电压基准源TL431 典型应用电路
2008-09-18 09:06
TL431精密可调基准电源有如下特点：稳压值从2.5~36V连续可调;参考电压原误差+-1.0%，低动态输出电阻,典型值为0.22欧姆输出电流1.0~100毫安;全温度范围内温度特性平坦，典型值为50ppm;低输出电压噪声。典型应用电路如下：
1：精密基准电压源(附图1)该电路具有良好的温度稳定性及较大的输出电流。但在连接容性负载时，应特别注意CL的取值，以免自激。
2：可调稳压电源（附图2）Vo可在2.5~36V之间调节。
V0=Vref(1+R1/R2)(Vref=2.5v),由于承受电压与（Vi –Vo）有关，因此压差很大时，R的功耗随之增加。使用时注意。
3：过电压保护电路（附图3）当Vi超过一定电压时，TL431触发，使晶闸管导通，产生瞬间大电流，将保险丝熔断，从而保护后极电路。V保护点=（1+R1/R2）Vref.
4：恒流源电路（附图4----拉电流负载）（附图5---灌电流负载）恒流值与Vref 和外加电阻有关，功率晶体管选用时要考虑余量。该恒流源如与稳压线路配接，
可做电流限制器用。
5：比较器（附图6）它是巧妙的运用了Vref=2.5v这个临界电压。当
Vi
6：电压监视器（附图7）利用TL431的转移特性，组成实用电压监视器。当电压处于上下限电压之间，LED电量，上下限电压分别为（1+R1/R2）Vref和
（1+R3/R4）Vref。
TL431的原理及使用说明 TL431简介 德州仪器公司（TI）生产的TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V 范围内的任何值（如图2）。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管。例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。 上图是该器件的符号。3个引脚分别为：阴极（CATHODE）、阳极（ANODE）和参考端（REF）。 TL431的具体功能可以用如图1的功能模块示意。 图1 由图可以看到，VI是一个内部2.5V的基准源，接在运放的反相输入端。由运放的特性可知，只有当REF端（同相端）的电压非常接近VI（2.5V）时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF端电压的微小变化，通过三极管的电流将从1到100mA变化。当然，该图绝不是TL431的实际内部结构，所以不能简单地用这种组合来代替它。但如果在设计、分析应用TL431的电路时，这个模块图对开启思路，理解电路都是很有帮助的，本文的一些分析也将基于此模块而展开。
图2 前面提到TL431的内部含有一个2.5V的基准电压，所以当在REF端引入输出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。如图2所示的电路，当R1和R2的阻值确定时，两者对Vo的分压引入反馈，若Vo增大，反馈量增大，TL431的分流也就增加，从而又导致Vo下降。显见，这个深度的负反馈电路必然在VI等于基准电压处稳定，此时Vo=(1+R1/R2)Vref。选择不同的R1和R2的值可以得到从2.5V到36V范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2时，Vo=5V。需要注意的是，在选择电阻时必须保证TL431工作的必要条件，就是通过阴极的电流要大于1 mA。 当然，这个电路并不太实用，但它很清晰地展示了该器件的工作原理在应用中的方法。将这个电路稍加改动，就可以得到在很多实用的电源电路，如图3，4。 图3 大电流的分流稳压电路
可调式精密稳压集成电路TL431及应用 * 潘玉成 (宁德职业技术学院,福建福安 355000) 摘要:介绍了TL 431三端可调精密并联稳压器内部结构、工作原理和主要特点,分析了其典型应用电路,并总结了该器件应用时应注意的几个问题. 关键词:TL431;稳压基准;性能;典型应用 中图分类号:TN 453 文献标识码:A 文章编号:1004-2911(2008)01-0051-05 TL431是美国德洲仪器公司(Texas I nstr um ent)开发的一个有良好热稳定性能的三端可调精密电压基准集成电路,其全称是可调试精密并联稳压器,也称为电压调节器或三端取样集成电路.该器件犹如上世纪70年代诞生的555时基芯片一样,价廉物美、参数优越、性能可靠,因而广泛应用于各种电源电路中.此外,TL431与其它器件巧妙连接,还可以构造出具有其它功能的实用电路.现在TL431已成为用途很广、知名度很高的通用集成电路之一,越来越受到电路设计者的欢迎.1 内部结构和工作原理 TL431有三个引出脚,分别为阴极(CATHODE )、阳极(ANODE)和参考端(REF),应用中将这三个引脚分别用K 、A 、R 表示,其中,K 为控制端,A 为接地端,R 为取样端,有些电路图中用1、2、3分别代表R 、A 、K,在电路中的表示符号如图1所示.TL431有两种封装形式:一种为TO -92封装,它的外型和小功率塑封三极管一模一样;另一种为双列直插8脚塑封结构. TL431内部电路如图2所示,它由多极放大电路、偏置电路、补偿和保护电路组成.其中晶体管V 1、V 2构成输入极,V 3、V 4、V 5构成稳压基准,V 6、V 7、V 8、V 9构成差分放大器,V 10、V 11形成复合管,构成输出极,其它一些电阻、电容、二级管分别起偏置、补偿和保护作用,在原理上它是一个单端输入、单端输出的多级直流放大器.其等效功能框图如图3所示,由一个2.5V 的精密基准电压源、一个电压比较器和一个输出开关管等组成,参考端R 的输出电压与2.5V 的精密基准电压源相比较,当R 端电压超过2.5V 第20卷第1期 宁德师专学报(自然科学版) 2008年2月 Journa l o f N i ngde T eachers Co ll ege(N a t ura l Sc i ence) V o l 20 N o 1 Feb .2008 *收稿日期:2007-12-10 作者简介:潘玉成(1964-),男,高级讲师,福建福州人,现从事高校物理教学及研究. E-ma i:l FA PYC@https://www.doczj.com/doc/6f12673454.html,
