模拟信号链电路——基于TL431的电压基准电路

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一、TL431介绍

1、TL431工作原理

(1)TL431是比较经典的基准电压源芯片,其内部的原理简化图如下左图所示(实际原理图会复杂得多),它在电路中的符号与稳压二极管类似,阴极和阳极在符号上的定义是一致的,而TL431在旁侧会多一个参考电压的引脚。

(2)TL431的应用电路如下右图所示,参考引脚和阴极相接,并串接一个电阻与电源输入端相连。

①初始状态,可认为输入电压等于VREF(2.5V),当VREF大于电压基准时,三极管基级电压为高电平,三极管导通,阴极与阳极短路,VREF受GND影响将会下降。

②当VREF小于电压基准时,三极管基级电压为低电平,三极管关断,VREF受输入电压影响将会上升。

③以此往复,最终VREF会在电压基准附近小幅度反复横跳,趋于稳定,不过这个过程完全由模拟电路实现,所以稳定下来是非常快的。

(3)对TL431的应用电路做修改,可以输出2.5V以外的电压,如下图所示,主要思路为串联电阻分压,其中IREF一般很小,可以忽略。需要注意的是,按照此种接法只能输出2.5V及以上的电压,且受限于芯片能力,最大只能输出36V的电压。

2、TL431的型号与参数对应关系

二、TL431常用电路

1、2.5V电压基准电路

(1)下图所示的是2.5V电压基准电路的原理图。TL431的Ref和阴极连接,直接作为2.5V电压基准源,在VOUT输出。

(2)在使用的过程中,只需要根据实际的输入电压和灌电流计算电阻R1的阻值,保证灌电流在1mA至100mA之间,电源电压小于36V即可。

(3)在实际应用中,电压基准往往还要作为电源使用(因此它也属于电源管理电路的分类),输出电流会更大,仅仅依靠TL431无法满足需求。

2、5V电压基准电路

(1)下图所示的是5V电压基准电路的原理图。

①TL431的输出是达林顿管结构,在其输出级并联一个大功率三极管Q11,即可提高输出电流上限,但三极管的选型需要特别注意,必须考虑功耗、散热等因素。

②输出电压可通过调整电阻R15和R16的阻值进行调节。

(2)在使用的过程中,需要保证电阻R14能够向TL431提供大于1mA的阴极电流,满足三极管Q11输出最大电流时所需要的基极电流。

3、TL431延时启动电路

(1)下图所示的是TL431延时启动电路的原理图。

①当开关SW1闭合时,TL431的Ref引脚电平被拉低至GND,TL431关断,LED1不被点亮。

②当开关SW2开通时,12V电源对电容C5充电,当C5两端电压大于2.495V时,TL431导通,LED1被点亮。

(2)开关SW2开通时,电容C5的充电时间就是延时启动时间,通过调节电阻RP2的阻值或电容C5的容值,可调整延时启动时间

三、分立元件搭建电压基准电路

TL431内部设定的基准电压源为2.5V,因此无法实现小于2.5V的电压基准输出,但可以使用分立元件搭建电压基准电路,通过设定电路参数,实现小于2.5V的电压基准输出,如下图所示

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