詳解TL431的內(nèi)部構(gòu)造和功能

如果說(shuō)到精密穩(wěn)壓源，就不得不提到TL431，它性能卓越，價(jià)格低廉。所以受到了很多電源工程師的追捧。不僅如此，由于獨(dú)特的電阻動(dòng)態(tài)抗阻，使得TL431經(jīng)常被用來(lái)取代穩(wěn)壓二極管在電路中的位置。其雙電阻結(jié)構(gòu)使夠隨意的設(shè)定從參考電壓到36V范圍內(nèi)的任意值。得益于這些特點(diǎn)，讓TL431的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，恒流電路、過(guò)壓保護(hù)、線性穩(wěn)壓電源、直流穩(wěn)壓等電路中經(jīng)常能夠看到TL431的身影，本篇文章就將講解基于TL431的并聯(lián)和串聯(lián)型兩種線性穩(wěn)壓電源。

TL431的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能

圖1 內(nèi)部電路圖

首先，需要對(duì)TL431的內(nèi)部電路進(jìn)行一下熟悉，這也是方便新手來(lái)快速理解其結(jié)構(gòu)。圖1是TL431的內(nèi)部電路圖。它由多極放大電路、偏置電路、補(bǔ)償和保護(hù)電路組成，其中晶體管V1構(gòu)成輸入極，V3、V4、V5構(gòu)成穩(wěn)壓基準(zhǔn)，V7和V8組成的鏡像恒流源，與V6、V9構(gòu)成差分放大器作中間級(jí)，V10、V11形成復(fù)合管，構(gòu)成輸出，其它一些電阻、電容、二級(jí)管分別起偏置、補(bǔ)償和保護(hù)作用，在原理上它是一個(gè)單端輸入、單端輸出直流放大器。

圖2

圖2為等效功能的示意圖，其主要由三部分組成，輸出開(kāi)關(guān)管、電壓比較器，以及2.5V的精密基準(zhǔn)電壓源。參考端的輸出電壓與精密基準(zhǔn)電壓源Vref相比較，當(dāng)參考端電壓超過(guò)2.5V時(shí)，TL431立即導(dǎo)通。因?yàn)镽端控制電壓誤差為±1%，所以參考端能精確地控制TL431的導(dǎo)通與截止。

并聯(lián)穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)

基本并聯(lián)穩(wěn)壓電路原理

圖3

就像在文章開(kāi)頭提到的，作為精密穩(wěn)壓源的TL431自帶一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電壓。這就使得Vref端引入輸出反饋時(shí)，器件可以通過(guò)從陰極到陽(yáng)極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。如圖3所示的電路，當(dāng)R1和R2的阻值確定時(shí)，兩者對(duì)VO的分壓引入反饋，若增大，反饋量增大，TL431的分流也就增加，從而又導(dǎo)致VO下降。

由此可見(jiàn)，在基準(zhǔn)電壓處的負(fù)反饋電路肯定是相對(duì)穩(wěn)定的。此時(shí)VO=（1+R1/R2）Vref，選擇不同的R1和R2的值可以得到從2.5V到36V范圍內(nèi)的任意電壓輸出，特別地，當(dāng)R1=R2時(shí)，VO=5V。若使R1短路，R2開(kāi)路，即把參考端與陰極端短接，此時(shí)則有輸出電壓VO=2.5V（參考端電壓），最適合用于數(shù)字電壓表和模數(shù)轉(zhuǎn)換器或其它電路中作基準(zhǔn)電壓源。

需要注意的是，和在選擇電阻R時(shí)必須保證TL431工作的必要條件，就是通過(guò)陰極的電流要大于1mA，R1和R2要選擇精度為1%的同類(lèi)電阻，才能保證基準(zhǔn)電源的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

并聯(lián)擴(kuò)流穩(wěn)壓電路

圖4

雖然在這里所介紹的只是一種應(yīng)用電路，但是實(shí)際上，其他的電路大部分是由圖4加在圖3上面之后稍加改進(jìn)而得來(lái)的。采用三極管擴(kuò)流，組成大電流基準(zhǔn)電壓源，且圖4中的晶體管可根據(jù)負(fù)載電流的大小選用不同功率的晶體管，這時(shí)限流電阻R也要相應(yīng)增加其功率。

圖5

并聯(lián)電路能夠適用的場(chǎng)景比較多，包括A/D轉(zhuǎn)換器和多種類(lèi)的傳感器等，圖5中就給出了并聯(lián)電路在電偶變送器中的應(yīng)用過(guò)程。

本篇文章以TL431為中心，講述了TL431的內(nèi)部構(gòu)造和功能。而后對(duì)基于TL431的并聯(lián)穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了講解，由于采用了TL431為核心，本設(shè)計(jì)成果擁有寬電壓、大功率等特點(diǎn)，是一款性?xún)r(jià)比非常高的電路設(shè)計(jì)方案。