граничные условия стабильности» определяют область стабильной работы, в них ничего не говорится о том, что TI считает «стабильной работой». Это просто не колебание? Каков запас по фазе и пропускная способность системы в этих условиях? Без этой информации вы не сможете реально оценить переходные характеристики вашей системы.

Я решил провести SPICE-моделирование TL431, чтобы оценить стабильность. Я понял, что имеющиеся в наличии модели не очень хорошо представляют TL431.

Что есть в наличии?

Модель
1. TL431, входит в библиотеку PSPICE пакета CADENCE ALLEGRO. До вер. 16.3.

   Очень похожая модель включена в Spectrum Software Micro-Cap 9.

   На самом деле вы не можете использовать его для моделирования чего-либо, кроме базовой производительности постоянного тока. Фактически, вы можете заменить эту модель только подходящим источником напряжения и получить почти такое же качество моделирования.

   Я буду называть эту модель « OLD ».

2. Новая модель TI от 14.12.2009. Доступно на сайте TI.

   Очень похожая модель упоминается в «I n t u s o f t N e w s l e t t e r» № 43, август 1995 г., выпуск.

   http://www.intusoft.com/nlpdf/nl43.pdf

   Как указано в заголовке, он предназначен для моделирования переходных процессов и переменного тока.

   Эта модель довольно точно отображает коэффициент усиления / фазы TL431. Это означает, что вы можете более или менее точно оценить стабильность и переходные характеристики при использовании этой модели.

   Выходное сопротивление этой модели нереально. Это означает, что его не следует использовать для оценки степени подавления входного сигнала. Кроме того, он не имитирует шумовые характеристики TL431. Последние два параметра важны для некоторых приложений.

   Я буду называть эту модель « TI New ».

Модель
3. разработана Хельмутом Зенневальдом и доступна через репозиторий Yahoo LTSPICE group.

   Самая подробная публично доступная модель, позволяет моделировать постоянный и переменный ток, переходные процессы, шум и импеданс.Он также заявляет о реалистичном температурном режиме.

   Эта модель основана на схематическом чертеже из таблицы данных TI. Он хорошо подходит для работы на постоянном токе. Характеристики переменного тока относительно хорошие, но не хватает точности для максимального усиления (примерно на 6 дБ). Выходное сопротивление тоже не очень точное. Шумовая характеристика относительно реалистична, но показывает меньше мерцания на низких частотах, чем данные TI. Точность температурного дрейфа не оценивалась, поскольку меня не интересовали такого рода моделирование.

   Я буду называть эту модель « Helmut ».

   Хотя модель «Гельмута» — единственная, которая показывает более или менее приемлемые результаты, меня не удовлетворила ее точность. Это убедило меня создать 4-ю и самую точную модель TL431.

4. Модель разработана Евгением Двоскиным. Насколько мне известно, это наиболее точная модель. Это позволяет моделировать характеристики постоянного и переменного тока, переходных процессов, шума и выходного сопротивления микросхемы TI TL431.Эта модель показывает наиболее реалистичную производительность и наиболее близко соответствует данным из таблицы.

   Я буду называть эту модель « Евгений ».

Мы продолжим разработку, анализ и оценку модели «Евгений» TL431.

Комментарии

MOSFET + TL431 = линейный стабилизатор напряжения LDO

Стабилизатор напряжения Ideal LDO

LDO = низкий отсев

Идеальный линейный стабилизатор напряжения с малым падением напряжения 😉

Такой популярный трехконтактный стабилизатор напряжения, как LM317 (техническое описание), рассчитан на работу при минимальном напряжении 3 В на кристалле.Этот скромный параметр даже не указан прямо в таблице данных: я обнаружил, что он указан только как «условия измерения» для опорного напряжения Min / Typ / Max. Остальная часть документа предполагает еще более высокое напряжение: «Если не указано иное, VIN — VOUT = 5V».

Что-то внутри меня протестует против потери более 3 Вольт на глупом транзисторе, который делает только это: нагревает всю конструкцию. Популярное решение этой проблемы — импульсные блоки питания — мы здесь не рассматриваем из-за шума, который они производят.Конечно, есть способы уменьшить шум. Но … как гласит древняя мудрость: «Он не борется с , следовательно, он непобедимый в мире».

Корни идеи

Основная идея компоновки, обсуждаемая в этой статье, была вдохновлена ​​одним из многих таблиц на TL431. Посмотрите, как National Semiconductor / TI предлагает нам использовать это крошечное украшение:

Vo ~ = Vref * (1 + R1 / R2)

По моему скромному мнению, предложенная компоновка не имеет реальных преимуществ перед обычными деталями, такими как 7805 или LM317.Минимальное падение напряжения здесь вряд ли может быть меньше 2 вольт. Кроме того, нет защиты от перегрузки по току или перегрева. Единственное возможное преимущество по сравнению с 3-контактными регуляторами: максимальный ток может быть увеличен настолько, насколько это необходимо.

Эволюция идеи

Недавно я столкнулся с необходимостью стабилизировать 12,6 В на токе 2 А от вторичной обмотки трансформатора 12 В 5 А. С точки зрения мощности это было хорошо. Единственная проблема заключалась в том, что пульсации напряжения вместе с потерями на выпрямителях оставляли мне, скажем, вольт или два максимума для потерь на регуляторе.

