Підсумок

Опорні вольтметри Texas Instruments серії TL431 відомі своєю точністю і універсальністю в області проектування електронних схем. Представлені в 1977 році, ці компоненти зазвичай називають регульованими шунтовими регуляторами або програмованими прецизійними еталонами. Вони високо цінуються за здатність підтримувати стабільну вихідну напругу, що має вирішальне значення для таких застосувань, як керування живленням, імпульсні джерела живлення та схеми захисту від перенапруги.

. Однією з головних особливостей серії TL431 є внутрішнє опорне напруження з температурною компенсацією, що забезпечує надійну роботу в широкому діапазоні температур. TL431 працює, проводячи струм між своїми катодним і анодним виводами, коли напруга на опорному виводі перевищує 2,5 В, сигналізуючи мікросхемам управління джерелом живлення про необхідність стабілізації вихідної напруги. Така точність і адаптивність роблять TL431 популярним вибором для розробників, які прагнуть реалізувати ефективне і стабільне регулювання напруги в своїх схемах. З роками компанія Texas Instruments розширила серію TL431, включивши в неї кілька варіантів, таких як TL432, TL431LI і більш широку серію TL43xx. Кожен варіант розроблений з урахуванням конкретних критеріїв продуктивності та умов навколишнього середовища, від побутової електроніки до промислових застосувань. Ці похідні мікросхеми мають різні варіанти корпусів, температурні діапазони та початкові рівні допусків, що надає інженерам широкий вибір варіантів для задоволення їхніх конкретних потреб. Незважаючи на широке використання і надійність, серія TL431 не обійшлася без суперечок. Компанія Texas Instruments визнала, що їх початкові графіки стабільності були надто оптимістичними, і рекомендувала більш консервативні проектні показники для забезпечення надійної роботи. Це призвело до дискусій в інженерному співтоваристві щодо оптимального застосування цих характеристик напруги для досягнення найкращої стабільності та надійності в різних застосуваннях.

Технічні характеристики

Еталонні вольтметри Texas Instruments серії TL431 - це прецизійні програмовані еталонні вольтметри з декількома важливими характеристиками та особливостями. Ці пристрої класифікуються під різними назвами, такими як "регульований шунтовий регулятор", "програмований прецизійний еталон", "програмований еталон напруги шунта" і "програмований стабілізатор", завдяки їх унікальній функціональності.

.

Електричні характеристики

TL431 працює в прямому режимі, проводячи струм між катодним і анодним виводами, коли напруга на вході опорного виводу перевищує 2,5 вольта.

. Ця провідність сигналізує мікросхемі керування джерелом живлення зменшити потужність, таким чином стабілізуючи вихідну напругу. Внутрішня робота мікросхеми включає температурно-компенсовану опорну напругу смуги пропускання, використовуючи транзистори з різною площею емітера для збалансування температурних ефектів.

Фізичні характеристики

TL431 має один шар металу, який з'єднує його внутрішні компоненти, причому фізичні розміри кристала впливають на його функціональні характеристики. Мікросхема підключається через три виводи, позначені як "реф", "анод" і "катод"

.

Упаковка та варіанти

Texas Instruments пропонує TL431 в різних варіантах упаковки для задоволення різних потреб застосування. Технічний паспорт TL431 містить детальні електричні характеристики та абсолютні максимальні номінальні значення, які включають допустимі діапазони напруги живлення, вхідної напруги та робочої температури.

. Серія TL431 також включає такі варіанти, як TL432, які мають схожі характеристики точності та програмованості.

Приклади застосування

Ці еталони напруги широко використовуються в системах керування живленням, де вони допомагають підтримувати стабільну вихідну напругу. Точність і можливість програмування роблять їх придатними для використання в регульованих шунтових регуляторах, імпульсних джерелах живлення і схемах захисту від перенапруги.

.

Операція

TL431 - це триконтактний регульований шунтовий регулятор із заданою тепловою стабільністю у відповідних автомобільних, комерційних та військових температурних діапазонах. Він працює подібно до стабілітрона, але має додаткову перевагу - можливість програмування. Схема підключення TL431 проста: центральний вивід - анод (A), лівий вивід - вивід порівняння (R), правий вивід - катод (K).

