Ενδείξεις και διατάξεις σηματοδότησης σε ρυθμιζόμενη δίοδο Zener TL431

Ο ενσωματωμένος σταθεροποιητής TL431 χρησιμοποιείται κυρίως σε τροφοδοτικά. Ωστόσο, για αυτό μπορείτε να βρείτε πολλές περισσότερες εφαρμογές. Μερικά από αυτά τα συστήματα παρέχονται σε αυτό το άρθρο.

Αυτό το άρθρο θα μιλήσει για απλές και χρήσιμες συσκευές με χρήση Τσιπ TL431. Αλλά σε αυτή την περίπτωση, δεν πρέπει να φοβάστε τη λέξη "μικροκυκλώματα", έχει μόνο τρία συμπεράσματα και εξωτερικά μοιάζει με ένα απλό τρανζίστορ χαμηλής ισχύος στο πακέτο TO90.

Πρώτα μια ιστορία

Έτσι συνέβη ότι όλοι οι ηλεκτρονικοί μηχανικοί γνωρίζουν τους μαγικούς αριθμούς 431, 494. Τι είναι αυτό;

Τα TEXAS INSTRUMENTS ήταν στην πρώτη γραμμή της εποχής των ημιαγωγών. Όλος αυτός ο χρόνος είναι στην πρώτη θέση στον κατάλογο των παγκόσμιων ηγετών στην παραγωγή ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, κρατώντας σταθερά την πρώτη δεκαετία ή, όπως λένε πιο συχνά, στην παγκόσμια κατάταξη TOP-10. Το πρώτο ολοκληρωμένο κύκλωμα δημιουργήθηκε το 1958 από τον Jack Kilby, υπάλληλο της εταιρείας.

Τώρα η TI παράγει ένα ευρύ φάσμα μικροκυκλωμάτων, το όνομα του οποίου αρχίζει με τα προθέματα TL και SN. Αυτά είναι αντίστοιχα αναλογικά και λογικά (ψηφιακά) μικροκυκλώματα, τα οποία έχουν εισέλθει για πάντα στην ιστορία του TI και εξακολουθούν να βρίσκουν ευρεία εφαρμογή.

Μεταξύ των πρώτων στον κατάλογο των "μαγικών" τσιπ θα πρέπει πιθανώς να ληφθούν υπόψη ρυθμιζόμενος ρυθμιστής τάσης TL431. Στην περίπτωση των τριών ακίδων αυτού του μικροκυκλώματος, 10 κρυσταλλολυχνίες είναι κρυμμένα και η λειτουργία που εκτελείται από αυτήν είναι η ίδια με μια συμβατική δίοδος zener (δίοδος Zener).

Αλλά λόγω αυτής της επιπλοκής, ο μικροκυκλώτης έχει υψηλότερη θερμική σταθερότητα και αυξημένα χαρακτηριστικά κλίσης. Το κύριο χαρακτηριστικό του είναι ότι με εξωτερικό διαιρέτη η τάση σταθεροποίησης μπορεί να αλλάξει σε 2,5 ... 30 V. Για τα πιο πρόσφατα μοντέλα, το κατώτατο όριο είναι 1,25 V.

Το TL431 δημιουργήθηκε από τον TI υπάλληλο Barney Holland στις αρχές της δεκαετίας του εβδομήντα. Στη συνέχεια ασχολήθηκε με την αντιγραφή του τσιπ σταθεροποίησης μιας άλλης εταιρείας. Θα λέγαμε να σκίζει, να μην αντιγράφει. Έτσι, η Barney Holland δανείστηκε μια πηγή τάσης αναφοράς από την αρχική μικροκυκλοφορία και στη βάση της δημιούργησε ένα ξεχωριστό μικροκυκλωμα σταθεροποιητή. Αρχικά ονομάστηκε TL430, και μετά από κάποιες βελτιώσεις ονομάστηκε TL431.

Έκτοτε, έχει περάσει πολύς χρόνος, και τώρα δεν υπάρχει ούτε και μόνο τροφοδοτικό υπολογιστή, οπουδήποτε βρίσκει εφαρμογή. Επίσης, βρίσκει εφαρμογή σε σχεδόν όλα τα τροφοδοτικά χαμηλής κατανάλωσης. Μία από αυτές τις πηγές είναι τώρα σε κάθε σπίτι, είναι φορτιστή για κινητά τηλέφωνα. Μια τέτοια μακροβιότητα μπορεί να είναι απίστευτη. Το σχήμα 1 δείχνει το λειτουργικό διάγραμμα του TL431.

