【硬件学习笔记003】玩转电压基准芯片：TL431及其他常用电压基准芯片

        TL431 是三端可调节并联稳压器。可以通过两个外部电阻器将输出电压设置为介于 Vref（约为 2.5V）和36V之间的任意值。其输出阻抗典型值均为 0.2Ω。此类器件的有源输出电路具有非常明显的导通 特性，因此非常适合用于替代许多应用中的齐纳二极管，例如板载稳压器、可调节电源和开关电源。

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 目录

1、TL431基本概述

1.1、TL431工作条件

1.2、TL431的响应速度与输入电阻的关系

2、TL431常用的电路形式

2.1、TL431用于并联型稳压器（LDO）

2.2、TL431用于2.5V基准电压源（2.1的特殊情况）

2.3、TL431用于比较器

2.4、TL431用于精密大电流串联稳压器（LDO）

2.5、大电流并联稳压器

3、其他好用的电压基准芯片

3.1、REF30xx系列电压基准芯片

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1、TL431基本概述

1.1、TL431工作条件

        TL431应满足正常的运行条件，电压K极电压不得高于36V，正常工作电流不得小于1mA，不得高于36V。

        在具有足够电压余量 (≥ 2.5V) 和阴极电流 (IKA) 的情况下，TL431 会强行将基准引脚的电压控制在2.5V。但是，基准引脚不能悬空，因为它需要 IREF ≥ 4µA，这是因为基准引脚会被驱动到 NPN中，后者要有基极电流才能正常工作。

        K极与A极之间的电容器CL要选择适当，否则不但没有滤波效果，还有害处（输出会自激振荡）。可以多个电容并联，高低搭配，滤掉不同频段的高频干扰信号。如上图中C曲线，选择0.01~0.1uF电容时，可能导致器件振荡，影响产品性能。根据曲线图知，可以将CL直接取10uF。输出K极与A极之间最好使用电容器CL，不然纹波会比较大。

        TL431的使用和稳压二极管的使用又十分相似，稳压二极管在电路中工作时，其自身会产生一种不规则的周期性噪声，这种不规则的噪声称为齐纳噪声。尽管齐纳噪声的电平不高，但它却是影响稳压二极管输出特性的重要原因之一。并联的电容就可以吸收稳压二极管的齐纳噪声，以改善稳压二极管的输出特性。另外，并联在稳压二极管上的电容还可以吸收电源的纹波，使得稳压二极管的输出电压更加平稳。其次，当稳压二极管与电容并联使用时，由于电容的充电作用，会使稳压二极管输出电压的建立时间增加，使输出电压缓慢地上升，不过，这仅是接通电源瞬间的情况。正常工作时，稳压二极管的输出电压是完全稳定的。但是，当TL431与电容并联，其选用的容量值不适合时，有时不但起不到好的作用，反而会产生振荡现象，这是因为流过TL431的电流和电容的容量有一定的关系。但当输出电压大于15V,IK大于10A可完全避免振荡的发生。实际应用时要求并联一个33uF/10V的钽电容或者并联一个47uF/16V的电解电容。

1.2、TL431的响应速度与输入电阻的关系

        输入端电阻越大，TL431响应越慢；输入端电阻越小，TL431响应越快。

        如，输入电压Vcc=5V，输出电压Vo=Vref=2.5V，可得

                （Vcc-Vo）/R >= 1mA，

            且（Vcc-Vo）/R <= 100mA

        可得    2.5KΩ >= R >= 25Ω 。

        一般可取TL431工作电流为5~10mA。

2、TL431常用的电路形式

2.1、TL431用于并联型稳压器（LDO）

         当输出电压Vo通过基准电压引脚Vref分压受R1和R2调控，通过修改R1与R2的值可以输出不同的电压值，最大电流输出能力为100mA，应选择合适的Rsup。

        以上为正电压LDO，Vsup>0V，若想要输出负电压，仅需将（Vsup+Rsup）的组合与GND互换，并且输出Vo接入TL431的A极即可。输出为Vo=-(1+R1/R2)*Vref。

2.2、TL431用于2.5V基准电压源（2.1的特殊情况）

        将R2断开，R1短路，即Vref直接连接在K极，即可使输出Vo=Vref，最大电流输出能力为100mA，应选择合适的Rsup。

2.3、TL431用于比较器

        当 TL431 的阴极/输出电压或电流未以任何形式馈送回基准/输入引脚时，该器件便是处于开环状态。在向该器件施加合适的阴极电流 (Ika) 后，TL431将会具有下图中所示的特性。这种配置具有高增益，因此 TL431通常用作比较器。TL431 在开环/比较器模式下的输出低电平电压大约为2V。这通常已经足够支持 5V 的供应逻辑。但无法支持 3.3V 和 1.8V 的供应逻辑。为了适应这种情况，可以在输出端连接一个电阻分压器，以将输出电压衰减到方便低电压逻辑接收器件读取的电压。

下图为一种比较器连接图：

         分析：因TL431内部有一个2.5V基准连接至运放反相输入端，REF引脚是作为电压输入引脚连接至运放同相输入端。当Vin小于Vref时，比较器输出低电平，三极管截止，Vout被拉至高电平V+；当Vin大于Vref时，比较器输出高电平，三极管导通，Vout=2V，这里在输出侧接1~2个合适的分压电阻使输出为其他电压值。

2.4、TL431用于精密大电流串联稳压器（LDO）

         上图中输入电压应小于36V，R取值应满足TL431最小供电电流极三极管驱动电流。用过R1和R2分压可得到所需要的输出电压值。R应尽量小。

2.5、大电流并联稳压器

         上图中输入电压应小于36V，K极电阻R取值应满足TL431最小供电电流极三极管驱动电流。用过R1和R2分压可得到所需要的输出电压值。三极管起扩流的作用。R应尽量小。

3、其他好用的电压基准芯片

3.1、REF30xx系列电压基准芯片

         比较好的一点是该系列芯片不需要过多的外围电路，只需要一个输入旁路电容就够了，可以节省空间。

        应用：可以用作ADC调理电路的引脚输入保护中。