. Внутрішньо TL431 містить прецизійне джерело опорної напруги, компаратор і вихідний транзистор. Коли напруга на опорному виводі перевищує 2,5 В, вихідний транзистор вмикається, дозволяючи струму протікати між катодним і анодним виводами. Така поведінка робить TL431 корисним в різних додатках, включаючи шунтуючі регулятори, прецизійні обмежувачі струму і як компонент в імпульсних джерелах живлення і зарядних пристроях для акумуляторів. Спрощена блок-схема показує, що TL431 має вищу ефективність, ніж стандартний стабілітрон, завдяки своїм внутрішнім компонентам, таким як компараторний операційний підсилювач, опорна напруга та транзистори. Він забезпечує програмовану вихідну напругу до 40 В з гарантованим допуском опорної напруги 0,5%. Інші особливості включають низький динамічний вихідний опір, діапазон катодного струму від 1 мА до 150 мА і низький температурний коефіцієнт 50PPM/°C, що забезпечує стабільну роботу в широкому діапазоні температур. У практичному застосуванні TL431 може бути сконфігурований в базову схему шунтуючого стабілізатора напруги, подібну до стабілітрона, де резистор (R) підключений до катода (K). Таке налаштування дозволяє TL431 підтримувати стабільну вихідну напругу, з низьким рівнем шуму на виході і швидким часом відгуку на ввімкнення. Крім того, TL431 широко використовується в імпульсних джерелах живлення та іншій цифровій електроніці завдяки своїй універсальності і надійності. При підвищених вимогах до струму TL431 можна використовувати в парі з послідовним транзистором для перетворення шунтуючого регулятора в послідовний, тим самим значно збільшуючи пропускну здатність за струмом. Така адаптивність і широкий спектр застосувань підкреслюють роль TL431 в сучасному електронному дизайні.

Варіанти

З моменту своєї появи в 1977 році компанією Texas Instruments, серія TL431 побачила розвиток численних варіантів і похідних, кожен з яких був розроблений для задоволення конкретних критеріїв продуктивності і вимог до застосування. Хоча оригінальний TL431 залишається у виробництві, його похідні, такі як TLV431, TL432, ATL431, KA431, LM431 і TS431, з'явилися для задоволення різних потреб в точності, швидкості і компактності.

.

TL432

TL432 є електрично еквівалентним варіантом TL431, але доступний лише в корпусах для поверхневого монтажу з іншою розводкою виводів. Цей варіант забезпечує таку ж опорну напругу і робочі характеристики, що дозволяє створити більш компактну конструкцію, яка підходить для сучасних макетів друкованих плат.

.

TL431LI

TL431LI - ще одна важлива похідна, що пропонується в двох варіантах з початковими допусками 0,5% і 1% при 25°C для класів B і A, відповідно. Цей варіант відрізняється низьким дрейфом вихідного сигналу в залежності від температури, що забезпечує відмінну стабільність в широкому діапазоні температур від -40°C до 125°C.

.

Серія TL43xx

Більш широка серія TL43xx, що включає пристрої TL43xxC, TL43xxI і TL43xxQ, характеризується різними діапазонами робочих температур. TL43xxC призначений для роботи в діапазоні від 0°C до 70°C, TL43xxI - від -40°C до 85°C, а TL43xxQ - від -40°C до 125°C. Ці варіанти відповідають різним умовам навколишнього середовища, що робить їх придатними для широкого спектру застосувань від побутової електроніки до промислового обладнання

.

Клони та альтернативи

На додаток до офіційних варіантів Texas Instruments, ринок наповнений клонами та альтернативними версіями, такими як 142ЕН19, які функціонально схожі, але можуть відрізнятися розміром матриці, компонуванням та специфічними показниками, такими як мінімальні робочі струми та безпечні робочі зони.

. Кожен з цих варіантів і клонів пропонує унікальний набір функцій, які можна використовувати для оптимізації електронних конструкцій для конкретних застосувань, чи то в блоках живлення, зарядних пристроях або моніторах напруги. Розуміючи нюанси кожної похідної, дизайнери можуть вибрати найбільш підходящий компонент для досягнення бажаного балансу точності, надійності та ефективності.

Схемотехніка

Опорні вольтметри Texas Instruments серії TL431 - це універсальні компоненти, які часто використовуються в різних схемотехнічних рішеннях. Внутрішня схема TL431 включає NPN транзистор на виході, зміщений від операційного підсилювача з точною опорною напругою 2,5 В.

. Ця точна опорна напруга є фундаментальною для її використання в багатьох додатках, таких як схеми компараторів напруги, зарядні пристрої та монітори, сонячні батареї та імпульсні схеми живлення.

Регулятор шунта

TL431 може бути сконфігурований як шунтовий регулятор, здатний видавати напругу від 2,5 В до 36 В, використовуючи лише два резистори на вказаних виводах пристрою.

. Пристрій можна використовувати як типовий шунтовий регулятор, як показано на блок-схемі. У цій конфігурації R1 є змінним резистором, який регулює вихідну напругу, а послідовний резистор на позитивному вході живлення можна розрахувати за законом Ома: ( R = \frac{V_i}{I} = \frac{V_i}{0.1} ), де ( V_i ) - вхідна напруга живлення і має бути нижче 35 В.

