TL431的原理及應用

分析了TL431的工作原理,整理了技術指標,論述了四個方面的典型應用,總結了使用注意事項,并以詳盡的圖表證明,該芯片參數優越,性能可靠,應用前景廣闊。

??? 關鍵詞：TL431? 穩壓基準? 性能? 應用

1 引言

TL431是TL、ST公司研制開發的并聯型三端穩壓基準。由于其封裝簡單（型如三極管）、參數優越（高精度、低溫漂）、性價比高（民品1.3～1.5元/只）,近年來在國外已經得到了廣泛應用。

從1988年獲得該器件的第一手資料開始,我們就對該器件給予了關注。通過大量的實驗和多年的應用證明,該器件猶如七十年代誕生的555時基芯片一樣,價廉物美、參數優越、性能可靠、應用方便、值得推廣。尤其是在民品開發中,大有用武之地。

2 工作原理

該芯片的內部等效電路如圖1所示。其中V1V2構成輸入級,V3V4V5構成穩壓基準,V6V7V8V9構成差分放大器,V10V11形成復合管,構成輸出級。D1D2均為反向極向保護。引線端子1為參考電壓輸入端R,2為公共陽極端A,3為輸出陰極端K。

其等效功能框圖如圖2(a)所示。其中VR為基準電壓（VR=2.5V）,A為同相放大器,V為并聯型調整管（總增益A0≥1000倍）,W為饋電支路。其封裝引腳如圖2(b),電路符號如圖2(c)所示。

3 技術指標

TL431的電氣參數見表1。

表1 TL431電氣參數

附注：①上表是綜合多個生產廠家提供的參數及實測數據（＊）而制。

②TL431尾綴字母表示產品級別及工作溫度范圍,C為商業品（－10℃～＋70℃）,I為工業品

（－40℃～＋85℃）,M為軍品（－55℃～＋125℃）。

該器件的主要技術指標為：

●基準電壓溫漂小：≤±50ppm／℃;

●基準電壓精度高：2.5V±1％;

●輸出噪聲電壓低：≤100μVpp;

●穩壓范圍寬：(2.5～36)V連續可調;

●負載電流范圍大：(1.0～100)mA。

4 典型應用實例

4.1 穩壓基準

許多穩壓基準的負載能力都很小,端電壓調節也不方便,而由TL431構成的穩壓基準溫漂小,又有相當的負載能力,且輸出電壓連續可調,電路簡單。其典型接線如圖3所示,輸出電壓由下式確定：

??? U0=[1+(R1/R2)]·VR??? (VR=2.5V)

其電壓調節范圍為2.5V～36V,當R1短路或R2斷路時,Uo=VR=2.5V;電流動態范圍為0～[(Ui－Uo)/R0－1]mA。該電路還可以很方便地加入一只擴流管即構成一個性能優良的穩壓電源。

4.2 壓控開關

??? 如圖4所示,由于VR=2.5V,IR≤2μA,所以當Ui[R2/(R1+R2)]>VR時,TL431的輸出級導通,UK≤2.5V,繼電器K吸合;當Ui[R2/(R1+R2)]
??? 由于TL431的開環電壓增益A0≥1000（受負載阻抗影響）,故轉換斜率陡峭,且輸入信號回差電壓小（≤5mV,受負載電流影響）。對于許多要求過壓、過流限制的場合,TL431都非常實用,且壓控精度高,溫漂小。

4.3 前級二次穩壓

二次穩壓的質量,對前級放大器的噪聲和溫漂的影響極大。常規的二次穩壓電路中,穩壓管的電源抑制比太低,三端穩壓器的噪聲太大,其它精密芯片又電路復雜,而且成本高。

TL431用于二次穩壓的典型電路如圖5所示。由該電路構成的AVD=1000的程控放大器輸出噪聲電壓小于1mVpp.

4.4 高精度電源

用TL431和三端集成穩壓器構成高精度電源,是性價比極高的一種方案。

如圖6所示,該電路輸出電壓的精度、調整率、溫漂完全取決于TL431,發揮了TL431高精度、高速度、低溫漂的優點,同時有充分利用了三端穩壓器大功率、大電流輸出及過流、過壓、過熱保護功能,使得整機的性能價格比極高。

5 注意事項

5.1 自激

由于TL431是有較高的開環增益且響應速度快,當取樣點（R1、R2的連接點）離兩極（K、A）較遠時,電路容易產生超調自激,所以在使用時要引起注意。圖4中的C1和圖6中的C17C18E10E11的作用即為抗干擾、抑自激,調試時要合理選取參數。

5.2 最小維持電流與最小陰極電壓

由于TL431的內部基準VR是靠陰極電流IK維持,并且低于極間電壓UKA,所以應用時要注意：TL431的輸出極截止后,仍必須有大于0.2mA的陰極維持電流;當輸出極“飽和”后,極間電壓UKA仍至少大于2.2V。

5.3 取樣電阻

取樣電阻的選材及布放,直接影響到穩壓精度和溫度特性,所以必須選用溫度系數小、噪聲低、功率裕量大的同型號精密電阻,如RJJ等。如圖6中的取樣電阻R10～R21的布放方式,也是一種行之有效的方法。

5.4 耐壓及功耗

由于TL431所能承受的耗散功率較小（常規為900mW,少數廠家的塑封管小于500mW）,當其在高溫、高壓或大電流條件下使用時,要注意通風、散熱和安全性。

6 結語

大量實驗和長期應用證明,TL431確是一片設計精巧、應用方便、性能可靠、性價比較高的穩壓基準,應用前景廣闊。