سلام به همه همراهان آکادمی اسمارت کامپ! امیدواریم حال همه شما عالی باشه. در این مقاله قصد داریم جزییات مربوط به تراشه تنظیم کننده شانت دیودی قابل برنامه ریزی به شماره TL431 را به شما توضیح دهیم. TL 431 دیود تنظیم کننده شنت قابل برنامه ریزی است که دارای سه پایه است. این قطعه الکترونیکی در واقع یک دیود با ضریب دمای پایین است و می تواند از ولتاژ مرجع (Vref) تا 36 ولت با اتصال 2 مقاومت خارجی برنامه ریزی شود. TL 431 دارای امپدانس 0.22 اهم و دارای محدوده جریان از 1 میلی آمپر تا 100 میلی آمپر است. در چندین کاربرد مختلف دیودهای زنر را می توان با دیود TL 431 به دلیل کارایی آن جایگزین کرد. این کاربردها شامل منابع تغذیه، مدارهای تقویت کننده عملیاتی (Op-amp) و ولت مترهای دیجیتال است. TL-431 می تواند به عنوان مرجع ولتاژ مثبت یا منفی استفاده شود زیرا به عنوان تنظیم کننده شنت عمل می کند. TL-431 دارای نویز ولتاژ خروجی کم است. بدون سرب (Pb)، بدون هالوژن و سازگار با RoHS است. جزئیات بیشتر در مورد TL 431 شامل ویژگی ها و پیکربندی پایهه ای آن در ادامه این آموزش توضیح داده خواهد شد.

مقدمه ای بر TL431

TL431 یک دیود تنظیم کننده شنت است و از این رو می توان از آن به عنوان مرجع ولتاژ مثبت یا منفی استفاده کرد. نویز ولتاژ خروجی پایینی دارد. TL-431 را می توان با دیودهای زنر در بسیاری از کاربردها جایگزین کرد. ولت متر دیجیتال، مدار تقویت کننده عملیاتی، منابع تغذیه و غیره. TL-431 در شکل زیر نشان داده شده است.

1. پایه های  TL431

TL-431 در مجموع دارای سه پایه است یعنی مرجع، آند و کاتد.

هر سه پایه به همراه نماد آنها در جدول زیر آورده شده است.

2. پیکربندی پایه های TL431

دیاگرام پایه های هر قطعه الکترونیکی که به درستی برچسب گذاری شده باشد، باعث اطلاعات بیشتر برای کاربر می شود.

نمودار کامل پایه بندی، نمایش نمادین و تصویر واقعی TL-431 در شکل زیر نشان داده شده است.

3. بسته بندی های TL431

TL-431 دارای دو نوع مختلف بسته SOT-23(3) و SOT-23(5) است.

هر دوی این بسته ها به همراه ابعاد و شماره قطعه در جدول زیر آورده شده است.

4. شماتیک TL431

نمودار شماتیک داخلی یک قطعه الکترونیکی به ما کمک می کند تا عملکرد داخلی آن را بهتر درک کنیم.

5. رتبه بندی TL431

میزان جریان، ولتاژ و توان هر قطعه الکترونیکی، توان مورد نیاز آن را نشان می دهد، یعنی اینکه چقدر جریان و ولتاژ برای کارکرد آن کافی است.

6. کاربردهای TL431

کاربردهای زیادی در ارتباط با TL-431 وجود دارد، تعدادی از برنامه های کاربردی واقعی TL 431 در زیر آورده شده است.

نظارت بر ولتاژ

مقایسه کننده با مرجع یکپارچه

مرجع ولتاژ قابل تنظیم

تعویض زنر

مرجع جریان قابل تنظیم

 برخی کاربردها به همراه شکل:

الف) ساخت ولتاژ مرجع:

شبیه رگولاتور دیود زنر، R به K متصل است.