Какой активный компонент может действовать как регулятор с пониженным напряжением? MOSFET: современные силовые устройства имеют RdsON не более нескольких миллиОм. При токе всего несколько ампер — мы теряем всего несколько милливольт через устройство.

Прямая замена Darlington из схемы, приведенной выше, не принесет нам никакой пользы. Пороговое напряжение силовых полевых МОП-транзисторов может составлять от 3 до 5 вольт для «обычных» устройств и все еще выше 1 вольт для «логических». Это напряжение будет определять минимально возможное падение на нашем регуляторе.

Было бы очень интересно попробовать либо DEPLETION MOSFET, либо J-FET в аналогичной схеме. К сожалению, достойных устройств питания этих типов нет. По крайней мере, ничего из того, что я знаю. ( Пожалуйста, поправьте меня и скажите, что я не прав! )

Решение

На помощь приходит дополнительный слаботочный блок питания. Он должен обеспечивать потенциал на несколько вольт выше входной положительной шины: этого будет достаточно, чтобы подтянуть затвор полевого МОП-транзистора вверх, чтобы открыть устройство.Поскольку ток через затвор полевого МОП-транзистора практически отсутствует, дополнительный источник питания должен подавать только несколько миллиампер тока на подтягивающий резистор.

Extreme LDO Regulator — скелет сорт.

Когда потенциал на сенсорном выводе TL431 становится ниже порогового значения 2,5 В по любой причине, которая снижает выходное напряжение, микросхема проводит меньший ток. Таким образом, он «ослабляет» затвор полевого МОП-транзистора, который поднимается выше за счет тока через этот подтягивающий резистор.Полевой транзистор начинает проводить больше тока и увеличивает выходную мощность, эффективно восстанавливая баланс.

В противоположном сценарии, когда по какой-либо причине выход (и его прямая производная — управляющий вывод TL431) становится выше, чем необходимо, схема работает аналогично. TL431 начинает проводить больше тока, опускает затвор полевого МОП-транзистора, уменьшая ток через его канал. Выход становится ниже.

Обратите внимание: несмотря на то, что некоторые люди склонны использовать TL431 в качестве компаратора, это действительно линейное устройство.

TL / LM431 — эквивалентная блок-схема

Реальность

В реальном устройстве я хотел иметь некоторую защиту в дополнение к плавкому предохранителю с задержкой срабатывания в первичной обмотке трансформатора. Таким образом, я решил пожертвовать примерно 0,5 Вольт, падающим на регулятор при нормальных условиях работы — и получить БЕЗОПАСНОСТЬ.

Кстати, падение напряжения могло бы быть намного меньше даже с защитой от сверхтока.Но такая схема прецизионной защиты несколько усложняется. Тем не менее, если вам когда-нибудь понадобится такое решение — давайте поговорим 😉

MOSFET + TL431 = линейный стабилизатор напряжения LDO высокого качества

30. января 2012: Проверено 🙂 Отлично работает!

При токах нагрузки выше 2А выпрямители мощности необходимо присоединить к радиатору. R8 = 0; C7 = 0.1 … 10 мкФ керамический или пленочный.

При отображении значений R5-R6-R7 выходное напряжение можно регулировать в пределах от 9 до 16 вольт. Конечно, реальный максимум определяется вторичными обмотками трансформатора.
Убедитесь, что R4 может выдерживать ток полной нагрузки: PmaxR4 ~ = 0,5 / R. Для этих конкретных спецификаций я бы взял R4 с номинальной мощностью 2 Вт.

Зачем вам это нужно?

Например: в проекте на основе вакуумной трубки для подачи нити в трубки с постоянным током.
Почему постоянный ток для немых обогревателей? Даже больше: такой точно стабилизированный постоянный ток?

1. Питание нагревателей постоянным током снижает утечку частоты сети или ее второй гармоники в тракт прохождения сигнала. Есть несколько способов, которыми гул попадает в сигнал через трубчатые нагреватели. На самом деле эта тема заслуживает отдельной обстоятельной статьи …
2. Мы хотим, чтобы напряжение, подаваемое на нагреватели, оставалось в пределах жестких допусков. Есть данные, показывающие, что превышение допустимого напряжения нагревателей на 10% может сократить срок службы трубки в десять раз.Примите во внимание допустимые отклонения в напряжении питающей сети примерно на 5% плюс допуски на трансформаторы от 5% до 10% и его выходную вариацию в конкретной конструкции в зависимости от фактической нагрузки …

Кстати ту же схему можно было использовать для питания нитей 6.3V. При условии, что трансформатор подает как минимум 6 В переменного тока (среднеквадратичное значение), а значение сопротивления R5 уменьшено до 5,6 кОм.

Возможные улучшения

Считайте, что этот стабилизатор напряжения LDO используется для подачи постоянного тока на нить накала термоэмиссионного клапана.В таком приложении желателен мягкий старт. Изменение, необходимое для получения плавной кривой запуска, будет чрезвычайно простым: используйте 1000 мкФ вместо C4 и добавьте сопротивление 1 кОм между положительным выходом моста удвоителя и выводом C4 «+».