在一般的隔离电源中，光耦隔离反馈是一种简单、低成本的方式。但对于光耦反馈的各种连接方式及其区别，目前尚未见到比较深入的研究。而且在很多场合下，由于对光耦的工作原理理解不够深入，光耦接法混乱，往往导致电路不能正常工作。本研究将详细分析光耦工作原理，并针对光耦反馈的几种典型接法加以对比研究。 1 常见的几种连接方式及其工作原理 常用于反馈的光耦型号有TLP521、PC817等。这里以TLP521为例，介绍这类光耦的特性。 TLP521的原边相当于一个发光二极管，原边电流If越大，光强越强，副边三极管的电流Ic越大。副边三极管电流Ic与原边二极管电流If的比值称为光耦的电流放大系数，该系数随温度变化而变化，且受温度影响较大。作反馈用的光耦正是利用“原边电流变化将导致副边电流变化”来实现反馈，因此在环境温度变化剧烈的场合，由于放大系数的温漂比较大，应尽量不通过光耦实现反馈。此外，使用这类光耦必须注意设计外围参数，使其工作在比较宽的线性带内，否则电路对运行参数的敏感度太强，不利于电路的稳定工作。 通常选择TL431结合TLP521进行反馈。这时，TL431的工作原理相当于一个内部基准为2.5 V的电压误差放大器，所以在其1脚与3脚之间，要接补偿网络。 常见的光耦反馈第1种接法，如图1所示。图中，Vo为输出电压，Vd为芯片的供电电压。com信号接芯片的误差放大器输出脚，或者把PWM 芯片(如UC3525)的内部电压误差放大器接成同相放大器形式，com信号则接到其对应的同相端引脚。注意左边的地为输出电压地，右边的地为芯片供电电压地，两者之间用光耦隔离。 图1所示接法的工作原理如下：当输出电压升高时，TL431的1脚(相当于电压误差放大器的反向输入端)电压上升，3脚(相当于电压误差放大器的输出脚)电压下降，光耦TLP521的原边电流If增大，光耦的另一端输出电流Ic增大，电阻R4上的电压降增大，com引脚电压下降，占空比减小，输出电压减小；反之，当输出电压降低时，调节过程类似。 常见的第2种接法，如图2所示。与第1种接法不同的是，该接法中光耦的第4脚直接接到芯片的误差放大器输出端，而芯片内部的电压误差放大器必须接成同相端电位高于反相端电位的形式，利用运放的一种特性——当运放输出电流过大(超过运放电流输出能力)时，运放的输出电压值将下降，输出电流越大，输出电压下降越多。因此，采用这种接法的电路，一定要把PWM 芯片的误差放大器的两个输入引脚接到固定电位上，且必须是同向端电位高于反向端电位，使误差放大器初始输出电压为高。
直流稳压电源是任何电子电路试验中不可缺少的基础仪器设备，基本在所有的跟电有关的实验室都可以见到。对于一个电子爱好者来说，直流稳压电源也是必不可少的。要得到一个电源，一般有两种方法：一是购买一台成品电源，这样最为省事：二是自己制作一台电源（因为你是电子爱好者），当然相比于第一种方法会麻烦很多。很显然这篇文章不是教你如何去选购一台直流稳压电源…… 基本的恒压恒流电源结构框图如图1所示。由电压基准源、调整管、误差放大、电压取样以及电流取样组成。电压基准源的作用是为误差放大器提供一个参考电压，要求电压准确且长时间稳定并且受温度影响要小。取样电路、误差放大和调整管三者组成了闭环回路以稳定输出电压。这样的结构中电压基准源是固定的，电压和电流的取样电路也是固定的，所以输出电压和最高的输出电流就是固定的。而一般的可变恒压恒流电源是采用改变取样电路的分压比例来实现输出电压以及最高限制电流的调节。 图1 基本恒压恒流电源框图 图2 基本稳压电源简图
图2中所示的是一个基本输出电压可变的稳压电源简图，可以很明显地看出这个电路就是一个由运算放大器构成的同相放大器，输出端加上了一个由三极管组成的射极跟随器以提高输出能力，因为射极跟随器的放大倍数趋近于1，所以计算放大倍数时不予考虑。输入电压V+通过R1和稳压二极管VD产生基准电压Vref，然后将Vref放大1+R3/R2倍，即在负载RL上的得到的电压为Vref（1+R3/R2），因为R3可调范围是0~R3max，所以输出电压范围为Vref~Vref（1+R3max/R2）。这不就和我们常用的LM317之类的可调稳压芯片一样了，只是像LM317之类的芯片内部还集成了过热保护等功能，功能更加完善，但是也有它的弊端，主要因为它是将电压基准、调整管、误差放大电路都集成在了一个芯片上，因此在负载变化较大时芯片的温度也会有很大的变化，而影响半导体特性的主要因素之一就是温度，所以使用这种集成的稳压芯片不太容易得到稳定的电压输出，这也正是高性能的电压基准都是采用恒温措施的原因，比如LM399、LTZ1000等。 图3 一只正在FLUKE 8808A 五位半数字万用表中“服役”的LM399H 图3是我从FLUKE 8808A五位半数字万用表中拍的恒温电压基准LM399H。扯远了，言归正传（欲了解更多关于电压基准源的知识，请参看以前《无线电》杂志2008年第7期中张利民老师有关电压基准的文章）。这种以改变取样电阻阻值来改变输出电压的稳压电源应用是比较普遍的，图4照片中是我们实验室中大量使用的稳压电源，就是使用调节取样电阻阻值来调节输出电压的，电压电流的显示是使用一片专用的电压测量芯片ICL7107实现的，这种电源价格低廉易于普及，但也有显而易见的缺点，因为进行电压调节的可变电阻经过长时间使用会出现接触不良的情况，这导致的后果是相当严重的，假设你正在将电压从5V慢慢地向6V调整，因为某个点电位器接触不良，相当于电位器开路，从图2可以看出，R3开路的话，输出电压就是能输出的最高电压，那么你心爱的电路板就可能会回到文明以前了。