Σχήμα 1. Λειτουργικό διάγραμμα του TL431.

Η Barney Holland δημιούργησε επίσης το τσιπ TL494 όχι λιγότερο διάσημο και ακόμα σε ζήτηση. Πρόκειται για ένα PWM ελεγκτή push-pull, βάσει του οποίου δημιουργήθηκαν πολλά μοντέλα τροφοδοτικών. Επομένως, ο αριθμός 494 επίσης ορθά αναφέρεται στην "μαγεία".

Τώρα ας προχωρήσουμε στην εξέταση των διαφόρων σχεδίων με βάση το τσιπ TL431.

Δείκτες και σήματα

Το τσιπ TL431 μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για τον προορισμό του ως δίοδο zener σε τροφοδοτικά. Στη βάση του, είναι δυνατό να δημιουργηθούν διάφοροι φωτεινές ενδείξεις και ακόμη συσκευές ηχητικής σηματοδότησης. Χρησιμοποιώντας τέτοιες συσκευές, μπορείτε να παρακολουθείτε πολλές διαφορετικές παραμέτρους.

Πρώτα απ 'όλα, είναι μόνο ηλεκτρική τάση. Εάν οποιαδήποτε σωματική ποσότητα με τη βοήθεια αισθητήρων παρουσιάζεται με τη μορφή τάσης, τότε είναι δυνατή η κατασκευή μιας συσκευής που παρακολουθεί, για παράδειγμα, τη στάθμη του νερού στη δεξαμενή, τη θερμοκρασία και την υγρασία, τον φωτισμό ή την πίεση ενός υγρού ή αερίου.

Υπέρυθρο συναγερμού τάσης

Η λειτουργία μιας τέτοιας συσκευής σηματοδότησης βασίζεται στο γεγονός ότι όταν η τάση στο ηλεκτρόδιο ελέγχου της διόδου Zener DA1 (pin 1) είναι μικρότερη από 2,5 V, η δίοδος zener είναι κλειστή, μόνο ένα μικρό ρεύμα ρέει διαμέσου της, συνήθως όχι περισσότερο από 0,3 ... 0,4 mA. Αλλά αυτό το ρεύμα είναι αρκετό για μια πολύ αδύναμη λάμψη της LED HL1. Για να αποφευχθεί αυτό το φαινόμενο, αρκεί να συνδέσετε μια αντίσταση με αντίσταση περίπου 2 ... 3 KOhm παράλληλη με τη λυχνία LED. Το κύκλωμα ανιχνευτή υπερτάσεων παρουσιάζεται στο σχήμα 2.

Εικόνα 2. Ανιχνευτής υπερέντασης.

Εάν η τάση στο ηλεκτρόδιο ελέγχου υπερβεί τα 2,5 V, η δίοδος zener θα ανοίξει και η λυχνία HL1 θα ανάψει. ο απαραίτητος περιορισμός ρεύματος διαμέσου της διόδου zener DA1 και η LED HL1 παρέχει την αντίσταση R3. Το μέγιστο ρεύμα της διόδου zener είναι 100 mA, ενώ η ίδια παράμετρος για το LED HL1 είναι μόνο 20 mA. Από αυτή την συνθήκη υπολογίζεται η αντίσταση του αντιστάτη R3. πιο συγκεκριμένα, αυτή η αντίσταση μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον παρακάτω τύπο.

R3 = (Upit-Uhl-Uda) / Ihl. Η ακόλουθη σημείωση χρησιμοποιείται εδώ: Upit - τάση τροφοδοσίας, Uhl - άμεση πτώση τάσης στο LED, τάση Uda σε ανοιχτό κύκλωμα (συνήθως 2V), ρεύμα LED Ihl (ρυθμισμένο σε 5 ... 15 mA). Επίσης, μην ξεχνάτε ότι η μέγιστη τάση για τη δίοδο zener TL431 είναι μόνο 36 V. Αυτή η παράμετρος επίσης δεν μπορεί να ξεπεραστεί.