Разрушенный миф о вакуумных трубках

Как я уже упоминал выше, трубчатые нагреватели с питанием от постоянного тока имеют несколько преимуществ. Однако могут быть и вполне реальные причины, объясняющие, почему некоторые «гуру» не любят постоянный ток на обогревателях.Это стоит отметить здесь, чтобы те, кто желает использовать регулятор LDO, описанный в этой статье, не попали в эти ловушки.

Давайте рассмотрим потенциально наихудший сценарий, когда кто-то хотел «модернизировать» существующий ламповый усилитель, установив выпрямитель и регулятор для нитей накала.

Вы не поверите, но в большинстве случаев трансформатор после такой вивисекции устройства становится перегруженным. Фактически, вторичная обмотка должна быть рассчитана на подачу переменного тока примерно в 1,8 раза больше постоянного тока на выходе выпрямителя.До такого «апгрейда» он, скорее всего, нормально работал при токах переменного тока чуть ниже своего номинала. После «апгрейда» скачки тока, заряжающие накопительный конденсатор, составят:

1. перегревают трансформатор;
2. вызывает новый и очень нежелательный шум в источнике высокого напряжения, особенно если устройство питалось от одного трансформатора для обоих нагревателей и B +.

Вместо заключения

Я бы не стал претендовать на патент на такую ​​принципиальную схему.Хотя несколько лет назад я сам пришел к этой идее, позже я видел, как похожие макеты использовались несколькими опытными дизайнерами в других местах. В этой статье я просто хочу поделиться с вами этим полезным шаблоном проектирования, друзья мои.

Читать дальше …

Обратный инжиниринг TL431: самый распространенный чип, о котором вы никогда не слышали

Фотография кристалла сложной, но малоизвестной микросхемы источника питания TL431 IC
дает довольно много информации о том, как аналоговые схемы используются в кремнии.
В то время как схема, представленная ниже, может, предположительно, и выглядеть фантастически как лабиринт, на самом деле микросхема довольно проста и не требует даже повторной инженерии с помощью короткого исследования. В этой статье объясняется, как транзисторы, резисторы и другие детали используются в кремнии для изготовления микросхемы, представленной ниже.

Фотография штампа TL431. Недавнее фото Zeptobars.

TL431 — это «программируемый прецизионный эталон» [1], который постоянно устаревает по потребляемой энергии переключения, а его конструкция обеспечивает решения, показывающие, является ли выходное напряжение слишком высоким или слишком низким.
За счет использования определенной схемы, известной как запрещенная зона, TL431 обеспечивает надежный источник опорного напряжения при огромной разнице температур.
Чертеж блока TL431 ниже показывает, что он имеет опорное напряжение 2,5 В и компаратор [1], но кристалл показывает, что внутренне он очень сильно отличается от чертежа блока.

Схема блока TL431 из даташита

TL431 имеет долгую историю; раньше он поставлялся в 1978 году [2] и с тех пор был ключевым фрагментом многих устройств.Это помогло отрегулировать энергоснабжение Apple II, и теперь оно устарело в большинстве источников энергии ATX [3], помимо зарядного устройства для iPhone
и других зарядных устройств.
Адаптер MagSafe и другие адаптеры для ПК потребляют его, помимо миникомпьютеров,
светодиодных драйверов,
источников энергии для звука,
видеоигр,
и телевизоров. [4]

На фотографиях ниже показано, что TL431 обеспечивает довольно много энергии. TL431 доступен во множестве различных форм и размеров; 2 наиболее модных показаны ниже.[5]
По всей вероятности, причина, по которой TL431 теперь не будет привлекать пристального внимания к басне о том, что он выглядит фантастически простым транзистором, а не микросхемой.

Шесть примеров энергии дает использование TL431. Верхний ряд: недорогой блок питания на 5 В, дешевое зарядное устройство для телефона, зарядное устройство для Apple iPhone (также вариант «GB9» в уменьшенном слева). Нижний ряд: адаптер питания MagSafe, зарядное устройство KMS USB, блок питания Dell ATX (с оптоизоляторами спереди)

Как компоненты используются в кремнии TL431

По той причине, что TL431 — довольно простая ИС, а сейчас нет, потому что вы, по-видимому, можете не забыть зарегистрировать, что происходит с кремниевой структурой, внимательно изучив ее.Я укажу, как используются транзисторы, резисторы, предохранители и конденсаторы, а затем обратное проектирование слоновой микросхемы.

Применение большого количества транзисторных форм в микросхеме

В микросхеме используются двухпереходные транзисторы NPN и PNP (в отличие от микросхем 6502, которые используют полевые МОП-транзисторы).
В то время как вы изучали электронику, вы потенциально считали схему NPN-транзистора, представленного ниже, показывая коллектор (C), исчезновение (B) и эмиттер (E) транзистора. Транзистор изображен в виде бутерброда. кремния P между двумя симметричными слоями кремния N; слои N-P-N сохраняют транзистор NPN.
Получается, что на микросхеме транзисторы выглядят ничего особенного. Исчезновение редко бывает по-настоящему даже в кишках!

Изображение и построение транзистора NPN.

На фото ниже показан один из самых транзисторов TL431, потому что он выглядит на микросхеме.
Множество малиновых и красных цветов — это области кремния, которые были легированы иным образом, образуя N- и P-области.
Беловато-желтые области — это металлический слой микросхемы над кремнием — они образуют провода, соединяющиеся с коллектором, эмиттером, и исчезают.