数控直流电流源 摘要:本文设计了一种数控直流电流源的方案，给出了硬件组成和软件流程及源程序。以STC89C52单片机为核心控制电路，利用12位D/A模块产生稳定的控制电压，12位A/D模块完成电流测量。输出电流范围为20~2000mA，具有“+”“-”步进调整功能，步进为1mA，纹波电流小，LCD同时显示预置电流值和实测电流值，便于操作和进行误差分析。 关键词：STC89C52数控电流源 Numerical Control DCCurrent Source Abstract:This paper introduces a design scheme of numerical control DC current source ,and gives the hardware composition and software flow as well as the source program. UseSTC89C52MCU as the core control circuit. 12 D/A module generates A steady the control voltage and 12 A/D module completes current measurements.The current-output ranges 20 to 2000mA,with "+" and "-" steppingfor 1mA adjustment function and small ripple current. LCD could show presets current value and the measured resultat the same time,for easy operation and error analysis. Keywords:STC89C52 Numerical controlCurrent source 1设计方案的选择 1.1电路综合设计流程
TL431 典型应用电路及稳压电路 TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。他的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Verf（2.5V）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路，可调压电源，开关电源等。 TL431是一种并联稳压集成电路。因其性能好、价格低，因此广泛应用在各种电源电路中。其封装形式与塑封三极管9013等相同。 TL431精密可调基准电源有如下特点：稳压值从 2.5~36V连续可调;参考电压原误差+-1.0%，低动态输出电阻,典型值为0.22欧姆输出电流1.0~100毫安;全温度范围内温度特性平坦，典型值为50ppm;低输出电压噪声。 主要参数 三端可调分流基准源 可编程输出电压:2.5V~36V 电压参考误差：±0.4% ，典型值25℃（TL431B） 低动态输出阻抗:0.22Ω(典型值) 等效全范围温度系数：50 ppm/℃（典型值） 温度补偿操作全额定工作温度范围 稳压值送从2.5--36V连续可调， 参考电压原误差+-1.0%， 低动态输出电阻， 典型值为0.22欧姆，
输出电流1.0--100毫安。 全温度范围内温度特性平坦， 典型值为50ppm， 低输出电压噪声。 封装：TO-92,PDIP-8,Micro-8，SOIC-8,SOT-23 最大输入电压为37V 最大工作电流150mA 内基准电压为2.5V 输出电压范围为2.5~36V 内部结构 TL431的具体功能可以用下图的功能模块示意。由图可以看到，VI是一个内部的2.5V 的基准源，接在运放的反向输入端。由运放的特性可知，只有当REF端（同向端）的电压非常接近VI（2.5V）时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF 端电压的微小变化，通过三极管图1的电流将从1到100mA变化。当然，该图绝不是TL431的实际内部结构，但可用于分析理解电路。 典型应用电路如下： 1：精密基准电压源(附图1)该电路具有良好的温度稳定性及较大的输出电流。但在连接容
