Indicatoren en signaalgevers op een instelbare zenerdiode TL431

De geïntegreerde stabilisator TL431 wordt voornamelijk gebruikt in voedingen. Daarvoor kunt u echter nog veel meer toepassingen vinden. Sommige van deze schema's worden in dit artikel gegeven.

Dit artikel zal het hebben over eenvoudige en handige apparaten gemaakt met behulp van Chips TL431. Maar in dit geval moet u niet bang zijn voor het woord "microschakeling", het heeft slechts drie conclusies, en uiterlijk ziet het eruit als een eenvoudige transistor met laag vermogen in het TO90-pakket.

Eerst een beetje geschiedenis

Het gebeurde zo dat alle elektronische ingenieurs de magische nummers 431, 494 kennen. Wat is dit?

TEXAS INSTRUMENTS stond vooraan in het semiconductor-tijdperk. Al die tijd staat ze op de eerste plaats in de lijst van wereldleiders in de productie van elektronische componenten, en staat ze stevig in de top tien of, zoals ze vaker zeggen, in de wereldranglijst TOP-10. Het eerste geïntegreerde circuit werd in 1958 gecreëerd door Jack Kilby, een medewerker van dit bedrijf.

Nu produceert TI een breed scala aan microschakelingen, waarvan de naam begint met de prefixen TL en SN. Dit zijn respectievelijk analoge en logische (digitale) microschakelingen, die voor altijd de geschiedenis van TI zijn ingegaan en nog steeds een brede toepassing vinden.

Een van de allereerste in de lijst met "magische" chips moet waarschijnlijk worden overwogen instelbare spanningsregelaar TL431. In het geval met drie pinnen van deze microschakeling zijn 10 transistoren verborgen en de functie die ermee wordt uitgevoerd, is dezelfde als een conventionele zenerdiode (Zenerdiode).

Maar vanwege deze complicatie heeft de microschakeling een hogere thermische stabiliteit en verhoogde hellingskarakteristieken. Het belangrijkste kenmerk is dat met externe verdeler stabilisatiespanning kan worden gewijzigd binnen 2,5 ... 30 V. Voor de nieuwste modellen is de onderste drempel 1,25 V.

TL431 is begin jaren zeventig gemaakt door TI-medewerker Barney Holland. Toen was hij bezig met het kopiëren van de stabilisatorchip van een ander bedrijf. We zouden zeggen rippen, niet kopiëren. Dus leende Barney Holland een referentiespanningsbron van de oorspronkelijke microschakeling en creëerde op basis daarvan een afzonderlijke stabilisatiemicroschakeling. Aanvankelijk heette het TL430 en na enkele verbeteringen heette het TL431.

Sindsdien is er veel tijd verstreken en nu is er geen enkele computervoeding, waar deze ook wordt gebruikt. Het vindt ook toepassing in bijna alle low-power schakelende voedingen. Een van deze bronnen is nu in elk huis, is lader voor mobiele telefoons. Een dergelijke levensduur kan alleen benijd worden. Afbeelding 1 toont het functionele diagram van de TL431.

Figuur 1. Functioneel diagram van TL431.

Barney Holland creëerde ook de even bekende en nog steeds veelgevraagde TL494-chip. Dit is een push-pull PWM-controller, op basis waarvan veel modellen van schakelende voedingen zijn gemaakt. Daarom verwijst het getal 494 ook terecht naar de 'magie'.

Laten we nu eens kijken naar verschillende ontwerpen op basis van de TL431-chip.

Indicatoren en signalen

De TL431-chip kan niet alleen worden gebruikt voor het beoogde doel als zenerdiode in voedingen. Op basis hiervan is het mogelijk om verschillende lichtindicatoren en zelfs geluidssignaalinrichtingen te creëren. Met dergelijke apparaten kunt u veel verschillende parameters volgen.

Allereerst is het gewoon elektrische spanning. Als een fysieke hoeveelheid met behulp van sensoren wordt gepresenteerd in de vorm van spanning, is het mogelijk om een ​​apparaat te maken dat bijvoorbeeld het waterniveau in de tank, temperatuur en vochtigheid, verlichting of druk van een vloeistof of gas bewaakt.

