Indicadores y dispositivos de señalización en un diodo zener ajustable TL431

El estabilizador integrado TL431 se utiliza principalmente en fuentes de alimentación. Sin embargo, para ello puedes encontrar muchas más aplicaciones. Algunos de estos esquemas se proporcionan en este artículo.

Este artículo hablará sobre dispositivos simples y útiles hechos usando Chips TL431. Pero en este caso, no debe temerle a la palabra "microcircuito", tiene solo tres conclusiones, y externamente parece un simple transistor de baja potencia en el paquete TO90.

Primero un poco de historia

Sucedió que todos los ingenieros electrónicos conocen los números mágicos 431, 494. ¿Qué es esto?

TEXAS INSTRUMENTS estuvo a la vanguardia de la era de los semiconductores. Todo este tiempo, ella ha estado en primer lugar en la lista de líderes mundiales en la producción de componentes electrónicos, manteniéndose firmemente entre los diez primeros o, como se suele decir, en el ranking mundial TOP-10. El primer circuito integrado fue creado en 1958 por Jack Kilby, un empleado de esta compañía.

TI ahora está lanzando una amplia gama de chips, cuyo nombre comienza con los prefijos TL y SN. Estos son microcircuitos analógicos y lógicos (digitales) respectivamente, que han entrado para siempre en la historia de TI y aún encuentran una amplia aplicación.

Entre los primeros en la lista de chips "mágicos" probablemente debería considerarse regulador de voltaje ajustable TL431. En el caso de tres pines de este microcircuito, 10 transistores están ocultos, y la función que realiza es la misma que un diodo zener convencional (diodo Zener).

Pero debido a esta complicación, el microcircuito tiene mayor estabilidad térmica y mayores características de pendiente. Su característica principal es que con divisor externo el voltaje de estabilización se puede cambiar dentro de 2.5 ... 30 V. Para los últimos modelos, el umbral inferior es 1.25 V.

TL431 fue creado por el empleado de TI Barney Holland a principios de los años setenta. Luego se dedicó a copiar el chip estabilizador de otra compañía. Diríamos rasgar, no copiar. Por lo tanto, Barney Holland tomó prestada una fuente de voltaje de referencia del microcircuito original y, sobre esta base, creó un microcircuito estabilizador separado. Al principio se llamaba TL430, y después de algunas mejoras se llamaba TL431.

Desde entonces, ha pasado mucho tiempo y ahora no hay una sola fuente de alimentación de la computadora, donde sea que encuentre la aplicación. También encuentra aplicación en casi todas las fuentes de alimentación conmutadas de baja potencia. Una de estas fuentes ahora está en cada hogar, es cargador para celulares. Tal longevidad solo puede ser envidiada. La Figura 1 muestra el diagrama funcional del TL431.

Figura 1. Diagrama funcional de TL431.

Barney Holland también creó el chip TL494 igualmente conocido y todavía en demanda. Este es un controlador PWM push-pull, en base al cual se crearon muchos modelos de fuentes de alimentación conmutadas. Por lo tanto, el número 494 también se refiere correctamente a la "magia".

Ahora pasemos a considerar varios diseños basados ​​en el chip TL431.

Indicadores y Señalizadores

El chip TL431 puede usarse no solo para su propósito previsto como diodo zener en las fuentes de alimentación. Sobre esta base, es posible crear varios indicadores de luz e incluso dispositivos de señalización de sonido. Usando tales dispositivos, puede rastrear muchos parámetros diferentes.

En primer lugar, es solo voltaje eléctrico. Si se presenta cualquier cantidad física con la ayuda de sensores en forma de voltaje, entonces es posible hacer un dispositivo que monitoree, por ejemplo, el nivel de agua en el tanque, la temperatura y la humedad, la iluminación o la presión de un líquido o gas.

Alarma de sobretensión

El funcionamiento de un dispositivo de señalización de este tipo se basa en el hecho de que cuando el voltaje en el electrodo de control del diodo zener DA1 (pin 1) es inferior a 2.5 V, el diodo zener está cerrado, solo fluye una pequeña corriente, generalmente no más de 0.3 ... 0.4 mA. Pero esta corriente es suficiente para un brillo muy débil del LED HL1. Para evitar este fenómeno, es suficiente conectar una resistencia con una resistencia de aproximadamente 2 ... 3 KOhm paralela al LED. La circuitería del detector de sobretensión se muestra en la Figura 2.

Figura 2. Detector de sobretensión.

Si el voltaje en el electrodo de control excede los 2.5 V, el diodo zener se abrirá y el LED HL1 se encenderá. La limitación de corriente necesaria a través del diodo zener DA1 y el LED HL1 proporciona la resistencia R3. La corriente máxima del diodo zener es de 100 mA, mientras que el mismo parámetro para el LED HL1 es de solo 20 mA. Es a partir de esta condición que se calcula la resistencia de la resistencia R3. más precisamente, esta resistencia se puede calcular usando la fórmula a continuación.

R3 = (Upit - Uhl - Uda) / Ihl. Aquí se utiliza la siguiente notación: Upit: tensión de alimentación, Uhl: caída de tensión directa en el LED, tensión Uda en un circuito abierto (generalmente 2V), corriente de LED Ihl (configurada en 5 ... 15 mA). Además, no olvide que el voltaje máximo para el diodo zener TL431 es de solo 36 V. Este parámetro tampoco se puede exceder.

