采用TL431基準(zhǔn)的壓控振蕩器

　　TL431為三端可編程并聯(lián)穩(wěn)壓二極管，其電壓基準(zhǔn)如同低溫度系數(shù)的齊納管一樣運(yùn)行，通過(guò)兩個(gè)外部電阻就可從2.5V編程到36V。同時(shí)，該器件顯示出寬工作電流范圍，在典型阻抗0.22Ω時(shí)為1.0mA~100mA。這些基準(zhǔn)的特性使它們能在數(shù)字電壓表、電源和運(yùn)放電路等許多需要精密電壓基準(zhǔn)的應(yīng)用中代替齊納二極管?，F(xiàn)在，該器件被廣泛應(yīng)用于各種開(kāi)關(guān)電源。

　　在電源電壓輸入和電容負(fù)載等特定條件下，TL431會(huì)顯示出不穩(wěn)定性，引發(fā)10kHz~1.5MHz的持續(xù)振蕩（頻率大小取決于對(duì)輸入電壓的控制）。其中一部分原因是，在上述條件下存在負(fù)阻區(qū)。在本設(shè)計(jì)實(shí)例中，不穩(wěn)定性既不是由內(nèi)部?jī)蓸O引起的，也不是由與負(fù)載電阻串聯(lián)的外部電容器的第三極引起的。增設(shè)了單晶體管輸出級(jí)提供緩沖，使整個(gè)范圍內(nèi)產(chǎn)生TTL輸出電平（圖1）。

　　壓控振蕩器的運(yùn)行

　　要想了解振蕩器的運(yùn)行原理，需從兩個(gè)方面來(lái)考量電路：第一是TL431電壓基準(zhǔn)的底層操作。如圖2所示的振蕩器等效電路。電流I1（見(jiàn)圖3）是壓敏恒流，其大小約為（VCTRL-VKA）/R（VKA為齊納電壓）。假定開(kāi)始的時(shí)候電容器不帶電（此時(shí)VKA=0V），然后由來(lái)自I1處的電流為電容器逐漸充電，直到使電壓達(dá)到TL431的均衡值，即：VKA=2.49V。只要充電電流存在，電容器就會(huì)繼續(xù)充電。圖2中對(duì)電路的瞬態(tài)模擬顯示了電容器電壓僅需超過(guò)VKA均衡值若干微伏，以啟動(dòng)均衡恢復(fù)反饋，具體細(xì)節(jié)如下：

　　由于Q1的基極直連電容器，因此VKA值的增加會(huì)使Q1的發(fā)射極電壓（也就是Q11的基極電壓）值變大，迫使Q11進(jìn)行更多動(dòng)作。晶體管Q9和電阻 R8構(gòu)成Q11的集電極負(fù)載。Q11中不斷增加的集電極電流會(huì)使Q9的集電極電壓降低。Q9和Q10同為電流鏡的組成部分，因此它們的集電極電流和Q11 的相同，但Q10的動(dòng)態(tài)集電極負(fù)載由Q6構(gòu)成，其通過(guò)R5從第二電流鏡（由晶體管Q2、Q4和Q12構(gòu)成）處獲得基極電流。因?yàn)樵撾娏麋R的配置，Q1射極電壓的最初增長(zhǎng)同樣促使VBE升高。這就使Q6的集電極電流增加，進(jìn)而增強(qiáng)Q10不斷增加的集電極電流。因此，產(chǎn)生的整體影響是其集電極電壓值升高，該電壓也就是達(dá)靈頓對(duì)（Darlingtonpair）Q7和Q8中第一晶體管的基極電壓，迫使Q8進(jìn)行更多動(dòng)作，導(dǎo)致其集電極-發(fā)射極電壓（VCE，實(shí)際上就是VKA）驟降。在這一特殊應(yīng)用中，連接至電容器的基準(zhǔn)終端（R）使用硬線連接至陰極端子（K）。因此，迄今為止，當(dāng)電容器電壓超過(guò)均衡值時(shí)，器件可促使陰極-陽(yáng)極電壓迅速降低，以恢復(fù)至均衡值。

　　圖 3以結(jié)構(gòu)示意圖的形式顯示了當(dāng)TL431器件的內(nèi)部均衡值受到干擾后，持續(xù)振蕩是如何開(kāi)始和增強(qiáng)的。電容器中的電流為小恒流，源于供應(yīng)電流I1。在圖1 中，該充電電流為I3。當(dāng)電容器的值超過(guò)VREF的均衡值時(shí)，電流I2快速流動(dòng)并有效地吸收電容器中儲(chǔ)存的充電電流。I2存在的時(shí)間較短暫，但卻足以使電容器電壓再次降低至均衡值。接下來(lái)，I1會(huì)再次為電容器充電，在這一周期中會(huì)保持穩(wěn)態(tài)振蕩。由于電容器的放電時(shí)間極為短暫，通過(guò)以下計(jì)算公式可以得知放電期間的電流要遠(yuǎn)大于源電流I1：I=ΔQ/Δt（其中ΔQ是充電階段電容器所獲得的充電電流）。