上图是一个基准电压源电路，若D6与D5、D4的特性完全一样，那么就有 Vref=Vbe4+(Vd3/Rd3)*Rd2 式中Vbe4是D4的基级与发射极之间的电压，Vd3是D3的电压，为Vbed6-Vbed5。由于这三个管子特性完全相同，那么D5、D6的集电极电压是相等的。所以Vref= Vbe4+(KT/q)* (Rd2/Rd3)*ln(Rd2/Rd1)，这里利用了PN结的电流方程：i=Is(equ/kt -1)【Is为PN结反向饱和电流】 基准稳压电源在电路中的应用是很广泛的，特别是在AD/DA IC中，本想接下来介绍以下比较常见的TL431的，我在学习TL431时，发现它的内部结构电路图，不是我想象的拿么难，觉得有必要把内部结构分析下，纯粹是为了提高自己的模电。 不过我首先得先介绍两个基准电流源： 1> 微电流源： 它的原理图如下： 这里的NPN管的放大倍数β都是>>1的，所以U2管的集电极电流为 Iu2=Iu4=(Ubeu1-Ubeu2)/Ru4 式中Ubeu1-Ubeu2只有几十毫伏，甚至更小，因此只要几千欧的Ru4就可以得到几十微安的Iu2，由于这两管子特性完全相同，所以同样可以利用PN结的电流方程得到： Iu2=(Ut/Ru4)*ln(Iu3/Iu2) 2> 比例电流源 它的原理图如下： 这里的NPN管同样是特性相同的管子。从电路可知 Ubeu0+Iru3*Ru3=Ubeu1+Iru4*Ru4 (1) 根据PN结的电流方程可知
Ubeu0 = Ut * ln(Ieu0/Is), Ubeu1=Ut*ln(Ieu1/Is) 把上两式代入 1 中可得： Iru4*Ru4 = Iru3*Ru3 + Ut*ln(Ieu0/Ieu1)；这里的对数部分可以忽略，因为Ieu0/Ieu1接近于1。 当β>>2时，Icuo=Iru3=Iru2, Icu1=Iru4; 所以 Iru4*Ru4 = Iru2*Ru3 而此式中的Iru2=(Vcc-Ubeu0)/(Ru2+Ru3) 这两个基准电流源的具体分析可以参考童诗白教授和华成英副教授主编的模拟电子技术基础。 TL431内部电路结构： 初看这原理图，发现它使用了两个电流源，左下角使用的是微电流源，中上面使用的是比例电流源。 原理图分析： 首先当阴极CATHODE通电时，a点便有了电压，那么后面的Q10、Q11组成的达林顿管也会导通，但会马上截止【电压稳定后a点电压会为0】，同时Q4，Q1也导通，拿么下面的微电流源就开始工作，这样整个电路的在通电的瞬间开始工作，在微电流源中，由于电流源比较稳定，不管阴极的电压波动多大，它总会因为后面有个稳压管而使得微电流源的电流很稳定，这样b点的电压也就很稳定，进而REF端的电压也很稳定在2.5V ，【至于为什么是2.5V，我觉得没有必要进行具体分析】；由于微电流源工作，所以Q7、Q8都导通，从而上面的比例电流源也开始导通，由于这里的两个电阻都为800，所以也可以把它看成是一个镜像电流源，事实上镜像电流源与比例电流源的原理几乎没有差别。不过这里的Q7我觉得它会饱和，因为集电极端可以等效的认为比基级端接了个800欧的电阻，可能电压没有基级高，Q8处于放大状态。而当比例电流源工作后，Q9会导通，那么a点便又有了电压，这样后面的达林顿管也会导通。这样它会去控制CATHODE端的电压。
基于单片机的数控电压源课程设计 一．系统硬件设计结构框图 本数控直流稳压电源的设计以一稳压电源为基础，以高性能单片机系统为控制核心，以稳压驱动放大电路、短路保护电路为外围的硬件系统，在检测与控制软件的支持下实现对电压输出的数字控制，通过对稳压电源输出的电压进行数据采样与给定数据比较，从而调整和控制稳压电源的工作状态及监测开关电路的输出电流大小。本数控直流稳压电源实现以下功能：键盘可以直接设定输出电压值；可快速调整电压；LCD显示电压值等。 1.1 8051简介 我们采用8051系列的AT89S51作为CPU，AT89S51是一种带4K字节FLASH可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。 1．2 主要特性 1）与MCS-51兼容； 2）8位字长的CPU； 3）可在线ISP编程的4KB片内FLASH存储器，用于程序存储，可擦写1000次； 4） 256B的片内数据存储器，其中高128字节地址被特殊功能寄存器SFR占用；
5）可编程的32根I/O口线（P0～P3）； 6）2个可编程16位定时器； 7）一个数据指针DPTR； 8）1个可编程的全双工串行通信口； 9）具有“空闲”和“掉电”两种低功 耗工作方式； 10）可编程的3级程序锁定位； 11）工作电源的电压为5（1±0.2）V； 12）振荡器最高频率为24MHz； 13）编程频率3 ～24 MHz，编程电流 1mA，编程电压为5V。 1．3芯片引脚排列与名称 DIP封装形式的AT89S51的芯片引脚排 列与名称如图1所示。 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位，并行，图1 AT89S51的芯片引脚排列与名称 漏极开路双向I/O口，作为输出时可驱动8个TTL负载。该口内无上拉电阻，在设计中作为D/A，A/D及液晶显示器的数据口。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，该口在设计中低四位作为键盘输入口，高四位与RST作为在线编程下载口。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收/输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，可作为输入。在作为输出时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。该口在设计中作为D/A，A/D及液晶显示器的控制口。 P3口：P3口管脚是带内部上拉电阻的8位双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流，这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口，如下表1所示： 表1 各端口引脚与复用功能表