Nivel de alarma

El divisor R1, R2 establece el voltaje en el electrodo de control al que se enciende el LED HL1 (Uз). Los parámetros del divisor se calculan mediante la fórmula:

R2 = 2.5 * R1 / (Uz - 2.5). Para un ajuste más preciso del umbral de respuesta, puede instalar un ajuste de ajuste en lugar de la resistencia R2, con un valor nominal de una vez y media más de lo que se calculó. Después de que se realiza la tintura, se puede reemplazar por una resistencia constante, cuya resistencia es igual a la resistencia de la parte introducida de la sintonización.

A veces es necesario controlar varios niveles de voltaje. En este caso, se requerirán tres dispositivos de señalización de este tipo, cada uno de los cuales está configurado para su propio voltaje. Por lo tanto, es posible crear una línea completa de indicadores, una escala lineal.

Para alimentar el circuito de visualización, que consta de LED HL1 y resistencia R3, puede usar una fuente de alimentación separada, incluso sin estabilizar. En este caso, el voltaje controlado se aplica al terminal superior de la resistencia R1, que debe desconectarse de la resistencia R3. Con esta inclusión, el voltaje controlado puede variar de tres a varias decenas de voltios.

Indicador de subtensión

Figura 3. Indicador de subtensión.

La diferencia entre este circuito y el anterior es que el LED se enciende de manera diferente. Esta inclusión se llama inversa, ya que el LED se ilumina cuando el chip está cerrado. Si el voltaje controlado excede el umbral establecido por el divisor R1, R2, el microcircuito está abierto y la corriente fluye a través de la resistencia R3 y los pines 3 - 2 (cátodo - ánodo) del microcircuito.

En el chip, en este caso, hay una caída de voltaje de 2 V, que no es suficiente para encender el LED. Para garantizar que el LED no se encienda, se instalan dos diodos en serie con él. Algunos tipos de LED, por ejemplo, azul, blanco y algunos tipos de verde, se iluminan cuando el voltaje supera los 2,2 V. En este caso, se instalan puentes de alambre en lugar de los diodos VD1, VD2.

Cuando el voltaje monitoreado se vuelve menor que el establecido por el divisor R1, R2, el microcircuito se cierra, el voltaje en su salida será mucho más de 2 V, por lo que el LED HL1 se encenderá.

Si desea controlar solo el cambio de voltaje, el indicador puede ensamblarse de acuerdo con el esquema que se muestra en la Figura 4.

Figura 4. Indicador de cambio de voltaje.

Este indicador utiliza un LED de dos colores HL1. Si el voltaje monitoreado excede el valor umbral, el LED rojo se enciende, y si el voltaje es bajo, la luz verde está encendida.

En el caso de que el voltaje esté cerca de un umbral predeterminado (aproximadamente 0.05 ... 0.1 V), ambos indicadores se extinguen, ya que la característica de transferencia del diodo zener tiene una pendiente bien definida.

Si desea monitorear el cambio en cualquier cantidad física, entonces la resistencia R2 puede ser reemplazada por un sensor que cambia la resistencia bajo la influencia del medio ambiente. Un dispositivo similar se muestra en la Figura 5.

Figura 5. Esquema de monitoreo de parámetros ambientales.

Convencionalmente, en un diagrama se muestran varios sensores a la vez. Si será fototransistorresultará retransmisión de fotos. Mientras que la iluminación es grande, el fototransistor está abierto y su resistencia es pequeña. Por lo tanto, el voltaje en el terminal de control DA1 es menor que el umbral; como resultado, el LED no se enciende.

A medida que disminuye la iluminación, aumenta la resistencia del fototransistor, lo que conduce a un aumento en el voltaje en el terminal de control DA1. Cuando este voltaje excede el umbral (2.5 V), el diodo zener se abre y el LED se ilumina.

Si, en lugar de un fototransistor, un termistor, por ejemplo, una serie MMT, está conectado a la entrada del dispositivo, se obtiene un indicador de temperatura: cuando la temperatura baja, el LED se encenderá.

El mismo esquema se puede usar como sensor de humedad, por ejemplo, tierra. Para hacer esto, en lugar de un termistor o un fototransistor, se deben conectar electrodos de acero inoxidable, que a cierta distancia entre sí se deben empujar hacia el suelo. Cuando la tierra se seca al nivel determinado durante la configuración, el LED se iluminará.

El umbral del dispositivo en todos los casos se establece utilizando una resistencia variable R1.

Además de los indicadores luminosos enumerados en el chip TL431, también es posible ensamblar un indicador de audio. Un diagrama de dicho indicador se muestra en la Figura 6.

Figura 6. Indicador de nivel de líquido de sonido.

Para controlar el nivel de un líquido, como el agua en un baño, se conecta al circuito un sensor hecho de dos placas de acero inoxidable, que se encuentran a una distancia de varios milímetros entre sí.

Cuando el agua llega al sensor, su resistencia disminuye y el chip ingresa al modo lineal a través de las resistencias R1 R2. Por lo tanto, la autogeneración ocurre a la frecuencia resonante del emisor piezocerámico HA1, a la cual sonará la señal de sonido.

Como emisor, puede usar el radiador ZP-3. el dispositivo se alimenta con un voltaje de 5 ... 12 V. Esto le permite alimentarlo incluso con baterías galvánicas, lo que permite su uso en diferentes lugares, incluso en el baño.

El alcance principal del chip TL434, por supuesto, las fuentes de alimentación. Pero, como vemos, las capacidades del microcircuito no se limitan solo a esto.

Boris Aladyshkin