Схема датчика напруги

Просте застосування TL431 - в схемі детектора напруги 2,5 В. У цій схемі використовується дільник напруги, утворений резисторами R1 і VR1. Коли напруга на опорній клемі (REF) перевищує 2,5 В, струм тече від катода (K) до анода (A) мікросхеми, подібно до того, як працює стабілітрон.

. Цей принцип може бути використаний для визначення того, чи витягнута мікросхема зі старої друкованої плати все ще функціонує, оскільки найпростіше налаштування схеми може вказати на робочий стан на основі поведінки світлодіода.

Прецизійне джерело опорної напруги

Прецизійна опорна напруга 2,5 В TL431 використовується в різних високоточних пристроях. Наприклад, він може діяти як прецизійний сильнострумовий послідовний регулятор або сильнострумовий шунтовий регулятор. Опорна напруга залишається стабільною в широкому діапазоні температур завдяки термокомпенсованій конструкції, що забезпечує надійну роботу в різних умовах навколишнього середовища

.

Імпульсний блок живлення

В імпульсних джерелах живлення TL431 може бути частиною ланцюга зворотного зв'язку для точного регулювання вихідної напруги. Коли вхідна напруга перевищує встановлену межу напруги зворотного зв'язку, вона спрацьовує TL431, вмикаючи тиристор для генерації пульсуючого струму, який може перегоріти запобіжник для захисту ланцюга.

. Цей механізм гарантує, що точка захисту за напругою дорівнює ((1 + \frac{R1}{R2})V_{ref} ), забезпечуючи надійний захист від перенапруги.

Керований шунт

TL431 також має керовані шунтові характеристики, що дозволяє невеликим змінам напруги на виводі REF суттєво впливати на катодний та анодний струми. Ця особливість робить його корисним для керування світловими індикаторами, реле або безпосереднього керування звуковим навантаженням.

. Функція керованого шунта розширює універсальність TL431 в додатках, що вимагають точного контролю струму.

Порівняння

Незважаючи на свою популярність, еталон напруги серії TL431 має кілька конкурентів і різних класів, які можуть задовольнити специфічні вимоги. TL431, TL431AIDR і TL431BIDR мають однакову внутрішню структуру і матеріали, але відрізняються за своїми технічними характеристиками і класами тестування. Ця диференціація дозволяє застосовувати їх у різних сферах залежно від вимог до точності та стабільності

. Компанія Texas Instruments визнала, що їхні графіки стабільності для TL431 є надто оптимістичними, припускаючи, що надійні конструкції повинні мати мінімум 30-градусний запас по фазі замість нульового запасу по фазі, який вони спочатку описували. Це досягається введенням послідовного опору між катодом і ємністю навантаження, що скасовує небажане відставання по фазі, викликане лише ємністю навантаження. Крім того, прецизійна схема опорної напруги, що використовує TL431, забезпечує кращу температурну стабільність і вищий вихідний струм порівняно з іншими джерелами опорної напруги. Щоб запобігти самозбудженню в ємнісних навантаженнях, необхідно ретельно враховувати значення CL. Це підвищує продуктивність TL431 в різних застосуваннях, включаючи ізольовані джерела живлення і регульовані джерела живлення. Крім того, TL431 цінується за просту реалізацію в таких схемах, як захист від перенапруги, моніторинг напруги і виявлення напруги. Ці програми використовують внутрішні характеристики TL431, такі як вбудований підсилювач помилок і стабільна опорна напруга, для забезпечення надійної та ефективної роботи як в цифрових, так і в аналогових схемах.

Надійність

Надійність є критично важливим аспектом при проектуванні схем з використанням еталонів напруги серії Texas Instruments TL431. Забезпечення точності розрахунків калькулятора TL431 шляхом моделювання і тестування схеми в реальних умовах має першорядне значення. Порівняння результатів моделювання з фактичними результатами тестування дозволяє підтвердити працездатність TL431 і точність розрахованих значень. Цей етап допомагає внести необхідні корективи перед завершенням проектування, забезпечуючи досягнення бажаної вихідної напруги і продуктивності.

. Texas Instruments визнає, що їхні графіки стабільності для TL431 можуть бути надто оптимістичними. Для надійних конструкцій рекомендується орієнтуватися на принаймні 30-градусний запас по фазі. Практичні застосування часто включають послідовний опір між катодом і ємністю навантаження, що збільшує еквівалентний послідовний опір (ESR) і пригнічує небажані коливання. Цей метод вводить низькочастотний нуль, усуваючи більшу частину небажаного фазового запізнювання, спричиненого лише ємністю навантаження. Крім того, продуктивність TL431 можна оцінити, вимірявши стабільність вихідної напруги за допомогою спеціальних тестових схем. Регулювання напруги живлення і моніторинг змін вихідної напруги TL431 допомагає визначити його функціональність в різних умовах. Правильне налаштування і тестування дозволяють визначити, чи підтримує TL431 свої нормальні робочі стани, забезпечуючи надійність регулювання напруги. Надійність TL431 ще більше підкреслюють відмінності в марках і процесах тестування. Питання, що стосуються внутрішньої структури і однорідності матеріалів різних марок, таких як TL431AIDR і TL431BIDR, підкреслюють важливість розуміння меж специфікацій і процесів випробувань. Це гарантує, що обрана марка відповідає вимогам надійності для конкретних застосувань.