Overvoltage alarm

De werking van een dergelijk signaleringsapparaat is gebaseerd op het feit dat wanneer de spanning op de stuurelektrode van de zenerdiode DA1 (pin 1) minder is dan 2,5 V, de zenerdiode gesloten is, er slechts een kleine stroom doorheen stroomt, meestal niet meer dan 0,3 ... 0,4 mA. Maar deze stroom is voldoende voor een zeer zwakke gloed van de HL1 LED. Om dit fenomeen te voorkomen, volstaat het om een ​​weerstand met een weerstand van ongeveer 2 ... 3 KOhm parallel aan de LED aan te sluiten. Het circuit van de overspanningsdetector wordt getoond in figuur 2.

Figuur 2. Overspanningsdetector.

Als de spanning op de stuurelektrode 2,5 V overschrijdt, wordt de zenerdiode geopend en gaat de HL1-LED branden. de noodzakelijke stroombegrenzing door de zenerdiode DA1 en de LED HL1 levert de weerstand R3. De maximale stroom van de zenerdiode is 100 mA, terwijl dezelfde parameter voor de HL1-led slechts 20 mA is. Het is vanuit deze toestand dat de weerstand van de weerstand R3 wordt berekend. preciezer gezegd, deze weerstand kan worden berekend met behulp van de onderstaande formule.

R3 = (Upit - Uhl - Uda) / Ihl. De volgende notatie wordt hier gebruikt: Upit - voedingsspanning, Uhl - directe spanningsval op de LED, Uda-spanning op een open circuit (meestal 2V), Ihl LED-stroom (ingesteld binnen 5 ... 15 mA). Vergeet ook niet dat de maximale spanning voor de zenerdiode TL431 slechts 36 V is. Deze parameter kan ook niet worden overschreden.

Alarm niveau

De spanning op de stuurelektrode, waarbij de LED HL1 (Uз) oplicht, wordt ingesteld door de deler R1, R2. scheidingsparameters worden berekend met de formule:

R2 = 2.5 * R1 / (Uz - 2.5). Voor een nauwkeurigere aanpassing van de reactiedrempel, kunt u een afstemming in plaats van de weerstand R2 installeren, met een nominale waarde die anderhalve keer meer is dan volgens berekening bleek. Nadat de tinctuur is gemaakt, kan deze worden vervangen door een constante weerstand, waarvan de weerstand gelijk is aan de weerstand van het geïntroduceerde deel van de afstemming.

Soms is het nodig om meerdere spanningsniveaus te regelen. In dit geval zijn drie van dergelijke signaleringsinrichtingen vereist, die elk zijn geconfigureerd voor zijn eigen spanning. Het is dus mogelijk om een ​​hele reeks indicatoren te maken, een lineaire schaal.

Om het displaycircuit, bestaande uit LED HL1 en weerstand R3, van stroom te voorzien, kunt u een afzonderlijke voedingsbron gebruiken, zelfs niet gestabiliseerd. In dit geval wordt de geregelde spanning aangelegd op de aansluiting van de weerstand R1, die moet worden losgekoppeld van de weerstand R3. Met deze opname kan de geregelde spanning variëren van drie tot enkele tientallen volt.

Onderspanning indicator

Figuur 3. Onderspanningsindicator.

Het verschil tussen dit circuit en het vorige is dat de LED anders wordt ingeschakeld. Deze opname wordt omgekeerd genoemd, omdat de LED oplicht wanneer de chip wordt gesloten. Als de bestuurde spanning de drempel overschrijdt die is ingesteld door de deler R1, R2, is de microschakeling open en stroomt de stroom door de weerstand R3 en pennen 3 - 2 (kathode - anode) van de microschakeling.

Op de chip bevindt zich in dit geval een spanningsval van 2 V, wat niet genoeg is om de LED te ontsteken. Om ervoor te zorgen dat de LED niet gegarandeerd gaat branden, worden er twee diodes in serie mee geïnstalleerd. Sommige soorten LED's, zoals blauw, wit en sommige soorten groen, lichten op wanneer de spanning hoger is dan 2,2 V. In dit geval worden jumpers van draad geïnstalleerd in plaats van diodes VD1, VD2.