TL431的应用 1、介绍 后备式电源的安全运行需要将输入和输出隔离，这种隔离需要保证控制芯片不能直接对输入和输出电压进行侦 测。由于输入控制输出，一个用于控制输出的误差信号必须从输出得到，这篇应用文章主要讨论了一种应用 AS431 和光耦 4N27 实现电压反馈的简单方法。 2、电源电路 图一显示了一种简单的反激调整器，用电流型控制芯片 AS3842 控制输出， AS431 被用来侦测输出电压的参考 和反馈误差放大器，并产生相应得误差放大信号，然后误差电压信号转化成误差电流信号通过光耦 4N27 送到原边。 3、光耦 目前，光耦器件制造厂商在光耦元件的处理以及封装技术上得到了关键的提高，得到更好的传输比（ current transfer ratio CTR ）误差和更长时间的可靠性。 当设计光耦反馈电路的时候，设计人员应该注意到光耦正向二极管的电流，因为它直接关系到器件的电流传输比 CTR 和器件长时间内的可靠性，就像灯丝一样，光耦二极管在遭受较高电流时将老化，损坏。光耦的增益带宽随着 二极管正向电流增加而相应增加，带宽的控制由输出晶体管参数的变化来调制。值得一提的是，输出晶体管基极和 集电极间的米勒电容将使光耦的带宽下降。一个好的光耦反馈环不但需要提高整体可靠性，还需要保证系统的响应 速度。 4、设计实例参考 图二显示了反激电路电压反馈环，为了保证 5V 电压的稳定输出， Vcomp 必须跟随输出电压，输出电压通过两 个 2.5k 的电阻分压，结果送到 AS431 误差反馈网络，误差反馈的输出电压 Vcathode 被转化成与二极管成比例的 电流信号，此处光耦起到隔离原边二次侧的作用，并产生与二极管电流成比例的集电极电流（即光耦的三极管的集电极），因为光耦连接到 Vcomp 脚，光耦输出电流就是 Icomp 电流，在一般运行状态下，更高的输出电流促使 Vcathode 下降，导致流过光耦二极管电流增加，发光二极管发光增强，使得三极管接受到的信号增加，使得集电极 电流增加，即 Icomp 增加，从而使得 Vcomp 下降， Vcomp 下降使得 PWM 占空比减小，输出电压下降。 5、光耦工作电流 此设计实例显示了由最大 Icomp 决定的二极管工作电流，为了得到随着 Icomp 线性变化的 Vcomp ，需要让 Icomp 工作于稍大于最大 Icomp 源极电流的线性工作区。图三显示了其线性工作区
Tl431资料及应用电路 Tl431资料及应用电路 1 TL431的应用资料简介 德州仪器公司（TI）生产的TL431是一是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值（如图2）。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。 左图是该器件的符号。3个引脚分别为：阴极（CATHOD E）、阳极（ANODE）和参考端（REF）。TL431的具体功能可以用如图1的功能模块示意。
由图可以看到，VI是一个内部的2.5V基准源，接在运放的反相输入端。由运放的特性可知，只有当REF端（同相端）的电压非常接近VI（2.5V）时，三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过，而且随着REF端电压的微小变化，通过三极管图1 的电流将从1到100mA变化。当然，该图绝不是TL4 31的实际内部结构，所以不能简单地用这种组合来代替它。但如果在设计、分析应用TL431的电路时，这个模块图对开启思路，理解电路都是很有帮助的，本文的一些分析也将基于此模块而展开。 2. Tl431在恒压电路中的应用
前面提到TL431的内部含有一个2.5V的基准电压，所以当在REF端引入输出反馈时，器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流，控制输出电压。如图2所示的电路，当R1和R2的阻值确定时，两者对Vo的分压引入反馈，若V O增大，反馈量增大，TL431的分流也就增加，从而又导致Vo下降。显见，这个深度的负反馈电路必然在VI等于基准电压处稳定，此时Vo=(1+R1/R2)Vref。选择不同的R1和R2的值可以得到从2.5V到36V范围内的任意电压输出，特别地，当R1=R2时，Vo=5V。需要注意的是，在选择电阻时必须保证TL431工作的必要条件，就是通过阴极的电流要大于1 MA 。 当然，这个电路并不太实用，但它很清晰地展示了该器件的工作原理在应用中的方法。将这个电路稍加改动，就可以得到在很多实用的电源电路，如图3，4。
TL431的几种基本用法电路 作者：疯狂的三极管来源：未知日期：2009-12-22 10:19:52 人气：1096 标签： 导读：TL431作为一个高性价比的常用分流式电压基准，有很广泛的用途。这里简单介绍一下TL431常见的和不常见的几种接法。图(1)是TL431的典型接法，输出一个固定电压值，计算 TL431作为一个高性价比的常用分流式电压基准，有很广泛的用途。这里简单介绍一下TL431常见的和不常见的几种接法。 图(1)是TL431的典型接法，输出一个固定电压值，计算公式是： Vout = (R1+R2)*2. 5/R2， 同时R3的数值应该满足1mA < (Vcc-Vout)/R3 < 500mA 当R1取值为0的时候，R2可以省略，这时候电路变成图(2)的形式，TL431在这里相当于一个2.5V稳压管。 利用TL431还可以组成鉴幅器，如图(3)，这个电路在输入电压 Vin < (R1+R2)*2.5/R 2 的时候输出Vout为高电平，反之输出接近2V的电平。需要注意的是当Vin在(R1+R2)*2. 5/R2附近以微小幅度波动的时候，电路会输出不稳定的值。