Под фотографией находится испорченный фрагмент рисунка, показывающий, как примерно устроен транзистор. [6] Сэндвич N-P-N, на который вы наткнетесь в книгах, намного больше, чем нужно, но если вы внимательно посмотрите на вертикальный испорченный фрагмент под буквой «E», вы, вероятно, сможете натянуть на него N-P-N, который формирует транзистор. Провод эмиттера (E) прикреплен к кремнию N +. Ниже находится слой P, связанный с исчезающим контактом (B). А под ним находится слой N +, связанный (косвенно) с коллектором (C).[7]
Транзистор окружен кольцом P +, которое изолирует его от соседних частей.
Так как большая часть транзисторов в TL431 — это NPN-транзисторы с этим зданием, то сейчас очень легко взять транзисторы и соединить коллектор, исчезнуть и эмиттер, если вы понимаете, на что смотреть.

Транзистор NPN из кристалла TL431 и его кремниевый корпус.

Выходной транзистор NPN в TL431 намного больше, чем у противоположных транзисторов, потому что он хочет иметь дело со слоновой современной нагрузкой инструмента.В то время как большинство транзисторов работают на микроамперах, этот транзистор поддерживает ток до 100 мА. В дополнение к этому современнику, он очень умный (занимает более 6% всей матрицы) и имеет широкие металлические связи с эмиттером и коллектором.

Структура выходного транзистора ужасно сильно отличается от противоположных NPN-транзисторов. Этот транзистор построен сбоку, с заглушкой между эмиттером и коллектором. Металлический элемент слева подключается к 10 эмиттерам (голубоватый кремний N), каждый из которых окружен розоватым кремнием P для исчезновения (сердечник).У коллекционера (прекрасного) один идеальный контакт. Эмиттерный и исчезающий провода образуют вложенные «пальцы». Поищите информацию о том, как металлический элемент коллектора станет шире сверху донизу, чтобы усилить более современную нижнюю часть транзистора.
Изображение ниже показывает деталь транзистора, а фотография кристалла показывает весь транзистор.

Крупным планом — современный выходной транзистор в микросхеме TL431.

Транзисторы PNP полностью состоят из довольно большой структуры транзисторов NPN.
Они включают в себя круглый эмиттер (P), окруженный обручем в форме исчезающего элемента (N), который окружен коллектором (P). Это формирует сэндвич P-N-P по горизонтали (по бокам), в отличие от вертикальной конструкции NPN-транзисторов. [8]

На схеме ниже показан один из самых мощных PNP-транзисторов в TL431, а также поврежденный фрагмент, показывающий кремниевый корпус.
Покажите, что, хотя металлический контакт для исчезновения находится на стержне транзистора, он электрически связан диаграммой областей N и N + с его острым кольцом между коллектором и эмиттером.

Построение PNP-транзистора в микросхеме TL431.

Как резисторы используются в кремнии

Резисторы — ключевой компонент аналогового чипа, напоминающего TL431. Они используются как протяженная полоса легированного кремния. (На этом чипе кажется, что P-кремний не подходит для резисторов.)
Разнообразные сопротивления достигаются за счет использования резистивных материалов большой длины: сопротивление пропорционально отношению масштаба к ширине.

На фото ниже видно три резистора на кристалле. Три длинные горизонтальные полоски представляют собой резистивный кремний, из которого состоят резисторы. Над резисторами исчезают желтовато-белые металлические проводники. Покажите квадратные контакты, как металлический слой прикреплен к резистору. Положения этих контактов позволяют рассчитывать на размер резистора и, следовательно, на сопротивление. Сопротивление резистора внизу немного больше по той причине, что контакты расположены немного дальше в сторону.Два резистора головки последовательно соединены металлом в верхнем левом углу.

Резисторы в TL431.

Резисторы в ИС имеют очень неудачный допуск — сопротивление может варьироваться на 20% от микросхемы к микросхеме из-за адаптации в процессе производства. Это явно говорит о делах для высокоточного чипа, представленного в TL431. Вот почему TL431 спроектирован таким образом, что основным параметром является соотношение сопротивлений, особенно R1, R2, R3 и R4.Пока все сопротивления изменяются в одном и том же соотношении, их точные значения не будут слишком сильными.
Двумерное продвижение чипа уменьшает количество вариаций в структуре чипа.
Резисторы расположены в параллельных полосах одинаковой ширины, чтобы уменьшить полосу любой асимметрии в сопротивлении кремния. Резисторы также закрываются вместе, чтобы уменьшить любые различия в свойствах кремния между довольно большим количеством частей микросхемы.
Рано или поздно следующий фрагмент покажет, как сопротивления также будут отрегулированы до того, как чип будет упакован, чтобы настроить производительность чипа.

Кремниевые предохранители для чистки резисторов

Одна из характеристик TL431, которую я не запрашивал, — это предохранители для подстройки сопротивлений. Во время возникновения стружки эти предохранители также перегорают, чтобы отрегулировать сопротивление, чтобы избежать потери большей точности стружки. Некоторые более дорогие микросхемы резисторов с лазерной подрезкой, конструкция лазера сжигает фрагмент резистора раньше, чем чип упакован, что дает больше возможностей для покупки часов, чем предохранителя.

