Схемы на основе прецизионного стабилизатора TL431

Прецизионный регулируемый стабилизатор TL431 — один из самых популярных компонентов аналоговой электроники. Он широко применяется в импульсных и линейных источниках питания, схемах защиты, компараторах напряжения, зарядных устройствах и измерительных приборах. Благодаря высокой точности, низкой стоимости и универсальности этот компонент остаётся востребованным уже несколько десятилетий.

Общее описание и принцип работы

Микросхема TL431 представляет собой регулируемый шунтирующий стабилизатор напряжения с внутренним опорным источником 2,495 В (типовое значение). По сути, это программируемый стабилитрон с возможностью точной настройки выходного напряжения при помощи внешнего делителя.

Внутри TL431 находится:

• источник опорного напряжения;
• операционный усилитель ошибки;
• выходной транзистор;
• цепи температурной компенсации.

Когда напряжение на выводе REF превышает 2,495 В, внутренний транзистор открывается и начинает шунтировать ток между катодом и анодом. Таким образом осуществляется стабилизация.

Структура включения

Базовая схема включения TL431 показана ниже. Регулировка напряжения осуществляется с помощью делителя R1 и R2.

Формула расчёта выходного напряжения

Выходное напряжение рассчитывается по формуле:

Vout = Vref × (1 + R1 / R2) + Iref × R1

Где:

• Vref ≈ 2,495 В
• Iref — ток вывода REF (обычно 2–4 мкА)

Во многих практических расчётах член Iref × R1 можно не учитывать, если сопротивления не слишком велики.

Применение TL431 в линейных источниках питания

Одно из самых распространённых применений — стабилизация выходного напряжения в линейных блоках питания. В такой схеме TL431 управляет базой или затвором внешнего транзистора, который работает как регулирующий элемент.

Преимущество такого решения — высокая точность регулирования и возможность получения практически любого напряжения в диапазоне от 2,5 В до 36 В (ограничение по допустимому напряжению между катодом и анодом).

Пример: регулируемый источник 5–15 В

Для получения регулируемого напряжения достаточно заменить R1 переменным резистором. При изменении делителя изменяется напряжение на REF, а TL431 поддерживает его на уровне опорного значения.

TL431 в импульсных источниках питания

В импульсных блоках питания TL431 часто используется совместно с оптопарой для реализации гальванической развязки обратной связи. Такая схема широко применяется в сетевых адаптерах, зарядных устройствах и источниках питания бытовой электроники.

Принцип работы:

1. Выходное напряжение измеряется делителем.
2. TL431 сравнивает его с опорным.
3. При отклонении изменяется ток через оптопару.
4. Контроллер ШИМ корректирует скважность импульсов.

Такой подход обеспечивает высокую точность и стабильность даже при изменении нагрузки.

Использование TL431 как компаратора

Благодаря встроенному усилителю ошибки TL431 может выполнять функцию компаратора напряжения. Если подать контролируемое напряжение на вход REF, а опорное сформировать делителем, можно реализовать схему:

• индикатора разряда аккумулятора;
• схемы защиты от перенапряжения;
• контроля порогового уровня.

При превышении порога TL431 открывается и может включить светодиод, транзистор или реле.

Схема защиты от перенапряжения

В системах питания TL431 часто используется как элемент защиты. При превышении установленного уровня напряжения он может шунтировать управляющий сигнал или активировать тиристорную защиту (crowbar).

В простейшем варианте при достижении критического напряжения TL431 открывается и через транзистор отключает нагрузку.

Температурная стабильность и точность

Одним из главных преимуществ TL431 является высокая точность. Существуют версии с допуском:

• ±2% (стандартная);
• ±1%;
• ±0,5% (прецизионные исполнения).

Температурный коэффициент относительно низкий, что позволяет применять компонент в измерительной аппаратуре.

Практические рекомендации по применению

• Минимальный рабочий ток катода — около 1 мА.
• Для устойчивости желательно использовать конденсатор между катодом и анодом.
• Избегайте слишком больших сопротивлений делителя.
• При работе с импульсными источниками учитывайте частотные характеристики.

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Высокая точность;
• Низкая стоимость;
• Широкий диапазон выходных напряжений;
• Простота применения.

Недостатки:

• Шунтирующий принцип работы (не всегда подходит);
• Ограничение по максимальному току;
• Необходимость правильной компенсации в некоторых схемах.

Заключение

TL431 — универсальный и надёжный компонент, который успешно применяется как в простых линейных стабилизаторах, так и в сложных импульсных источниках питания. Возможность точной настройки выходного напряжения, высокая температурная стабильность и доступность делают его практически незаменимым в радиолюбительской и промышленной электронике.

Освоив базовые схемы включения и принципы расчёта, можно создавать эффективные источники питания, схемы защиты и измерительные устройства с минимальными затратами.