TL431, что это за "зверь" такой?

Рис. 1 TL431.

TL431 была создана в конце 70-х и по настоящее время широко используется в промышленности и в радиолюбительской деятельности.
Но не смотря на её солидный возраст, не все радиолюбители близко знакомы с этим замечательным корпусом и его возможностями.
В предлагаемой статье я постараюсь ознакомить радиолюбителей с этой микросхемой.

Для начала давайте посмотрим, что у неё внутри и обратимся к документации на микросхему ("даташит").
А внутри у неё с десяток транзисторов и всего три вывода, так что же это такое?

Рис. 2 Устройство TL431.

Оказывается всё очень просто. Внутри находится обычный компаратор, и что это такое, мы уже знаем.
Только здесь он играет немного другую роль, а именно - роль стабилитрона. Ещё его называют "Управляемый стабилитрон".
Как он работает?
Смотрим блок-схему TL431 на рисунке 2. Из схемы видно, компаратор имеет (очень стабильный) встроенный источник опорного напряжения 2,5 вольт (маленький квадратик) подключенный к инверсному входу, один прямой вход (R), транзистор на выходе компаратора, коллектор(К) и эмиттер(А) которого объединены с выводами питания компаратора и защитный диод от переполюсовки. Максимальный ток нагрузки этого транзистора до 100 мА, максимальное напряжение до 36 вольт.

Рис. 3 Цоколёвка TL431.

Теперь на примере простой схемы, изображенной на рисунке 4, разберём, как это всё работает.
Мы уже знаем, что внутри микросхемы (компаратора) имеется встроенный источник опорного напряжения 2,5 вольт. У первых выпусков микросхем, которые назывались TL430 - напряжение встроенного источника было 3 вольта, у более поздних выпусков, доходит до 1,5 вольта.
Значит, чтобы сработал компаратор (открылся выходной транзистор), необходимо на его вход (R) подать напряжение чуть превышающее опорное.

Рис. 4 Схема на TL431.

Из схемы видно, что на вход R микросхемы TL431, включен делитель напряжения из резисторов R2 и R3, резистор R1 ограничивает ток светодиода.
Так как резисторы делителя одинаковые, то компаратор сработает при напряжении, чуть превышающем 5 вольт. Это 2,5 вольта - встроенный источник, и 2,5 вольта - напряжение, снимаемое с делителя R2,R3 при напряжении питания 5 вольт.
То есть светодиод у нас загорится (откроется выходной транзистор) при напряжении питания - чуть превышающем 5 вольт.
Если увеличить сопротивление резистора R3, то необходимо будет увеличить напряжение источника питания больше 5 вольт, что бы напряжение на входе R микросхемы достигло 2,5 вольт.
А как же ток питания компаратора? Почему светодиод не горит, когда закрыт транзистор?
Всё очень просто, ток потребления встроенного компаратора - единицы микроампер, его не хватает, чтобы открыть исполнительное устройство и им можно пренебречь.
Получается, что если микросхему использовать как стабилитрон (основное её назначение), то мы можем с помощью подбора сопротивлений делителя сделать стабилитрон с любым напряжением стабилизации в пределах 2,5 - 36 вольт (максимальное ограничение по даташиту) - ответ "ДА".
Тогда возникают ещё вопросы. можно ли например заменить TL431 обычным компаратором?

- Можно, только необходимо будет собрать свой источник опорного напряжения на 2,5 вольт и подать питание на компаратор отдельно от выходного транзистора, так как ток его потребления может открыть исполнительное устройство.
Можно сделать опорное напряжение какое угодно (не обязательно 2,5 вольта), тогда придётся пересчитать сопротивления делителя, используемое совместно с TL431, чтобы при заданном выходном напряжении БП - напряжение подаваемое на вход компаратора было равно опорному.
Ещё один вопрос - а можно использовать TL431, как обычный компаратор и собрать на ней, допустим, терморегулятор, или что то подобное?

- Можно, но так как она отличается от обычного компаратора наличием встроенного источника опорного напряжения, схема получится гораздо проще. Например такая;

Рис. 5 Терморегулятор на TL431.

Здесь терморезистор (термистор) является датчиком температуры, и он уменьшает своё сопротивление при повышении температуры, т.е. имеет отрицательный ТКС (Температурный Коэффициент Сопротивления). Терморезисторы с положительным ТКС, т.е. сопротивление которых при увеличении температуры увеличивается - называются позисторы.
В этом терморегуляторе при превышении температуры выше установленного уровня переменным резистором, сработает реле (или какое либо исполнительное устройство) и контактами отключит нагрузку (тэны), или например включит вентиляторы в зависимости от поставленной задачи.
Эта схема обладает малым гистерезисом, и для его увеличения, необходимо вводить ПОС между выводами 1-3, например переменный резистор 1,0 - 0,5 мОм и величину его подобрать экспериментальным путём в зависимости от необходимого гистерезиса.
Если необходимо, чтобы исполнительное устройство срабатывало при понижении температуры, то датчик и регуляторы нужно поменять местами, то есть термистор включить в верхнее плечо, а переменное сопротивление с резистором - в нижнее.
И в заключении, Вы уже без труда разберётесь, как работает микросхема в схеме мощного блока питания, для питания трансиверов, которая приведена на рисунке 6.

Рис. 6 Мощный блок питания на 13 вольт, 22 ампера.