На фото кристалла ниже показана одна из наиболее распространенных цепей предохранителей.Там может быть резистор с коротким замыканием (на самом деле два параллельных резистора), подключенный параллельно предохранителю. Обычно предохранитель вызывает шунтирование резистора. Во время создания также будут измерены характеристики чипа. Если требуется большее сопротивление, два щупа касаются контактных площадок и прикладывают высокий ток. Это может привести к перегоранию предохранителя и увеличению сопротивления цепи. Таким образом, сопротивление в конечной цепи также будет скорректировано для повышения точности микросхемы.

Подстроечный предохранитель в TL431.

Конденсаторы

TL431 содержит два конденсатора внутри, и они используются очень многими способами.

Первый конденсатор (под текстом TLR431A) представляет собой диод с обратным смещением (красноватые и красные полосы). Переход диода с обратным смещением имеет емкость, которая, кроме того, пригодна для изготовления конденсатора (отпечаток короткого замыкания).
Одним из ограничений этого типа конденсаторов является то, что емкость изменяется в зависимости от напряжения по причине изменения ширины перехода.

Конденсатор перехода в микросхеме TL431 с встречно-штыревыми PN переходами. Идентификационный номер кристалла нанесен на высоком металле.

Конденсатор 2d сформирован довольно разнообразным образом и представляет собой архаичный конденсатор с двумя пластинами. Может быть, не всегда есть мощный спрос: у него необычная металлическая пластина с кремнием N + внизу, работающим как 2d пластина. Форма неправильная, для сравнения с другими частями схемы.Этот конденсатор занимает около 14% кристалла, демонстрируя, что конденсаторы очень неэффективно занимают жилую площадь в интегральных схемах.
В таблице данных указано, что эти конденсаторы — каждые 20 пФ; Я сейчас не знаю, настоящая цена здесь или нет.

Конденсатор в микросхеме TL431.

Реконструкция микросхемы TL431

Матрица TL431 с маркировкой.

Чертеж выше обозначает части на кристалле TL431, помеченные в соответствии со схемой ниже.С самого начала диалога создание каждого компонента желает быть очевидным. Три контакта микросхемы связаны с контактными площадками «ref», «anode» и «cathode».
Микросхема имеет одинарный металлический (желтовато-белый) слой, соединяющий детали. Схема показывает сопротивления с точки зрения неизвестного ингредиента шкалы R; 100 & Ом; предположительно это реальная цена для R, но сейчас я не знаю точной цены.
Один гигантский удар от матрицы — это то, что значения компонентов очень сильно отличаются от значений на ранее опубликованных схемах.Эти значения в основном указывают на то, как работает эталонное напряжение запрещенной зоны. [9]

Схема интерьера TL431

Как работает микросхема

Внешне TL431 прост в эксплуатации. Если напряжение на входе вывода ref превышает 2,5 вольт, выходной транзистор проводит ток, создавая современную волну между выводами катода и анода. В энергоснабжении эта большая экономия в современном мире сигнализирует о том, что источник энергии покупает часы на кристалле (косвенно), заставляя его уменьшить энергию, которая, кроме того, будет передавать вспомогательное напряжение на заданный уровень.Таким образом, источник энергии использует TL431, чтобы купить надежное выходное напряжение.

Я немедленно дам краткое изложение того, как работает микросхема прямо здесь, и напишу подробное объяснение позже. Самым сложным фрагментом микросхемы является эталон напряжения запрещенной зоны с температурной компенсацией. [10] Основная часть справа здесь рассматривается кристаллом: транзистор Q5 имеет 8 экземпляров эмиттерного пространства как Q4, поэтому на 2 транзистора в противном случае влияет температура. Выходы этих транзисторов объединены R2, R3 и R4 в прекрасном соотношении, чтобы свести на нет результаты измерения температуры, образуя надежный эталон.[11] [12]

Напряжения из температурно-стабилизированной запрещенной зоны подаются в компаратор, который имеет входы Q6 и Q1; Q8 и Q9 принудительно запускают компаратор. Рано или поздно выход компаратора идет по диаграмме Q10, чтобы заставить выходной транзистор Q11.

Снятие крышки с TL431 — прогресс низких технологий

Чтобы получить общую фотографию кристалла ИС, необходимо растворить кристалл в небезопасных кислотах и ​​затем сфотографировать кристалл с помощью дорогостоящего металлургического микроскопа.(Zeptobars описывает свою работу прямо здесь). Я озадачился, с чем я, возможно, лучше откажусь, если удастся разбить TL431 с помощью плоскогубцев Vise-Grip и взглянуть на недорогой микроскоп.
Я сломал матрицу пополам в технике, но сайлент дал некоторые трудные результаты.
На изображении ниже показан один из лучших медных анодов в пучке, который действует как поглотитель тепла. Справа вот (большая часть) кристалл, который в целом закреплен на медном аноде, на котором изображен белый кружок.Покажите, насколько мощный кристалл меньше связки.

Связка TL431, внутренний анод и большая часть матрицы.

