TL431-2.5v基准电压芯片几种基本用法

本文详细介绍了TL431分流式电压基准的各种应用场景,包括常见和不常见的接法,如固定电压输出、鉴幅器、近地电压提升及反相、直流和交流放大器。TL431因其高性价比和广泛用途,在电路设计中扮演重要角色。

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TL431的内部结构:
TL431的具体功能可以用下图的功能模块示意。由图可以看到,VI是一个内部的2.5V的基准源,接在运放的反向输入端。由运放的特性可知,只有当REF端(同向端)的电压高于VI(2.5V)时,三极管中才会有电流通过,同相输入电压少于2.5V时,三极管处于截止状态(理想状态下),随着REF端电压的微小变化,通过三极管图1的电流将从1mA到100mA变化。当然,该图绝不是TL431的实际内部结构,但可用于分析理解电路。
TL431内部等效电路如图所示。


 

TL431作为一个高性价比的常用分流式电压基准,有很广泛的用途。这里简单介绍一下TL431常见的和不常见的几种接法。
 

图(1)是TL431的典型接法,输出一个固定电压值,计算公式是: Vout = (R1+R2)*2.5/R2,

同时R3的数值应该满足1mA < (Vcc-Vout)/R3 < 500mA





当R1取值为0的时候,R2可以省略,这时候电路变成图(2)的形式,TL431在这里相当于一个2.5V稳压管。

利用TL431还可以组成鉴幅器,如图(3),这个电路在输入电压 Vin < (R1+R2)*2.5/R2 的时候输出Vout为高电平,反之输出接近2V的电平。需要注意的是当Vin在(R1+R2)*2.5/R2附近以微小幅度波动的时候,电路会输出不稳定的值。


TL431可以用来提升一个近地电压,并且将其反相。如图(4),输出计算公式为: Vout = ( (R1+R2)*2.5 - R1*Vin )/R2

特别的,当R1 = R2的时候,Vout = 5 - Vin。这个电路可以用来把一个接近地的电压提升到一个可以预先设定的范围内,唯一需要注意的是TL431的输出范围不是满幅的。

TL431自身有相当高的增益(我在仿真中粗略测试,有大概46db),所以可以用作放大器。

图(5)显示了一个用TL431组成的直流电压放大器,这个电路的放大倍数由R1和Rin决定,相当于运放的负反馈回路,而其静态输出电压由R1和R2决定。

这个电路的优点在于,它结构简单,精度也不错,能够提供稳定的静态特性。缺点是输入阻抗较小,Vout的摆幅有限。

图(6)是交流放大器,这个结构和直流放大器很相似,而且具有同样的优缺点。我正在尝试用这个放大器代替次级运放来放大热释红外传感器的输出信号。

03-17
### TL431基本特性与工作原理 TL431 是一种精密可编程电压基准芯片,广泛应用于电源管理、稳压器反馈回路以及各种电子电路中。其核心功能是可以提供一个稳定的参考电压,并通过外部元件调节输出电压[^1]。 #### 工作原理概述 TL431 内部集成了一个 2.5V 的精确基准电压源和一个比较放大器。当输入端(ANODE)接收到高于参考电压的信号时,内部比较器会调整输出端(CATHODE),从而维持设定的稳定电压。典型的应用场景包括线性稳压器中的误差放大器角色,或者作为分立式开关电源的反馈网络的一部分。 #### 主要参数特点 以下是 TL431 的一些重要技术规格: - **精度高**:内置 2.5V 参考电压具有较高的稳定性。 - **低温度漂移**:适合宽温范围内的应用环境。 - **动态阻抗低**:有助于提高系统的响应速度。 - **最大功耗限制**:通常建议不超过 1W,具体取决于散热条件。 --- ### TL431 的常见用途及其设计方法 #### 设计为可调电压源 利用 TL431 和几个外围电阻可以构建简单的可调直流稳压电路。如下所示是一个典型的例子: ```plaintext Vin (+) | R1 (kΩ) | ANODE -----> GND / \ | | R2(kΩ)| | RL(负载) | | CATHODE --+ | Vout(+) ``` 在这个电路里,`Uo` 输出电压可以通过下面公式计算得出: \[ U_o = V_{\text{ref}} \times \left(1 + \frac{R_2}{R_1}\right) \] 其中 \( V_{\text{ref}} = 2.5V \)[^2]。 这种结构非常适合于需要灵活设置固定输出电压的小功率场合,比如将 5V 转换成 3.3V 使用。不过需要注意的是,由于器件本身的限流特性和热效应影响,实际能够支持的最大连续电流大约只有几十毫安级别[^2]。 #### 不同封装形式的选择依据 对于空间紧凑的设计来说,可以选择小型化的 SOT 封装版本;而对于较高功率需求,则推荐采用 TO-92 类型来增强散热性能。 --- ### 实际案例分析——经典保护电路实现方式 在某些情况下,我们可能希望用 TL431 来构成过压/欠压检测机制以保障后续设备安全运行。这里给出了一种基于 NPN 晶体管配合工作的简单方案示意图: ```plaintext Vin -> Resistor Divider Network -> Base of Transistor Q1 / / Emitter --> Load Device | Collector ---+--> Grounded via Diode D1 & Capacitor C1 | Cathode Pin Of TL431 Connected Here For Monitoring Purpose. ``` 一旦监测点处的实际电平超出预设阈值区间,整个链路上的状态就会发生变化进而触发相应的动作序列完成自我防护目的. --- ### 总结 综上所述,无论是从理论层面还是实践角度出发,掌握好关于如何正确选用并合理布置这些关键组件的知识都是非常必要的。这不仅关系到最终产品能否达到预期效果,同时也直接影响着长期使用的可靠程度。
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