Επίπεδο συναγερμού

Η τάση στο ηλεκτρόδιο ελέγχου στην οποία ανάβει το LED HL1 (U3) ρυθμίζεται από τον διαιρέτη R1, R2. οι παράμετροι του διαιρέτη υπολογίζονται με τον τύπο:

R2 = 2,5 * R1 / (Uz - 2,5). Για μια πιο ακριβή ρύθμιση του κατωφλίου απόκρισης, μπορείτε να εγκαταστήσετε ένα εξάρτημα ρύθμισης αντί για την αντίσταση R2, με ονομαστική τιμή μιάμιση φορά μεγαλύτερη από ό, τι αποδείχθηκε σύμφωνα με τον υπολογισμό. Αφού γίνει το βάμμα, μπορεί να αντικατασταθεί από μια σταθερή αντίσταση, η αντίσταση της οποίας είναι ίση με την αντίσταση του εισαγόμενου μέρους του συντονισμού.

Μερικές φορές απαιτείται ο έλεγχος αρκετών επιπέδων τάσης. Σε αυτή την περίπτωση, απαιτούνται τρεις τέτοιες διατάξεις σηματοδότησης, καθένα από τα οποία είναι διαμορφωμένο για τη δική του τάση. Έτσι, είναι δυνατόν να δημιουργηθεί μια ολόκληρη σειρά δεικτών, μια γραμμική κλίμακα.

Για να τροφοδοτήσετε το κύκλωμα της οθόνης, που αποτελείται από τα LED HL1 και την αντίσταση R3, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε μια ξεχωριστή πηγή ενέργειας, ακόμα και μη σταθεροποιημένη. Σε αυτή την περίπτωση, η ελεγχόμενη τάση εφαρμόζεται στο τερματικό του αντιστάτη R1, το οποίο πρέπει να αποσυνδεθεί από την αντίσταση R3. Με αυτή την ένταξη, η ελεγχόμενη τάση μπορεί να κυμαίνεται από τρία έως αρκετά δεκάδες βολτ.

Υποδείκτης υποβιβασμού

Εικόνα 3. Ένδειξη υπο-τάσης.

Η διαφορά μεταξύ αυτού του κυκλώματος και του προηγούμενου είναι ότι η λυχνία LED ανάβει διαφορετικά. Αυτή η ένταξη ονομάζεται αντίστροφη, δεδομένου ότι η λυχνία LED ανάβει όταν το τσιπ είναι κλειστό. Εάν η ελεγχόμενη τάση υπερβεί το κατώφλι που καθορίζεται από το διαχωριστή R1, R2, ο μικροκυκλώτης είναι ανοικτός και το ρεύμα ρέει μέσω της αντίστασης R3 και των ακίδων 3 - 2 (καθοδική - ανόδου) του μικροκυκλώματος.

Στην τσιπ σε αυτή την περίπτωση υπάρχει μια πτώση τάσης των 2 V, η οποία δεν είναι αρκετή για να ανάψει το LED. Για να διασφαλιστεί ότι η ενδεικτική λυχνία LED δεν είναι εγγυημένη, δύο διόδους εγκαθίστανται σε σειρά μαζί της. Ορισμένοι τύποι LED, για παράδειγμα μπλε, λευκό και ορισμένοι τύποι πράσινου, ανάβουν όταν η τάση υπερβαίνει τα 2,2 V. Στην περίπτωση αυτή, εγκαθίστανται καλώδια από σύρμα αντί για δίοδο VD1, VD2.

Όταν η παρακολουθούμενη τάση γίνει μικρότερη από αυτή που έχει καθοριστεί από το διαιρέτη R1, R2 το μικρο κύκλωμα κλείνει, η τάση στην έξοδο της θα είναι πολύ μεγαλύτερη από 2 V, έτσι ώστε το LED HL1 θα ανάψει.

Αν θέλετε να ελέγξετε μόνο την αλλαγή τάσης, η ένδειξη μπορεί να συναρμολογηθεί σύμφωνα με το σχήμα που φαίνεται στο σχήμα 4.

Εικόνα 4. Ένδειξη αλλαγής τάσης.

Αυτή η ενδεικτική λυχνία χρησιμοποιεί LED δύο χρωμάτων HL1. Αν η τάση που παρακολουθείται υπερβαίνει την τιμή κατωφλίου, ανάβει το κόκκινο LED και εάν η τάση είναι χαμηλή, η πράσινη λυχνία είναι αναμμένη.

Στην περίπτωση που η τάση είναι κοντά σε ένα προκαθορισμένο όριο (περίπου 0,05 ... 0,1 V), και οι δύο δείκτες σβήνουν, δεδομένου ότι η χαρακτηριστική μεταφοράς της δίοδος zener έχει μια καλά καθορισμένη κλίση.