Wanneer de bewaakte spanning lager wordt dan die ingesteld door de deler R1, R2, sluit de microcircuit, de spanning aan zijn uitgang zal veel meer zijn dan 2 V, dus de HL1-LED zal oplichten.

Als u alleen de spanningsverandering wilt regelen, kan de indicator worden samengesteld volgens het schema in afbeelding 4.

Afbeelding 4. Indicator voor spanningsverandering.

Deze indicator gebruikt een tweekleurige LED HL1. Als de bewaakte spanning de drempelwaarde overschrijdt, gaat de rode LED branden en als de spanning laag is, licht de groene op.

In het geval dat de spanning een vooraf bepaalde drempelwaarde (ongeveer 0,05 ... 0,1 V) heeft, gaan beide indicatoren uit, omdat de overdrachtskarakteristiek van de zenerdiode een goed gedefinieerde helling heeft.

Als u de verandering in een fysieke hoeveelheid wilt volgen, kan de weerstand R2 worden vervangen door een sensor die de weerstand verandert onder invloed van de omgeving. Een vergelijkbaar apparaat wordt getoond in figuur 5.

Figuur 5. Schema van monitoring van omgevingsparameters.

Gewoonlijk worden in één diagram meerdere sensoren tegelijkertijd getoond. Als het zo zal zijn fototransistorhet zal blijken fotorelais. Hoewel de verlichting groot is, is de fototransistor open en is de weerstand klein. Daarom is de spanning op de stuurklem DA1 lager dan de drempelwaarde, waardoor de LED niet oplicht.

Naarmate de verlichting afneemt, neemt de weerstand van de fototransistor toe, wat leidt tot een toename van de spanning op de stuurklem DA1. Wanneer deze spanning de drempelwaarde (2,5 V) overschrijdt, opent de zenerdiode en gaat de LED branden.

Als in plaats van een fototransistor een thermistor, bijvoorbeeld een MMT-serie, is aangesloten op de ingang van het apparaat, wordt een temperatuurindicator verkregen: wanneer de temperatuur daalt, gaat de LED branden.

Hetzelfde schema kan worden gebruikt als vochtigheidssensorbijvoorbeeld land. Om dit te doen, moeten in plaats van een thermistor of een fototransistor roestvrijstalen elektroden worden aangesloten, die op enige afstand van elkaar in de grond moeten worden gestoken. Wanneer de aarde opdroogt tot het niveau dat tijdens de installatie is bepaald, gaat de LED branden.

De drempel van het apparaat wordt in alle gevallen ingesteld met behulp van een variabele weerstand R1.

Naast de vermelde lichtindicatoren op de TL431-chip, is het ook mogelijk om een ​​audio-indicator samen te stellen. Een diagram van een dergelijke indicator is weergegeven in figuur 6.

Figuur 6. Geluidsniveau-vloeistofindicator.

Om het niveau van een vloeistof, zoals water in een bad, te regelen, is een sensor gemaakt van twee roestvrijstalen platen, die zich op een afstand van enkele millimeters van elkaar bevinden, verbonden met het circuit.

Wanneer water de sensor bereikt, neemt zijn weerstand af en komt de chip in de lineaire modus via de weerstanden R1 R2. Daarom vindt zelf-generatie plaats op de resonantiefrequentie van de piëzokeramische emitter HA1, waarop het geluidssignaal zal klinken.

Als zender kunt u de radiator ZP-3 gebruiken. het apparaat wordt gevoed met een spanning van 5 ... 12 V. Hiermee kunt u het zelfs van galvanische batterijen voorzien, waardoor het op verschillende plaatsen kan worden gebruikt, inclusief in de badkamer.

Het belangrijkste toepassingsgebied van de TL434-chip, natuurlijk, voedingen. Maar zoals we zien, zijn de mogelijkheden van de chip hiertoe niet beperkt.

Boris Aladyshkin