TL431 — программируемый шунтирующий регулятор напряжения¶

TL431 — программируемый шунтирующий (shunt) регулятор напряжения, выпускаемый в корпусе с тремя выводами (REF, ANODE, CATHODE) и работающий по принципу встроенного операционного усилителя с эталонным напряжением 2,5 В. Компонент широко применяется в импульсных источниках питания, линейных стабилизаторах и схемах контроля напряжения благодаря точности опорного напряжения (типичное отклонение ±0,4…2 %), способности коммутировать ток до 100 мА и низкой цене.

¶Принцип работы

TL431 внутренне содержит операционный усилитель, источник опорного напряжения (bandgap, 2,5 В) и выходной транзистор с открытым коллектором. Напряжение на управляющем входе REF сравнивается с внутренним опорным значением 2,5 В. Когда потенциал REF превышает 2,5 В, выходной транзистор открывается и шунтирует (перетекает) ток через себя — от катода к аноду, уменьшая напряжение во внешней цепи. Если REF ниже 2,5 В, транзистор закрыт, и ток через устройство падает до тока покоя (типично 50…100 мкА).

Таким образом, TL431 ведёт себя как «включаемый» стабилитрон с управляемым напряжением стабилизации: внешние резисторы задают порог срабатывания, а сам компонент обеспечивает отрицательную обратную связь по напряжению.

¶Схема включения

¶Базовая схема стабилизации

Наиболее распространённая схема включения TL431 — стабилизатор на его основе с внешним биполярным транзистором (эмиттерным повторителем). Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения с выхода, подавая на REF пропорциональную долю выходного напряжения:

Uout = 2,5 × (1 + R1/R2) + IREF × R1

где IREF — ток управляющего вывода (типично 2 мкА, им пренебрегают при R2 ≤ 10 кОм). Например, при R1 = 10 кОм и R2 = 3,9 кОм Uout ≈ 8,9 В.

¶В схеме импульсного блока питания (через оптопару)

В первичных (flyback, forward) импульсных источниках TL431 традиционно используется в паре с оптроном PC817 для гальванической развязки контура обратной связи. Делитель с выхода вторичного напряжения подаётся на REF; катод TL431 соединён через резистор с анодом светодиода оптопары. При отклонении Uout светодиод меняет яркость, фототранзистор передаёт сигнал на ШИМ-контроллер первичной стороны, корректирующий длительность импульсов.

¶Защита по току

TL431 применяется как компаратор тока: токовая шина (шунт) формирует напряжение, подаваемое на REF. При превышении порога 2,5 В компонент открывается и через дополнительный транзистор ограничивает или отключает нагрузку.

¶Термокомпенсация и ограничения

Рабочий ток катода должен составлять не менее 1 мА (иначе нарушается точность), максимальный — 100 мА. Нагрузочная способность выхода ограничена: при подаче на REF напряжения выше 2,5 В ток может возрастать неограниченно, поэтому в цепь REF последовательно ставят резистор 1…3 кОм. Для стабильности контура обратной связи между CATHODE и REF иногда устанавливают компенсирующую RC-цепь или конденсатор 10…100 нФ.

¶Разновидности и аналоги

TL432 отличается только распиновкой (вывод REF вынесен на место анода). Широко распространены российские и китайские аналоги: КР142ЕН19 (СССР/Россия), A431, AZ431, KA431, SG431.

¶Применение

• Линейные и импульсные стабилизаторы напряжения.
• Источники тока (схема «TL431 + два резистора»).
• Компараторы напряжения с порогом 2,5 В.
• Контроль разряда аккумулятора, детекторы обрыва оптопары.
• Термометры: напряжение bandgap TL431 имеет отрицательный температурный коэффициент около −2 мВ/°C, что позволяет использовать компонент в простых температурных схемах.

Источники:

• Datasheet Texas Instruments TL43x (SLVS543)
• Datasheet ON Semiconductor TL431/LP
• Справочник «Радиолюбительские схемы на TL431», журнал «Радио»