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TL431 sind dreipolige einstellbare Spannungsregler-ICs. Sie haben eine definierte thermische Stabilität in automobilen und kommerziellen Temperaturbereichen. Ähnliche Steuer-ICs finden Sie in Ladegeräten für mobile Geräte, Stromversorgungen für Verbraucher, in der Automobilelektronik oder in LED-Beleuchtungen. Die Ausgangsspannung des TL431 kann über zwei externe Widerstände mit bis zu 100 mA auf einen beliebigen Wert zwischen etwa 2,5 V und 36 V eingestellt werden.
Diese Geräte haben eine typische Ausgangsimpedanz von 0,2Ω. Die aktive Ausgangsschaltung sorgt für eine sehr scharfe Einschaltcharakteristik, so dass diese Bauelemente einen hervorragenden Ersatz für Zenerdioden z.B. in Schaltnetzteilen darstellen. Der TL432 hat genau die gleiche Funktionalität und die gleichen elektrischen Spezifikationen wie der TL431, hat aber unterschiedliche Pinbelegungen für DBV-, DBZ- und PK-Gehäuse. Er eignet sich gut für Umrichter, Spannungsstabilisatoren, als Kompensationselement in temperaturabhängigen Anwendungen und überall dort, wo eine geregelte Spannungs- und Stromreferenz und eine Spannungsüberwachung erforderlich sind.
Eigenschaften und Anwendungen des TL431
Mit dem TL431 kann die Referenzspannung je nach Modell von einigen wenigen Volt bis hin zu mehreren zehn Volt präzise eingestellt werden. Die Referenzspannung ist auch bei wechselnden Temperatur- und Lastbedingungen stabil. Er zieht eine relativ geringe Strommenge. Er ist immun gegen Störungen und Schwankungen in der Versorgungsspannung, was ihn zu einer stabilen Spannungsquelle unter einer Vielzahl von Bedingungen macht. Der TL431 kann auch als Spannungskomparator fungieren, d.h. er vergleicht die Referenzspannung mit der Eingangsspannung. Er ist in einer Vielzahl von in der Mikroelektronik gängigen Gehäusen wie TO-92, TO-220, SO-8 erhältlich, was wiederum eine einfache Integration in verschiedene Schaltungen als Modul ermöglicht.
Technische Daten und Funktionsweise
Mit Hilfe eines externen Spannungsteilers kann der TL431 Spannungen von 2,495 bis 36 V mit Strömen bis zu 100 mA regeln. Die typische anfängliche Abweichung der Referenzspannung vom nominalen 2,495 V-Pegel wird in Millivolt gemessen, die maximale Abweichung im schlimmsten Fall in zehn Millivolt. Die Schaltung kann Leistungstransistoren direkt ansteuern, und Kombinationen von TL431 mit Leistungs-MOS-Transistoren werden in Hochleistungs-Linearreglern mit sehr geringem Abfall verwendet. Wenn Vref unter dem Schwellenwert von 2,495 V liegt, wird der Ausgangstransistor geschlossen.
Der Kathoden-Anoden-Reststrom des ICA, der den Front-End-Schaltkreis speist, wird zwischen 100 und 200 μA gehalten. Wenn sich Vref dem Schwellenwert nähert, steigt der ICA auf 300-500 μA, aber der Ausgangstransistor bleibt geschlossen. Wenn der Schwellenwert erreicht ist, öffnet sich der Ausgangstransistor sanft und der ICA beginnt mit einer Rate von etwa 30 mA/V zu steigen. Wenn Vref die Schwelle um etwa 3 mV überschreitet und ICA 500-600 μA erreicht, springt die Transkonduktanz abrupt auf 1. Oberhalb dieses Punktes arbeitet der TL431 im normalen Modus mit hoher Transkonduktanz.