نسبت به دیود زنر دمای پایدارتری دارد. ما باید مقادیر مقاومت R1 را انتخاب کنیم تا Ik را بین 20 و 40 میلی آمپر محدود کنیم.

جریان الکتریکی از طریق R1 و تراشه به زمین می گذرد. TL431 ولتاژ ثابتی را در 2.5 ولت در دو سر آن حفظ می کند.

جریان خروجی تقریباً IR1 است (جریان از طریق R1). زیرا IK (جریان از طریق آی سی) بسیار کوچک است.

ما می توانیم IR1 یا Iout را به راحتی پیدا کنیم.

IR1 = (Vin – Vout) / R1

IR1 = (12V – 2.5V) / 330Ω = 0.0287 A

ب) ساخت ولتاژ متغیر:

Vout = (1 + R1/R2) * Vref

= {1+(10K/39K)} * 2.5V = 3.141 V

ولتاژ خروجی TL431 را با مقاومت تقسیم کننده R1 و R2 تنظیم کنید.

ج) ساخت ولتاژ 5 ولت

ولتاژ خروجی 5 ولت است. جریان خروجی به Vin بستگی دارد. Vin  از 11 ولت تا 18 ولت متغیر است. 

Iout = (Vin – VK) /R1

اگر Vin =12 ولت باشد: 

Iout= (12-5V) / 330 = 21mA. 

اگر Vin= 18 ولت باشد: 

Iout= (18-5V) / 330 = 39mA. 

Iout  به 39 میلی آمپر افزایش می یابد.

اگر ولتاژهای دیگر را نیاز داشته باشیم، می توانیم R2 و R3 را مطابق فرمول بالا تغییر دهیم. C1، C2 و C3 برای فیلتر ولتاژ DC و حفظ نویز کم و ریپل کم استفاده می شود.

د) ساخت ولتاژ قابل تنظیم در خروجی

در مدار بالا از یک پتانسیومتر 100K برای تنظیم ولتاژ مرجع استفاده می کنیم. اگر خروجی 5 ولت می خواهید، VR1 را در حدود مرکز تنظیم کنید. بنابراین، این آی سی از دیود زنر برای ولتاژ مرجع متغیر پایدارتر عمل می کند. 

ه) ساخت رگولاتور سری به کمک TL431

معمولاً TL431 فقط جریان کمتر از 100 میلی آمپر را ارائه می دهد. اما اگر به جریان بالاتری مانند 500 میلی آمپر، 1 آمپر، 3 آمپر و غیره نیاز داشته باشیم. می توانیم از ترانزیستور عبور سری برای افزایش جریان استفاده کنیم، با این کار رگولاتور شنت خود را به رگولاتور سری تبدیل می کنیم.

در مدار زیر، ولتاژ خروجی 5 ولت در حدود 0.5 آمپر است.

Q1:

ما ترانزیستور BD139، با مشخصه NPN، ولتاژ 80 ولت و جریان 1.5A را انتخاب می کنیم. مینیمم ضریب بهره جریان آن یعنی hFE حدود 100 است. 

افت ولتاژ در B-E ترانزیستور Q1 حدود 0.6 ولت. ولتاژ بیس (VB) ترانزیستور باید تا حدود 0.6 ولت تنظیم شود.

به عنوان مثال، اگر خروجی 5 ولت باشد، ولتاژ بیس باید 5.6 ولت باشد.

R3:

جریان عبوری از R3 جریان بیس (IB) Q1 است.

از آنجایی که جریان عبوری از K-A  تراشه بسیار کم است. بنابراین ما فقط IB را در نظر می گیریم.

اما IB نباید بیش از 40 میلی آمپر باشد.

IB = IC/hFE

می دانیم:

IC = Iout = 0.5A, hFE = 100

 IB = 0.5A / 100 = 5mA

R3 = (Vin-VB)/IB

می دانیم:

Vin = 12V, VB = 5.6V, IB = 5mA

 R3 = (12V-5.6V)/5mA= 1.28K

اما به جای آن یک مقاومت 1K انتخاب می کنیم. بنابراین، جریان IB به حدود 7 میلی آمپر افزایش یافت.

