基于精密電壓調(diào)節(jié)器TL431的三種應(yīng)用電路的設(shè)計與實現(xiàn)

　　介紹了三種精密電壓調(diào)節(jié)器TL431的應(yīng)用電路：不平衡直流電橋輸出信號的穩(wěn)定和線性化電路，恒流源電路，4～20mA/0～5V電流電壓轉(zhuǎn)換電路。分析了電路工作原理，給出了電路設(shè)計方法。所設(shè)計的電路簡單、新穎、實用?？蓮V泛用于模擬電子電路，特別是傳感器的信號調(diào)理電路中。由于采用了精密電壓調(diào)節(jié)器TL431做基準電壓源，因此電路精度高，穩(wěn)定性能好。

　　1、TL431簡介

　　TL431是精密電壓調(diào)節(jié)器，利用兩只外部電阻可設(shè)定2.5～36V范圍內(nèi)的任何基準電壓值。其電壓溫度系數(shù)很小，為30×10-6℃，動態(tài)阻抗低，典型值為0.2Ψ。TL431的等效電路如圖1所示。圖中A為陽極，使用時需接地，K為陰極，需經(jīng)限流電阻接正電源;VREF是輸出電壓U的設(shè)定端，外接電阻分壓器。其中誤差放大器A同相輸入端接從電阻分壓器得到的取樣電壓，反相輸入端則接內(nèi)部2.5V基準電壓UREF，VREF端的電壓常態(tài)下應(yīng)為2.5V，因此也稱基準端。晶體管VT在電路中起到調(diào)節(jié)負載電流的作用。

　　圖1 ?TL431等效電路

　　TL431性能優(yōu)良，價格低廉，現(xiàn)廣泛用于開關(guān)電源或線性穩(wěn)壓電源中，本文用TL431構(gòu)成輸出穩(wěn)定和線性化的電橋電路、精密恒流源電路、IV轉(zhuǎn)換電路。

　　2、電橋輸出信號的穩(wěn)定和線性化電路

　　圖2 ? 不平衡直流電橋電路

　　傳感器的信號調(diào)理電路經(jīng)常要用到單臂不平衡直流電橋，如圖2（a）所示［2］。某一非電量，例如壓力或溫度引起橋臂電阻變化ΔR，電橋失去平衡，產(chǎn)生輸出電壓ΔU0，通過測量該不平衡輸出電壓可以求得ΔR，從而求出非電量的大小。圖2（a）中ΔU0為：

　　由于電橋輸出ΔU0與ΔR是非線性關(guān)系，需作線性化處理。在測控技術(shù)中通常的硬件處理辦法是增加非線性校正電路，結(jié)果使信號調(diào)理電路變得很復(fù)雜。圖2（b）所示電路，利用TL431設(shè)計了線性化的不平衡直流電橋，很簡單地解決了非線性的問題。圖2（b）中ΔU0為

　　可見電橋輸出ΔU0與ΔR成線性關(guān)系。從上式還可以看到輸出與供橋電壓無關(guān)，供橋電壓的變化不會影響輸出電壓。也即，電橋采用四線制長電纜的長短、導(dǎo)線周圍的環(huán)境溫度以及供橋電壓的變化不會影響電橋的輸出。因此圖2（b）所示電橋電路輸出電壓穩(wěn)定，并且實現(xiàn)了線性化輸出。