TL431三端可調(diào)基準(zhǔn)電壓芯片的工作原理

TL431是由德州儀器生產(chǎn)的一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)基準(zhǔn)電壓芯片。它的輸出電壓可調(diào)，(在電源電壓足夠的情況下)只需用兩個(gè)電阻就可以設(shè)置為2…5V~36V范圍內(nèi)的任何值。在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。

上圖是TL431原理圖符號(hào)與簡明內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

它內(nèi)部具有一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電壓，接在運(yùn)放的反相輸入端;參考端(R)接在運(yùn)放的同相輸入端。運(yùn)放相當(dāng)于一個(gè)放大器，會(huì)把同相輸入端與反向輸入端的電壓差放大很多倍。正常情況下參考端的電壓總是2.5V左右。如果參考端的電壓變大，那么運(yùn)放的輸出端電壓也會(huì)升高，導(dǎo)致流過三極管的電流增大，也就是流入TL431的電流變大了，或者說TL431的等效電阻變小了。合適的外部電路能夠利用這一點(diǎn)，讓參考端(R)的電壓變小，形成負(fù)反饋。例如下圖：

假設(shè)采樣電路沒有變化，由于某些意外原因?qū)е铝溯敵鲭妷篤o變大，那么由Vo分壓得到的參考端電壓也變大，導(dǎo)致TL431等效電阻變小。由R1與R2組成的取樣電路電阻之和常常是10K以上，電流通常不到1mA，我們把它忽略不計(jì)，則限流電阻R3與TL431的關(guān)系近似于串聯(lián)。所以輸出電壓Vo等于TL431上分?jǐn)偟碾妷?，TL431阻值變小，所以Vo變小。因此，此電路依靠負(fù)反饋調(diào)節(jié)，把TL431參考端的電壓限制在2.5V左右。

在R1與R2組成的取樣電路中，流向TL431的電流是微安級(jí)別，忽略不計(jì)。R2上的電壓總是2.5V，所以用串聯(lián)電路的分壓公式可以求出輸出電壓與R1，R2阻值的關(guān)系：

確定R1與R2的阻值就能計(jì)算出輸出電壓的值。在電路中不存在R1的時(shí)候，Vo是最小值2.5V。Vo最大不會(huì)超過VCC。

如果把R1或R2設(shè)置為可調(diào)的電阻，就能做出輸出可調(diào)的線性穩(wěn)壓電路。并聯(lián)電容可以改善輸出電壓的質(zhì)量。限流電阻R3的作用是把流過TL431的電流限制在1mA~100mA的范圍內(nèi)。限流電阻的阻值與電流計(jì)算公式與穩(wěn)壓二極管電路相似：

如果電路無需帶負(fù)載，例如作為參考電壓，R3的阻值可以大一些;如果需要負(fù)載需要較大電流，流過限流電阻的電流=流過穩(wěn)壓管的電流+流過負(fù)載的電流，限流電阻上的相當(dāng)一部分電流會(huì)以發(fā)熱的形式白白浪費(fèi)掉。

實(shí)際上此電路用作電源的場合較少。由于TL431可以通過分壓電阻配出不同的電壓，且這個(gè)電壓幾乎不受電源電壓的影響，所以常常用于產(chǎn)生參考電壓。比如電子秤用電池供電，新電池與快沒電的電池電壓是不一樣的，所以電池的電壓不能作為參考，此時(shí)就可以用TL431作為基準(zhǔn)電壓。