همچنین مقاومت های R1 = 12K و R2 = 10K را انتخاب می کنیم. سپس، محاسبه می کنیم تا ولتاژ خروجی را پیدا کنیم.

Vout = 1+ (R1/R2) * Vref

اگر: R1, R2 = 10K, Vref = 2.5V

 Vout = 1 + (12K/10K) * 2.5V = 5.5V

و) مدار آشکارساز 2.5V با استفاده از TL431

گاهی اوقات TL431 را در یک مدار خارج کرده و نمی دانید آیا این تراشه سالم است یا معیوب؟ در زیر مداری را مشاهده می کنید که برای تست صحا TL431 ارایه شده است.

این "مدارتست" مدار آشکارساز ولتاژ 2.5 ولت است.

جریان از طریق R1 و پتانسیومتر VR1 به زمین عبور می کند، این دو مقاومت فقط یک تقسیم کننده ولتاژ هستند. 

در ابتدا، VR1  روی کمترین تنظیم می شود، به این معنی که ولتاژ نیز پایین ترین است. در همان زمان، LED  خاموش می شود.

سپس، VR1  را به گونه ای تنظیم می کنیم تا ولتاژ از 2.5 ولت بالاتر رود. جریان می تواند از K تا A عبور کند و باعث روشن شدن LED1 شود.

R2 مقاومتی است که جریان محدود کننده برای LED1 را ایجاد می کند.

ز) مدار محافظت از ولتاژ بیش از حد به کمک TL431

همانطور که از نام آن پیداست، مدار از ولتاژهای بالا محافظت می کند و جبران دما را برای تراشه های آنالوگ انجام می دهد. تجهیزات با این مدار در خروجی اشان به طور خودکار زمانی که ولتاژ ورودی از حدی فراتر رود، قطع می شود. مرجع های ولتاژ مقایسه کننده متعادل IC به عنوان یک دیود زنر قابل تنظیم در دمای پایین عمل می کنند. به علاوه، می توانید آن را با کمک دو مقاومت خارجی از Vref تا 36 ولت برنامه ریزی کنید.

این مدار دارای محدوده جریان قابل توجهی از 1.0 میلی آمپر تا 100 میلی آمپر برای عملیات و امپدانس دینامیکی معمولی 0.22 وات است. بنابراین، هنگامی که Vi از حد تعیین شده ولتاژ بازخورد عبور می کند، TL431 را راه اندازی می کند. در حالی که این اتفاق می افتد، تریستور روشن می شود تا جریان ضربانی قابل توجهی تولید کند. این جریان با تنوع بیشتر، فیوز را برای محافظت از مدار پشت سرش می سوزاند. از این رو، نقطه حفاظتی V برابر است با (1+R1/R2)Vref.

ح)

طرح های منبع تغذیه سوئیچینگ نسل قبلی دارای سیستمی بود که کار یکسانی را انجام می داد و آن هم اینکه TL431 پس از تقویت خطا، جریان خروجی را به ترمینال ورودی جریان متناوب ارسال می کرد. با این حال، امروزه فناوری اخیر به اکثر منابع تغذیه سوییچینگ اجازه می دهد تا طرح جدیدی را اتخاذ کنند.

در اینجا، TL431 خروجی را به عنوان بازخورد ولتاژ ارسال می کند تا بتواند خطا را تقویت کند. سپس، TL431 بخش ساطع کننده نور اپتوکوپلر را تحریک می کند. با این کار می توانید بازخورد ولتاژ را از اپتوکوپلر دریافت کنید. همچنین، می توانید از آن برای تنظیم زمان حالت جریان کنترلر PWM استفاده کنید. بنابراین، ولتاژ خروجی جریان مستقیم را ثابت می کند.