Der Strom steigt an, bis die negative Rückkopplungsschleife, die die Kathode mit dem Steuereingang verbindet, die Spannung an einem Punkt oberhalb der Schwelle stabilisiert. Dieser Punkt ist die Referenzspannung des gesamten Reglers. Alternativ kann der TL431 auch ohne Rückkopplung als Spannungskomparator oder mit positiver Rückkopplung als Schmitt-Trigger arbeiten; in solchen Anwendungen wird der ICA nur durch die Anodenlast und die Kapazität der Stromversorgung begrenzt.
Die in den Spezifikationen angegebene nominale Referenzspannung von 2,495 V wird im Zener-Modus bei einer Umgebungstemperatur von +25°C und einem ICA von 10mA getestet. Die Schwellenspannung und die Grenze zwischen niedrigem und hohem Transkonduktanzmodus sind nicht spezifiziert und werden nicht getestet. Die tatsächliche Spannung, die von einem bestimmten TL431 in einer realen Anwendung gehalten wird, kann höher oder niedriger als 2,495 V sein, abhängig von der Startvorspannung des spezifischen ICs, der Temperatur und aufgrund der Ausgangsimpedanz.
TL431 - Schaltplan
Der TL431 hat einen Eingang, der mit einem Pull-Up-Widerstand (R1) und einem Lastwiderstand (R2) verbunden ist. Dieser Eingang wird als ‘Anode’ oder ‘Spannungseingang’ bezeichnet. Der Ausgang des TL431 wird als “Kathode” bezeichnet. Dies ist der Punkt, von dem aus die Referenz-Gleichspannung gelesen wird, die in der Regel durch das spezifische TL431-Modell bestimmt wird. Der vierte Pin des TL431 wird als ‘Kanalglied’ bezeichnet. Er wird von der Versorgungsspannung (Vcc) gespeist und dient der Stromversorgung der Schaltung selbst. In der Praxis werden die Werte der Widerstände R1 und R2 so gewählt, dass die gewünschte Referenzspannung am Ausgang des TL431 erreicht wird. Indem Sie die Werte dieser Widerstände ändern, können Sie die Referenzspannung der Schaltung an die jeweilige Anwendung anpassen.
TL431 - Preis, Meinungen
In der Praxis kann eine natürliche Abwägung der Vor- und Nachteile gegenüber dem oben genannten Konkurrenten vorgenommen werden, der Zener-Diode. Spannungsstabilisatoren kosten in der Regel ein paar Euro in Packungen zu 5 oder 10 Stück. Dies ist eine etwas teurere Option als Zenerdioden (ein paar Cent oder wenige Euro) für die Verwendung in THT-Projekten, was für Projekte mit einem begrenzten Budget wichtig ist, aber eher für Großprojekte geeignet ist, da der Unterschied in kleinem Maßstab nicht so groß ist. Stabilisatoren bieten eine höhere Stabilität, liefern eine konstante Ausgangsspannung unabhängig von Schwankungen der Versorgungsspannung und der Last, sind effektiver bei der Reduzierung des Ausgangsrauschens und haben ein geringeres Ausgangsrauschen im Vergleich zu Zenerdioden.
Es ist zu bedenken, dass Stabilisatoren mehr Wärme erzeugen, was bei Anwendungen, die eine hohe Energieeffizienz erfordern, ein Problem darstellen kann – ein Teil der Energie geht als Wärme verloren. Obwohl sie nicht die gleiche Stabilität wie Stabilisatoren bieten, können sie für einige einfache Anwendungen ausreichen, z.B. zur Begrenzung der Spannung innerhalb eines bestimmten Bereichs. Das Feedback zum TL431 ist im Allgemeinen positiv, vor allem unter Ingenieuren und Elektronikbastlern. Der Chip ist bekannt für seine Vielseitigkeit von einfachen Stromversorgungen bis hin zu Regelkreisen, stabile, präzise Referenzspannung, einfache Handhabung, Verfügbarkeit von Gehäusen, relativ niedrige Kosten und gute Temperaturstabilität. Aufgrund dieser Eigenschaften ist der TL431 eine beliebte Wahl für Elektronikprojekte auf der ganzen Welt geworden.