Αν θέλετε να παρακολουθήσετε την αλλαγή σε οποιαδήποτε φυσική ποσότητα, τότε η αντίσταση R2 μπορεί να αντικατασταθεί από έναν αισθητήρα που αλλάζει την αντίσταση υπό την επίδραση του περιβάλλοντος. Μια παρόμοια συσκευή παρουσιάζεται στο Σχήμα 5.

Σχήμα 5. Σχέδιο παρακολούθησης περιβαλλοντικών παραμέτρων.

Συμβατικά, σε ένα διάγραμμα εμφανίζονται ταυτόχρονα αρκετοί αισθητήρες. Αν είναι φωτοτρανζίστορθα αποδειχθεί φωτογραφία ρελέ. Ενώ ο φωτισμός είναι μεγάλος, ο φωτοτρανσικός είναι ανοικτός και η αντίσταση του είναι μικρή. Συνεπώς, η τάση στο τερματικό ελέγχου DA1 είναι μικρότερη από το κατώφλι, με αποτέλεσμα το LED να μην ανάβει.

Καθώς μειώνεται ο φωτισμός, αυξάνεται η αντίσταση του φωτοτρανζίστρου, πράγμα που οδηγεί σε αύξηση της τάσης στο τερματικό ελέγχου DA1. Όταν η τάση αυτή υπερβεί το όριο (2,5 V), ανοίγει η δίοδος zener και ανάβει η ενδεικτική λυχνία LED.

Εάν, αντί για φωτοτρανζίστορ, ένας θερμοστάτης, για παράδειγμα, μια σειρά MMT, είναι συνδεδεμένος στην είσοδο της συσκευής, λαμβάνεται ένας δείκτης θερμοκρασίας: όταν πέσει η θερμοκρασία, η λυχνία LED ανάβει.

Το ίδιο σχήμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αισθητήρα υγρασίας, για παράδειγμα, γη. Για να γίνει αυτό, αντί για ένα θερμίστορ ή ένα φωτοτρανζίστορ, πρέπει να συνδεθούν ηλεκτρόδια από ανοξείδωτο χάλυβα, τα οποία σε κάποια απόσταση πρέπει να ωθούνται στο έδαφος. Όταν η γη στεγνώσει στο επίπεδο που καθορίστηκε κατά τη διάρκεια της ρύθμισης, η λυχνία LED ανάβει.

Το κατώφλι της συσκευής σε όλες τις περιπτώσεις ρυθμίζεται χρησιμοποιώντας μεταβλητή αντίσταση R1.

Εκτός από τους αναγραφόμενους δείκτες φωτός στο τσιπ TL431, είναι επίσης δυνατή η συναρμολόγηση ενός δείκτη ήχου. Ένα διάγραμμα ενός τέτοιου δείκτη φαίνεται στο σχήμα 6.

Εικόνα 6. Ένδειξη στάθμης υγρού υγρού.

Για τον έλεγχο της στάθμης ενός υγρού, όπως το νερό σε ένα λουτρό, ένας αισθητήρας που αποτελείται από δύο ανοξείδωτες πλάκες, οι οποίοι βρίσκονται σε απόσταση πολλών χιλιοστών μεταξύ τους, συνδέεται με το κύκλωμα.

Όταν το νερό φτάσει στον αισθητήρα, η αντίστασή του μειώνεται και το τσιπ εισέρχεται στη γραμμική λειτουργία μέσω των αντιστάσεων R1 R2. Ως εκ τούτου, η αυτοπαραγωγή εμφανίζεται στη συντονισμένη συχνότητα του πιεζοκεραμικού εκπομπού HA1, στο οποίο θα ακούγεται το ηχητικό σήμα.

Ως πομπός, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το θερμαντικό σώμα ZP-3. η συσκευή τροφοδοτείται από τάση 5 ... 12 V. Αυτό σας επιτρέπει να την τροφοδοτείτε ακόμα και από γαλβανικές μπαταρίες, γεγονός που καθιστά δυνατή τη χρήση της σε διαφορετικά μέρη, συμπεριλαμβανομένου του μπάνιου.

Το κύριο πεδίο εφαρμογής του τσιπ TL434, φυσικά, τροφοδοτικά. Αλλά, όπως βλέπουμε, οι δυνατότητες του μικροκυκλώματος δεν περιορίζονται μόνο σε αυτό.

Μπόρις Αλαντίσκιν