Использование обычного микроскопа
,
Я получил фото ниже. В то время как изображение теперь не будет такого же качества, как у Zeptobars, оно показывает устройство чипа лучше, чем я ожидал.
Этот эксперимент показывает, что можно предположить, что можно сохранить общую стадию снятия колпачка и изображения кристалла, не прибегая к небезопасным кислотам.
На этой фотографии я пойму, что TL431 по низкой цене, которые я заказал на eBay, похожи на те, что были сняты Zeptobars. Из-за того, что чип Zeptobars не соответствовал опубликованным схемам, я озадачился, если они закончили с ненормальным вариантом варианта чипа, но, по-видимому, теперь нет.

Фрагмент матрицы TL431, сфотографированный схемой микроскопа.

Заключение

Действительно ли TL431 является самой любимой микросхемой, о которой мы не слышали? Возможно, заранее не будет никаких сомнений, но я считаю, что сейчас это подходящий кандидат.
Никто не хочет публиковать файлы, на которых микросхемы производятся большими частями.
Некоторые источники указывают на то, что таймер 555 — это, по сути, самый популярный чип, который производится в миллиард в год (что кажется мне невероятно высоким). TL431 желает быть на вершине списка популярности —
вы потенциально можете подключить TL431 прямо сейчас (для зарядного устройства для телефона, адаптера питания ПК, блока питания ПК или песни).
Адаптация состоит в том, что микросхемы, напоминающие модели 555 и 741, настолько успешно идентифицированы, что представляют собой почти фрагмент поп-музыки с
книгами, футболками и даже кружками.
Но если вы не работали над энергоснабжением, скорее всего, вы не слышали никаких диаграмм о TL431.
Таким образом, TL431 получит мой голос в первую очередь за наиболее модную ИС, на которую люди не видят. Пока вы производите другие решения для микросхем, которые не спасают глаз, которого они заслуживают, оставьте комментарий.

Благодарности

Фотографии кристаллов сделаны Zeptobars (как антагонист фотографии, которую я сделал).
Схема и анализ полностью соответствуют работе
Cristophe Basso.[12]
Анализ был сделан на основе диалога с Михаилом из Zeptobars и сообществом Visual 6502, в частности с Б. Энгл.

Примечания и ссылки

[1]
По той причине, что TL431 имеет ненормальную непредвзятость, не существует частого имени для его беспристрастности. Разнообразные таблицы данных характеризуют его как «регулируемый шунтирующий стабилизатор», «программируемый прецизионный эталон»,
, «программируемый шунтирующий эталон напряжения»,
и «программируемый стабилитрон».

[2]
Я откопал немного истории о происхождении TL431 из Руководства по регулятору напряжения
компании Texas Instruments (1977).
Чип-предшественник, TL430, использовался в качестве регулируемого шунтирующего регулятора в 1976 году.
TL431 создавался как дополнение к TL430 с большей точностью и балансировкой и раньше был известен как регулируемый шунтирующий регулятор precision . TL431 был анонсирован как будущий продукт в 1977 году и выпущен в 1978 году.
Но все остальные будущие продукты, которые TI объявила в 1977 году, были TL432, которые раньше были «строительными блоками таймера / регулятора / компаратора». , содержащий источник опорного напряжения, компаратор и бустерный транзистор в одной связке.предварительный технический паспорт. Но когда вышел TL432, от реализации «строительных блоков» отказались. TL432 в конечном итоге оказался просто TL431 с надежно открытыми контактами, чтобы облегчить структуру печатной платы. техническая спецификация.

[3]
Современная энергия ATX предоставляет (например, экземпляр) обычно три TL431. Один обеспечивает решения для резервного источника энергии, другой — решения для основного источника энергии, а третий уже используется в качестве линейного регулятора для выхода 3,3 В.

[4]
Или теперь нетрудно заглянуть в поисках энергии переключения при условии, что не потребляет TL431.
Более ранняя коммутируемая энергия обеспечивает наиболее часто используемый стабилитрон в качестве источника опорного напряжения.
Самый ранний источник энергии Apple II обеспечивает стабилитрон в качестве источника опорного напряжения (Astec AA11040), но вскоре его заменили на TL431 в версии Astec AA11040-B.
Манекен B Commodore CBM-II превосходит TL430 в значительной степени по сравнению с TL431, что довольно много ненормально.
Уникальный блок питания IBM PC заменяет стабилитрон для справки (наряду со многими операционными усилителями). Более поздняя энергия ПК обычно передает ШИМ-контроллер TL494, который содержал эталонное напряжение сети и работал на вторичной стороне. Диверсифицированная энергия ATX обеспечивает замену SG6105, которая включает в себя два TL431 внутри.

Телефонные зарядные устройства в целом потребляют TL431. Недорогие подделки — исключение; и поэтому они потребляют стабилитрон довольно много, чтобы не тратить пару центов.Но все остальные исключения — это зарядные устройства, напоминающие зарядное устройство для iPad, которые потребляют многоуровневый закон и вообще не потребляют напряжения на выходе.
Прочтите мою статью об истории энергоснабжения, чтобы узнать больше.

[5]
TL431 присутствует в следующем количестве программ, чем я, возможно, запрошу.
На двух фотографиях изображен TL431 в причудливой транзисторной связке с тремя выводами (TO-92). На последних фотографиях отмечен комплект SOT23-3, установленный на скине.TL431 также доступен в программах для поверхностного монтажа с 4, 5, 6 или 8 контактами (SOT-89, SOT23-5, SOT323-6, SO-8 или MSOP-8), помимо Следующая связка представляет собой энергетический транзистор (TO-252) или 8-контактную связку IC (DIP-8).
(фото).

