TL431的原理及應(yīng)用研究

摘要：分析了TL431的工作原理，整理了技術(shù)指標(biāo)，論述了四個方面的典型應(yīng)用，總結(jié)了使用注意事項，并以詳盡的圖表證明，該芯片參數(shù)優(yōu)越，性能可靠，應(yīng)用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：TL431 穩(wěn)壓基準(zhǔn) 性能 應(yīng)用

1 引言

TL431是TL、ST公司研制開發(fā)的并聯(lián)型三端穩(wěn)壓基準(zhǔn)。由于其封裝簡單（型如三極管）、參數(shù)優(yōu)越（高精度、低溫漂）、性價比高（民品1.3～1.5元/只），近年來在國外已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。

從1988年獲得該器件的第一手資料開始，我們就對該器件給予了關(guān)注。通過大量的實驗和多年的應(yīng)用證明，該器件猶如七十年代誕生的555時基芯片一樣，價廉物美、參數(shù)優(yōu)越、性能可靠、應(yīng)用方便、值得推廣。尤其是在民品開發(fā)中，大有用武之地。

2 工作原理

該芯片的內(nèi)部等效電路如圖1所示。其中V1V2構(gòu)成輸入級，V3V4V5構(gòu)成穩(wěn)壓基準(zhǔn)，V6V7V8V9構(gòu)成差分放大器，V10V11形成復(fù)合管，構(gòu)成輸出級。D1D2均為反向極向保護(hù)。引線端子1為參考電壓輸入端R，2為公共陽極端A，3為輸出陰極端K。

其等效功能框圖如圖2(a)所示。其中VR為基準(zhǔn)電壓（VR=2.5V），A為同相放大器，V為并聯(lián)型調(diào)整管（總增益A0≥1000倍），W為饋電支路。其封裝引腳如圖2(b)，電路符號如圖2(c)所示。

3 技術(shù)指標(biāo)

TL431的電氣參數(shù)見表1。

表1 TL431電氣參數(shù)

附注：①上表是綜合多個生產(chǎn)廠家提供的參數(shù)及實測數(shù)據(jù)（＊）而制。

②TL431尾綴字母表示產(chǎn)品級別及工作溫度范圍，C為商業(yè)品（－10℃～＋70℃），I為工業(yè)品

（－40℃～＋85℃），M為軍品（－55℃～＋125℃）。

該器件的主要技術(shù)指標(biāo)為：

●基準(zhǔn)電壓溫漂小：≤±50ppm／℃；

●基準(zhǔn)電壓精度高：2.5V±1％；

●輸出噪聲電壓低：≤100μVpp；

●穩(wěn)壓范圍寬：(2.5～36)V連續(xù)可調(diào)；

●負(fù)載電流范圍大：(1.0～100)mA。

4 典型應(yīng)用實例

4.1 穩(wěn)壓基準(zhǔn)

許多穩(wěn)壓基準(zhǔn)的負(fù)載能力都很小，端電壓調(diào)節(jié)也不方便，而由TL431構(gòu)成的穩(wěn)壓基準(zhǔn)溫漂小，又有相當(dāng)?shù)呢?fù)載能力，且輸出電壓連續(xù)可調(diào)，電路簡單。其典型接線如圖3所示，輸出電壓由下式確定：

U0=[1+(R1/R2)]·VR (VR=2.5V)

其電壓調(diào)節(jié)范圍為2.5V～36V，當(dāng)R1短路或R2斷路時，Uo=VR=2.5V；電流動態(tài)范圍為0～[(Ui－Uo)/R0－1]mA。該電路還可以很方便地加入一只擴(kuò)流管即構(gòu)成一個性能優(yōu)良的穩(wěn)壓電源。

4.2 壓控開關(guān)

如圖4所示，由于VR=2.5V，IR≤2μA，所以當(dāng)Ui[R2/(R1+R2)]>VR時，TL431的輸出級導(dǎo)通，UK≤2.5V，繼電器K吸合；當(dāng)Ui[R2/(R1+R2)]VR時，TL431的輸出級截止，UK≈+E,繼電器 K斷開，實現(xiàn)了壓控開關(guān)的功能。

由于TL431的開環(huán)電壓增益A0≥1000（受負(fù)載阻抗影響），故轉(zhuǎn)換斜率陡峭，且輸入信號回差電壓小（≤5mV，受負(fù)載電流影響）。對于許多要求過壓、過流限制的場合，TL431都非常實用，且壓控精度高，溫漂小。

4.3 前級二次穩(wěn)壓

二次穩(wěn)壓的質(zhì)量，對前級放大器的噪聲和溫漂的影響極大。常規(guī)的二次穩(wěn)壓電路中，穩(wěn)壓管的電源抑制比太低，三端穩(wěn)壓器的噪聲太大，其它精密芯片又電路復(fù)雜，而且成本高。

TL431用于二次穩(wěn)壓的典型電路如圖5所示。由該電路構(gòu)成的AVD=1000的程控放大器輸出噪聲電壓小于1mVpp.

4.4 高精度電源

用TL431和三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成高精度電源，是性價比極高的一種方案。

如圖6所示，該電路輸出電壓的精度、調(diào)整率、溫漂完全取決于TL431，發(fā)揮了TL431高精度、高速度、低溫漂的優(yōu)點，同時有充分利用了三端穩(wěn)壓器大功率、大電流輸出及過流、過壓、過熱保護(hù)功能，使得整機(jī)的性能價格比極高。

5 注意事項

5.1 自激

由于TL431是有較高的開環(huán)增益且響應(yīng)速度快，當(dāng)取樣點（R1、R2的連接點）離兩極（K、A）較遠(yuǎn)時，電路容易產(chǎn)生超調(diào)自激，所以在使用時要引起注意。圖4中的C1和圖6中的C17C18E10E11的作用即為抗干擾、抑自激，調(diào)試時要合理選取參數(shù)。

5.2 最小維持電流與最小陰極電壓

由于TL431的內(nèi)部基準(zhǔn)VR是靠陰極電流IK維持，并且低于極間電壓UKA，所以應(yīng)用時要注意：TL431的輸出極截止后，仍必須有大于0.2mA的陰極維持電流；當(dāng)輸出極“飽和”后，極間電壓UKA仍至少大于2.2V。

5.3 取樣電阻

取樣電阻的選材及布放，直接影響到穩(wěn)壓精度和溫度特性，所以必須選用溫度系數(shù)小、噪聲低、功率裕量大的同型號精密電阻，如RJJ等。如圖6中的取樣電阻R10～R21的布放方式，也是一種行之有效的方法。

5.4 耐壓及功耗

由于TL431所能承受的耗散功率較?。ǔＲ?guī)為900mW，少數(shù)廠家的塑封管小于500mW），當(dāng)其在高溫、高壓或大電流條件下使用時，要注意通風(fēng)、散熱和安全性。

6 結(jié)語

大量實驗和長期應(yīng)用證明，TL431確是一片設(shè)計精巧、應(yīng)用方便、性能可靠、性價比較高的穩(wěn)壓基準(zhǔn)，應(yīng)用前景廣闊。