Галузеві стандарти

Texas Instruments зарекомендувала себе як ключовий гравець у напівпровідниковій промисловості, приділяючи особливу увагу дотриманню галузевих стандартів для забезпечення надійності та якості своєї продукції. Компанія розробляє, виробляє, випробовує та продає аналогові та вбудовані напівпровідникові прилади для різних ринків, таких як промислова, автомобільна, персональна електроніка, комунікаційне обладнання та корпоративні системи.

. Дотримання суворих галузевих стандартів має вирішальне значення в цих галузях, де продуктивність і надійність мають першорядне значення. У 1992 році компанія Texas Instruments отримала престижну Національну премію якості імені Малкольма Болдріджа, що підкреслило її прихильність до стандартів якості. Ця нагорода спонукала компанію прийняти критерії Болдріджа як еталони якості, що ще більше зміцнило її відданість досконалості в галузі. Така увага до якості не лише зміцнила репутацію компанії, але й призвела до укладання важливих контрактів з такими великими корпораціями, як Sony Corporation, General Motors Corporation та L.M. Ericsson, що підкреслило важливість галузевих стандартів у забезпеченні та підтримці ділових стосунків. Виробнича майстерність Texas Instruments демонструється 15 виробничими майданчиками по всьому світу, які надійно постачають високоякісну продукцію для задоволення потреб клієнтів. Така глобальна присутність гарантує, що компанія може постійно дотримуватися і часто перевищувати галузеві стандарти, тим самим підтримуючи зростання та інновації. Крім того, технологічні досягнення Texas Instruments, такі як впровадження технології програмного забезпечення eXpressDSP в режимі реального часу в 1999 році, демонструють прихильність компанії до розробки продуктів, які відповідають вимогам галузі, що постійно змінюються. Здатність компанії до інновацій при дотриманні суворих стандартів якості стала наріжним каменем її успіху та лідерства в галузі.

Ресурси

Texas Instruments (TI) пропонує ряд ресурсів, які допоможуть користувачам максимально ефективно використовувати еталони напруги серії TL431.

Вибір продукту

Використовуйте інструмент PRT+ від TI, щоб визначити ідеальний продукт TL431 для вашого конкретного застосування з максимальною ефективністю

. Цей інструмент допомагає узгодити ваші технічні вимоги з відповідним компонентом, забезпечуючи оптимальну продуктивність і економічну ефективність.

Документація

Для отримання детальної технічної інформації TI надає докладні технічні паспорти, інструкції щодо застосування та офіційні документи

. Ці документи містять важливі дані, включаючи специфікації, конфігурації виводів, графіки продуктивності та рекомендації щодо застосування, які є безцінними як для проектування, так і для пошуку та усунення несправностей.

Звіт про сталий розвиток

ТІ прагне до сталого розвитку та енергоефективності, про що детально йдеться у Щорічному звіті ТІ зі сталого розвитку за 2023 рік

. У цьому звіті висвітлено зусилля ТІ щодо екологічних, соціальних та управлінських ініціатив, які відображають прагнення компанії здійснювати позитивний вплив через свої технології та продукти.

Підтримка продажів

Для запитів про продукти та послуги або для допомоги з дизайном, команда підтримки продажів ТІ готова надати експертні консультації та рішення.

. Співпраця з відділом продажів може допомогти вирішити конкретні проблеми застосування та надати індивідуальні рекомендації.

Кар'єрні можливості

ТІ пропонує можливості для людей, які прагнуть змінити своє майбутнє, приєднавшись до команди, що займається передовими інтелектуальними технологіями.

. Ставши частиною ТІ, співробітники роблять свій внесок у формування інноваційних рішень, які рухають галузь вперед.

Спільнота та інновації

ТІ процвітає завдяки створенню інклюзивного середовища, яке заохочує інновації та повагу до різних точок зору

. Культура компанії заохочує допитливість та цілеспрямованість - риси, необхідні для подолання технічних бар'єрів та розробки конкурентоспроможних продуктів. Для отримання додаткової інформації та доступу до цих ресурсів користувачі можуть відвідати офіційний веб-сайт ТІ та перейти за наданими посиланнями на відповідні інструменти та документи.