[6]
Для получения дополнительных сведений о том, как биполярные транзисторы используются в кремнии, существует множество источников.
Semiconductor Technology предоставляет соответствующий обзор построения NPN-транзисторов.
Basic Constructed-in Circuit Processing — это презентация, в которой очень подробно описывается изготовление транзисторов.
План Википедии также является фундаментальным.

[7]
Вы должны быть озадачены, почему существует различие между коллектором и эмиттером транзистора, когда простое изображение транзистора полностью симметрично. Каждое присоединение к N слою, так почему оно подчиняется? Как вы, вероятно, можете наткнуться на фотографии кристалла, коллектор и эмиттер в настоящем транзисторе очень много. В довершение к идеальному различию размеров, кремниевого легирования довольно много. Конечный результат испортится — транзистор может, по-видимому, быть отложен в сторону, если коллектор и эмиттер поменять местами.

[8]
PNP-транзисторы в TL431 представляют собой круглое здание, которое дает им необычайно много общего с NPN-транзисторами.
Круглый строительный паре для транзисторов PNP в TL431 показан в книге «Проектирование аналоговых микросхем» Ганса Камензинда, который раньше был мастером таймера 555. Пока вы в Интернете, чтобы узнать больше о работе аналоговых микросхем, я настоятельно рекомендую книгу Камензинда, в которой аналоговые схемы подробно объясняются без уменьшения, чем арифметические.
Загрузите бесплатный PDF-файл
или утилизируйте распечатанную модель
.

Развитие транзистора PNP также описано в разделе «Решения для полупроводниковых приборов».
«Диагностика и схема аналоговых встроенных схем» предоставляет подробные модели биполярных транзисторов и схемы, которые они производят в интегральных схемах.

[9]
Транзисторы и резисторы в кристалле, которые я исследовал в Интернете, очень много значений из значений, опубликованных в других Интернете. Эти значения в основном обозначают работу опорного напряжения запрещенной зоны.В частности, старые схемы
указывают R2 и R3 в соотношении 1: 3, а Q5 имеет 2 экземпляра пространства эмиттера как Q4.
Изучая фотографию кристалла, R2 и R3 равны, а Q5 имеет 8 экземпляров пространства эмиттера как Q4.
Эти соотношения в конечном итоге дают надежное ΔVbe. Чтобы искупить это, R1 и R4 довольно много между старыми схемами и фотографией кристалла. Я укажу на это подробно в более поздней статье, но подведем итог: Vref = 2 * Vbe + (2 * R1 + R2) / R4 ΔVbe, что составляет около 2,5 вольт. Покажите, что теперь имеет значение соотношение сопротивлений, а не их значения; это помогает противодействовать неудачным допускам резисторов в микросхеме.

Внутри кристалла Q8 состоит из двух параллельно включенных транзисторов. Возможно, я, вероятно, запрошу Q8 и Q9, чтобы они были похожи, чтобы изготовить сбалансированный компаратор, так что я не буду упускать из виду побуждение к этому. Мое главное убеждение заключается в том, что это увеличивает опорное напряжение до 2,5 В. Б. Энгл предполагает, что это может быть хорошо, кроме того, помогает прибору лучше работать при низком напряжении.

[10]
Я, возможно, вероятно, хорошо, более того, сейчас я не исчезну в коротком отпечатке ссылки на запрещенную зону прямо здесь, как антагонистично, чтобы указать, что это звучит фантастически каким-то сумасшедшим квантовым инструментом, но или сейчас нет, это действительно уместно пара транзисторы.
Чтобы получить больше информации о том, как работает эталон запрещенной зоны, споткнитесь о сохранении эталона напряжения запрещенной зоны в одном простом уроке Пола Брокоу, изобретателя эталона запрещенной зоны
Brokaw. Презентация по ссылке на запрещенную зону находится прямо здесь.

[11]
В некотором смысле схема запрещенной зоны в TL431 работает «в обратном направлении» по отношению к аномальному опорному напряжению запрещенной зоны. Разработанная схема с запрещенной зоной обеспечивает основные эмиттерные напряжения для создания заданного напряжения на выходе. Схема TL431 принимает опорное напряжение в качестве входного сигнала, а напряжения эмиттера передаются в качестве выходных сигналов на компаратор.Другими словами, в отличие от схемы блока, теперь , а не , является надежным эталоном напряжения в TL431, который по сравнению с входом ref. В качестве обмена вход ref генерирует два сигнала для компаратора, которые совпадают, когда на входе 2,5 вольта.

[12]
Есть много статей, касающихся TL431, но они в Интернете были склонны быть очень техническими, ожидая предыстории, вплоть до суете убеждений, графиков Боде и многих других.
TL431 в петлях с возможностью замены энергии — это фундаментальная статья о TL431 Кристофа Бассо и Петра Каданка.Это объясняет TL431 от внутреннего устройства схемой компенсации петли до точного энергоснабжения. Он включает в себя подробное схематическое изображение и описание того, как TL431 работает изнутри. Разнообразные связанные статьи можно найти на сайте powerelectronics.com.
Designing with TL431, Ray Ridley, Switching Energy Magazine — подробное объяснение подходящей формулы потребления TL431 для решений по энергоснабжению, а также краткий отпечаток компенсации петли.
TL431 «Управление коммутационными затратами на энергию» — это интенсивная презентация ON Semiconductor.
Техническое описание TL431 включает схему внутренних компонентов микросхемы. Удивительно, но сопротивления на этой схеме очень сильно отличаются от того, что будет даже считаться с кристалла.