TL431可以用来提升一个近地电压，并且将其反相。如图(4)，输出计算公式为： Vout = ( (R1+R2)*2.5 - R1*Vin )/R2 特别的，当R1 = R2的时候，Vout = 5 - Vin。这个电路可以用来把一个接近地的电压提升到一个可以预先设定的范围内，唯一需要注意的是TL431的输出范围不是满幅的。 TL431自身有相当高的增益(我在仿真中粗略测试，有大概46db)，所以可以用作放大器。 图(5)显示了一个用TL431组成的直流电压放大器，这个电路的放大倍数由R1和Rin 决定，相当于运放的负反馈回路，而其静态输出电压由R1和R2决定。 这个电路的优点在于，它结构简单，精度也不错，能够提供稳定的静态特性。缺点是输入阻抗较小，Vout的摆幅有限。 图(6)是交流放大器，这个结构和直流放大器很相似，而且具有同样的优缺点。我正在尝试用这个放大器代替次级运放来放大热释红外传感器的输出信号。
TL431及PC817在开关电源中的应用 TL431功能简介 本设计的基准电压和反馈电路采用常用的三端稳压器TL431来完成，在反馈电路的应用中运用采样电压通过TL431限压，再通过光电耦合器PC817把电压反馈到SG3525的COMP端。 由于TL431具有体积小、基准电压精密可调，输出电流大等优点，所以用TL431可以制作多种稳压器。其性能是输出电压连续可调达36V，工作电流范围宽达0．1～100mA，动态电阻典型值为0．22欧,输出杂波低。其最大输入电压为37V，最大工作电流为150mA，内基准电压为2.5V，输出电压范围为2.5～30V。 TL431是由美国德州仪器（TI）和摩托罗拉公司生产的2.5～36V可调式精密并联稳压器。其性能优良，价格低廉，可广泛用于单片精密开关电源或精密线性稳压电源中。此外，TL431还能构成电压比较器、电源电压监视器、延时电路、精密恒流源等。 TL431大多采用DIP-8或TO-92封装形式，引脚排列分别如图4.26所示。
图中，A为阳极，使用时需接地；K为阴极，需经限流电阻接正电源；UREF是输出电压UO的设定端，外接电阻分压器；NC为空脚。 TL431的等效电路如图所示，主要包括①误差放大器A，其同相输入端接从电阻分压器上得到的取样电压，反相端则接内部2.5V基准电压Uref，并且设计的UREF=Uref，UREF通常状态下为2.5V，因此也称为基准端；②内部2.5CV基准电压源Uref；③NPN型晶体管VT，它在电路中起到调节负载电流的作用；④保护二极管VD，可防止因K-A间电源极性接反而损坏芯片。TL431的电路图形符号和基本接线如图4.27所示。 它相当于一只可调式齐纳稳压管，输出电压由外部精密分压电阻来设定，其公式为(4-16)：
数控直流稳压电源实验报告 学院：信息学院 专业：电气工程与自动化 班级：12自动化班 姓名：陈志强 学号： 3 指导老师：胡乾苗 2014年7月8日 数控直流稳压电源 一、系统初步设计 直流稳压电源框图： 我们只对稳压电路部分进行设计，前三部分利用现成的实验室稳压电源。即 U=实验室稳压电源的输出电压 I 1.1.1 设计任务 设计并制作有一定输出电压调节范围和功能的数控直流稳压电源。 1.1.2 基本要求 （1）输出直流电压调节范围0-15V，纹波小于20mV。 （2）输出电流0-500mA。 （3）稳压系数小于0.2。 （4）输出直流电压能步进调节，步进值为1V。 （5）由“+”、“-”两键控制输出电压步进值的增或减。 （6）用数码管显示输出电压值，当输出电压为15V时，数码管显示为“15”。 1.2基本工作原理 1.2.1 串联型稳压电路
稳压电路较常用的串联型线性稳压电路具有结构简单、调节方便、输出电压稳定性强、纹波电压小等优点，其原理图如图1所示。输入电压为整流滤波电路的输出电压。稳压电路的输出电压为： （1-1） 由式（1-1）可知输出电压与基准电压为线性关系，当改变UZ 的大小，则输出电压也将发生变化。如果此基准电压时一个数控基准电压，则此稳压电路就可以构成一个数控的稳压电源。 图1 串联稳压电路原理图 1.2.2 数控基准电压源 数控基准电压源的原理框图如图2所示。数控基准电压源的电压大小可以通过可逆计数器预置数据，计数器的内容对应于稳压电源的输出电压，同时该计数值经译码显示电路，显示当前稳压电源的输出电压。计数器的输出送至D/A 转换器，转换成相应的电压，此电压去控制稳压电源的输出，使稳压电源的输出 电压以1V 的步进值增或减。 图2 数控基准电压源框图 1.2.3 数字直流稳压电源总框图 图3 数字直流稳压电源总框图 二．单元电路设计系统 单脉冲通常可以用按键产生，实际的电路有多种形式，可以由门电路构成，也可以由集成单脉冲触发器构成。 按键闭合：C 充电，τ充=R 1C ，按键断开：C 放电，τ放=R 2C ，G ：施密特触 1 2 2()N O U U R R R =+1 2 2 ()P U R R R =+ U 'O
TL431基准发生器稳压原理及应用 如图1是TL431的框图。一般情况下，使用时CATHODE端通过一个电阻接到电源正或调整管上，ANODE端接到电源地，REF端则一般通过分压电阻进行采样。TL431是一个名义 ＝2.500V（名义值），当REF端的电压与之相等电压为2.5V的电压基准，亦即图1中的V REF 时，电路工作稳定，即三极管电流稳定不变----这时电路是通过控制内部的调整管（即三极管）工作电流的大小来达到稳压的目的。 图1 如图2是TL431的基本应用图。正常情况下，应当在R EF与CATHODE之间接一个电容，以确保电路的工作稳定。电路的控制效果通过控制TL431内部的受控程度在一定范围内的三极管的电流来达到稳定电压V 的目的（其反馈过程，请自己尝试画出来）。我们注意到， O 端上的负载并联的，所以，称之为并联稳压器。 TL431的这个三极管实际上是和接在V O 事实上，如果将图中的R1、R2和TL431合成一个整体，那么我们就不难发现它和一个稳压二极管所处的位置和作用是完全相同的。平时，你觉得稳压管是并联稳压的器件吗？如果没觉得，就得清醒一下了。也许用稳压管的稳压电路你很熟悉，也没觉得它有什么，不过不能让人换个名称叫做并联稳压（电路）就给搞糊涂了。 图2 图片链接：TL431框图.gif TL431的基本应用1.gif 附注： 这里名义值的意思是，生产这个产品时的控制目标就是2.500V，但实际产品可能存在或高或低一些的偏差，因此，我们虽然叫它是2.500V稳压器，但实际上并不保证它一定准确地输出2.500V。当然，误差范围是确定的，如数据表中给出了在一定温度范围内的最大值和最小值。关于误差的概念大家不要小看，这是个可以很简单也可以很复杂的问题。今后要讲到的。
一、项目参加人员、负责内容以及技术特长： 二、项目背景 数控直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多, 在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中，都是由220V 的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。 电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。 随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。随着人们生活水平的不断提
摘要：分析了TL431的工作原理，整理了技术指标，论述了四个方面的典型应用，总结了使用注意事项，并以详尽的图表证明，该芯片参数优越，性能可靠，应用前景广阔。 关键词：TL431 稳压基准性能应用 1 引言 TL431是TL、ST公司研制开发的并联型三端稳压基准。由于其封装简单（型如三极管）、参数优越（高精度、低温漂）、性价比高（民品1.3～1.5元/只），近年来在国外已经得到了广泛应用。 从1988年获得该器件的第一手资料开始，我们就对该器件给予了关注。通过大量的实验和多年的应用证明，该器件犹如七十年代诞生的555时基芯片一样，价廉物美、参数优越、性能可靠、应用方便、值得推广。尤其是在民品开发中，大有用武之地。 2 工作原理 该芯片的内部等效电路如图1所示。其中V1V2构成输入级，V3V4V5构成稳压基准，V6V7V8V9构成差分放大器，V10V11形成复合管，构成输出级。D1D2均为反向极向保护。引线端子1为参考电压输入端R，2为公共阳极端A，3为输出阴极端K。 其等效功能框图如图2(a)所示。其中VR为基准电压（VR=2.5V），A为同相放大器，V为并联型调整管（总增益A0≥1000倍），W为馈电支路。其封装引脚如图2(b)，电路符号如图2(c)所示。 3 技术指标
TL431的电气参数见表1。 表1 TL431电气参数 附注：①上表是综合多个生产厂家提供的参数及实测数据（＊）而制。 ②TL431尾缀字母表示产品级别及工作温度范围，C 为商业品（－10℃～＋70℃），I 为工业品 （－40℃～＋85℃），M 为军品（－55℃～＋125℃）。 该器件的主要技术指标为： ●基准电压温漂小：≤±50p pm ／℃； ●基准电压精度高：2.5V±1％； ●输出噪声电压低：≤100μVpp ； ●稳压范围宽：(2.5～36)V 连续可调； ●负载电流范围大：(1.0～100)mA 。 4 典型应用实例 4.1 稳压基准 许多稳压基准的负载能力都很小，端电压调节也不方便，而由TL431构成的稳压基准温漂小，又有相当的负载能力，且输出电压连续可调，电路简单。其典型接线如图3所示，输出电压由下式确定： U0=[1+(R1/R2)]·VR (VR=2.5V) 其电压调节范围为2.5V ～36V ，当R1短路或R2断路时，Uo=VR=2.5V ；电流动态范围为0～[(Ui －Uo)/R0－1]mA 。该电路还可以很方便地加入一只扩流管即构成一个性能优良的稳压电源。
数控稳压电源设计的文献综述 电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域[1]。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件[2]。 1.稳压电源的发展史 稳压电源就是其输出电压相对稳定，它与人们的日常生活密切相关 , 也称为稳定电源、稳压器等。随着电子技术发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，对稳压电源的要求更加灵活多样。电子设备的小型化和低成本化，使稳压电源朝轻、薄、小和高效率的方向发展。设计上，稳压电源也从传统的晶体管串联调整稳压电源向高效率、体积小、重量轻的开关型稳压电源迅速发展[3]。 2.稳压电源的分类 日常工作中，电子工程师通常根据稳压电源中稳压器的稳定对象，把稳压器分为直流稳压器和交流稳压器两种[4]。 直流稳压电源分为：（1）化学电源 （2）线性直流稳压电源 (LPS) （3）开关型直流稳压电源 交流稳压电源分为：（1）参数调整（谐振）型 （2）自耦（变比）调整型 （3）开关型交流稳压电源