TL431 Примеры схем фиксированного или переменного выходного напряжения

Несколько недель назад мы сделали это зарядное устройство и схему защиты, которая снижала напряжение, когда оно достигало 4,2 В. Чтобы сделать эту схему, я использовал диод ZENER, TL431, но я никогда не объясняю вам, как работает этот компонент и что еще он может делать.На самом деле это стабилитрон с переменным опорным напряжением , и его можно использовать во многих схемах. Сегодня я покажу вам несколько примеров схем, которые вы можете создать с помощью этого компонента, и вы увидите, насколько он может быть полезен для стольких приложений. Ограничитель тока с фиксированным значением, опорное напряжение или переменное опорное напряжение, его можно использовать как защиту от пониженного или повышенного напряжения, или как таймер задержки и многое другое. Так что оставайтесь до конца видео и узнайте все об этом компоненте и просмотрите все примеры, которые я вам покажу.Итак, приступим.

Часть 1 — Как работает обычный стабилитрон?

Обычный диод ZENNER можно подключить, как показано ниже. Обычный диод ZENNER обычно имеет опорное напряжение, которое мы можем найти в таблице данных. Если это опорное напряжение составляет, например, 5 В, то, что этот компонент будет делать в приведенной ниже конфигурации, — это пропускать необходимое количество тока к земле, таким образом, чтобы выходной сигнал регулировался на уровне 5 В.Но если вам нужно другое напряжение на выходе, вам нужно заменить диод на тот, который имеет это опорное напряжение. Вот почему мы используем TL431, потому что он имеет допустимое регулируемое напряжение v , которое можно изменить на третьем выводе.

Часть 2 — Фиксированный выход при 2,5 В

Итак, давайте посмотрим на первую схему с этим компонентом. Как видите, в отличие от обычного диода, который имеет 2 контакта, у этого есть 3 контакта, анод, катод и опорное напряжение.Итак, из предыдущей схемы мы можем сделать следующую. Проблема в том, что TL431 может потреблять максимум , всего 100 мА , при большем количестве он сгорит. И опорное напряжение может быть от 2,5 В до 36 В . Итак, с этой схемой прямо сейчас, поскольку опорный сигнал подключен к выходу, значение будет минимальным напряжением TL431, которое составляет 2,5 В. Чтобы ограничить ток и не сжечь микросхему, у меня на входе есть резистор 330 Ом. Таким образом, ток, который проходит через микросхему, составляет 29 мА, если на входе 12 В.Я установил эту схему на макетной плате, и, как вы можете видеть, на входе 12 В. Но если я измерю выходной сигнал, он будет стабильным на уровне 2,5 В.

Часть 3 — Вывод любого фиксированного значения

Но теперь, что, если я хочу, чтобы выход был отличным от 2,5 В. Давайте посмотрим на второй пример. Что ж, вместо подключения опорного пина на выходе мы добавляем делитель напряжения . Теперь выходное значение будет равно 2,5 В, умноженному на 1 плюс соотношение между этими двумя резисторами.Так, например, если оба резистора имеют номинал 10 кОм, выходной сигнал будет 2,5 умножен на 2, то есть будет 5 В. Изменяя номинал этих резисторов, вы можете получить любой выход от 2,5 до 36 В, но имейте в виду, что выход, очевидно, не может быть выше входного. У меня такая же схема установлена ​​на моей макетной плате. Как видите, на этот раз выходное напряжение составляет 5 В, а входное — 12 В. Вы можете использовать эту ИС в качестве эталонного напряжения с фиксированным значением для аналогового чтения Arduino, если хотите. Например, если вам нужно фиксированное значение 3 В, вы меняете сопротивление и подключаете этот выход к выводу Aref на Arduino.Хорошо то, что выход 5V не изменится, если вход изменится на , как вы можете видеть, я меняю вход на 25V, а выход по-прежнему 5V.

Часть 4 — Выход переменного напряжения

Но теперь, для третьего примера, вместо резисторов с фиксированным номиналом давайте добавим потенциометр. Теперь мы можем изменить выходное значение, просто изменяя значение потенциометра. Вот эта простая схема, смонтированная на моей макетной плате.Как видите, с помощью потенциометра я могу изменить значение на выходе. Этот вывод не зависит от ввода. Как вы можете видеть, я изменяю вход, но выход остается стабильным на том же значении, поскольку ИС выполняет регулировку, потребляя больше или меньше тока.

Часть 5. См. Полное видео

Как видите, TL431 можно использовать как источник опорного напряжения, а также как выход переменного напряжения.Надеюсь, вам понравился этот урок, и, возможно, вы узнали что-то новое. Если мои видео вам помогут, подумайте о поддержке моей работы над PATREON или о пожертвовании через PayPal. Еще раз спасибо и увидимся позже, ребята.