3.直流稳压电源国内外状况 在我国，以电子学为核心技术的电源产业，从二十世纪60年代中期到了90年代以来，电源产业进入快速发展时期，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业向更高灵活性和智能化方向发展。如今国内已经出现了一款全新电路DPS-305C全数字化直流电源，开发编程直流电源并不算高科技，但是要想保证同样的功能前提下大大降生产成本却是很艰难的技术难题，而深圳宏盛电源运用低巧妙的电路结构大大降低了数字电源的成本，在实现同样的功能下，价格比通常的编程直流电源低了很多，是替代普通旋钮直流电源的理想直流电源。 但是我国直流稳压电源产业与发达国家相比，存在着很大的差距和不足，在电源产品的可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、智能化、持续创新能力等方面有很大差距，尤其在实现直流稳压电源的智能化、网络化方面的研究不是很多。国内厂家生产的直流稳压电源虽然也在向数字化方向发展，但多限于对输出显示实现数码显示，或实现多组数值预置。总体说来，国内直流稳压电源制造技术在实现智能化等方面相对落后，面对激烈的国际竞争，是个严重的挑战。 4.稳压电源的设计方案 方案1：采用模拟的分立元件，利用纯硬件来实现功能，通过电源变压器、整流滤波电路以及稳压电路，实现稳压电源稳定输出电压并能可调输出电压[5]。但由于模拟分立元件的分散性较大，各电阻电容之间的影响较大，因此所设计的指标不高、不符合设计要求、且使用的器件较多、连接复杂、灵活性差、功耗也大，同时焊点和线路较多，使成品的稳定性和精度受到影响。 方案2：此方案采用传统的调整管方案，主要特点在于使用一套双计数器完成系统的控制功能，其中二进制计数器的输出经过D／A变换后去控制误差放大的基准电压，以控制输出步进。十进制计数器通过译码后驱动数码管显示输出电压值，为了使系统工作正常，必须保证双计数器同步工作[6]。 方案3：此方案不同于方案2之处在于使用一套十进制计数器，一方面完成电压的译码显示，另一方面其输出作为EPROM的地址输入，而由EPROM的输出经D／A变换后控制误差放大同步的问题，但由于控制数据烧录在EPROM中，使系统设计灵活性降低[7]。 方案4：此方案采用51系列单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值，从而使开关控制电源输出电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，经过ADC0809进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理[8]。利用单片机程控输出数字信号，经过D／A转换器输出模拟量，再经开关电源控制电路，使得输出电压达到稳压的目的。单片机系统还兼顾对恒压源进行实时监控，输出电压经过电流／电压转变后，通过A／D转换芯片，实时把模拟量转化为数据量，经单片机分析处理，经过数据形式的反馈环节，使电压更加稳定，构成稳定的压控电压源[9]。
课程设计说明书 课程名称：模拟电子技术课程设计 题目：数控直流稳压电源设计 学生姓名： 专业：电子信息工程 班级：电信10-2 学号： 指导教师： 日期： 2012 年 11 月 23 日
数控直流稳压电源设计 一、设计任务与要求 1．功能与主要技术指标 ⑴输出电压：0∽9．9V步进可调，调整步距0．1V； ⑵输出电流：≤500mA； ⑶精度：静态误差≤1%FSR，纹波≤10mV； ⑷显示：输出电压值用LED数码管显示； ⑸电压调整：由“+”、“-”两键分别控制输出电压的步进增减； ⑹输出电压预置：输出电压可预置在0∽9．9V之间的任意一个值； ⑺其它：自制电路工作所需的直流稳压电源，输出电压为±15V，+5V； 2．数控直流稳压电源组成框图之一 操作人员通过按键对系统发出电压调整指令，该指令与输出电路的状态信号一起送入数控部分电路，经过处理后产生符合指令要求的输出电压信号，并经输出电路功率驱动后输出。当输出电路的输出电流超过极限值时，由过流保护电路产生的信号送入数控电路，关闭系统的电压输出，对系统的输出电路进行保护。另外，数控部分还产生显示信息送入显示电路，将输出电压或其它信息报告给操作人员。 图1 提示： ⑴用可预置的加减计数器和D/A实现电压预置和电压步进控制；
⑵用集成运放实现功率扩展或用三端集成稳压电源； ⑶可用电压比较器实现过流控制； 二、方案设计与论证 根据设计任务要求，数控直流稳压电源的工作原理框图如上图1所示。主要包括这几部分：自制稳压电源、数控部分电路、显示电路、模拟/数字转换电路（D/A变换器）、过流保护及输出电路部分。数字控制部分用“+”、“-”按键控制可逆计数器，计数器的输出输入到D/A变换器，经D/A器转换成相应的电压，此电压经过放大到合适的电压值后，去控制稳压电源的输出，使稳压电源的输出电压以0.1V的步进值增减。 方案一：采用7805构成直流电源 采用7805构成直流电源的电路如图2所示，改变RP阻值使7805的公共端的电压在-5V到10V之间可调，则7805的输出端电压就可实现0－15V之间可调了。这种方案是利用了7805的输出端与公共端的电压固定为+5的特性来设计的。但存在不好数控的问题。 图2 方案二：采用串联型稳压电路 采用串联型稳压电路的原理图如图3所示，数控基准电压源的电压大小可以通过可逆计数器进行数据设置，计数器的内容对应于稳压电源的输出电压，同