TL431的原理及應用研究

摘要：分析了TL431的工作原理，整理了技術(shù)指標，論述了四個(gè)方面的典型應用，總結了使用注意事項，并以詳盡的圖表證明，該芯片參數優(yōu)越，性能可靠，應用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：TL431 穩壓基準 性能 應用

1 引言

TL431是TL、ST公司研制開(kāi)發(fā)的并聯(lián)型三端穩壓基準。由于其封裝簡(jiǎn)單（型如三極管）、參數優(yōu)越（高精度、低溫漂）、性?xún)r(jià)比高（民品1.3～1.5元/只），近年來(lái)在國外已經(jīng)得到了廣泛應用。

從1988年獲得該器件的第一手資料開(kāi)始，我們就對該器件給予了關(guān)注。通過(guò)大量的實(shí)驗和多年的應用證明，該器件猶如七十年代誕生的555時(shí)基芯片一樣，價(jià)廉物美、參數優(yōu)越、性能可靠、應用方便、值得推廣。尤其是在民品開(kāi)發(fā)中，大有用武之地。

2 工作原理

該芯片的內部等效電路如圖1所示。其中V1V2構成輸入級，V3V4V5構成穩壓基準，V6V7V8V9構成差分放大器，V10V11形成復合管，構成輸出級。D1D2均為反向極向保護。引線(xiàn)端子1為參考電壓輸入端R，2為公共陽(yáng)極端A，3為輸出陰極端K。

其等效功能框圖如圖2(a)所示。其中VR為基準電壓（VR=2.5V），A為同相放大器，V為并聯(lián)型調整管（總增益A0≥1000倍），W為饋電支路。其封裝引腳如圖2(b)，電路符號如圖2(c)所示。

3 技術(shù)指標

TL431的電氣參數見(jiàn)表1。

表1 TL431電氣參數

附注：①上表是綜合多個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的參數及實(shí)測數據（＊）而制。

②TL431尾綴字母表示產(chǎn)品級別及工作溫度范圍，C為商業(yè)品（－10℃～＋70℃），I為工業(yè)品

（－40℃～＋85℃），M為軍品（－55℃～＋125℃）。

該器件的主要技術(shù)指標為：

●基準電壓溫漂?。骸堋?0ppm／℃；

●基準電壓精度高：2.5V±1％；

●輸出噪聲電壓低：≤100μVpp；

●穩壓范圍寬：(2.5～36)V連續可調；

●負載電流范圍大：(1.0～100)mA。

4 典型應用實(shí)例

4.1 穩壓基準

許多穩壓基準的負載能力都很小，端電壓調節也不方便，而由TL431構成的穩壓基準溫漂小，又有相當的負載能力，且輸出電壓連續可調，電路簡(jiǎn)單。其典型接線(xiàn)如圖3所示，輸出電壓由下式確定：

U0=[1+(R1/R2)]·VR (VR=2.5V)

其電壓調節范圍為2.5V～36V，當R1短路或R2斷路時(shí)，Uo=VR=2.5V；電流動(dòng)態(tài)范圍為0～[(Ui－Uo)/R0－1]mA。該電路還可以很方便地加入一只擴流管即構成一個(gè)性能優(yōu)良的穩壓電源。

4.2 壓控開(kāi)關(guān)

如圖4所示，由于VR=2.5V，IR≤2μA，所以當Ui[R2/(R1+R2)]>VR時(shí)，TL431的輸出級導通，UK≤2.5V，繼電器K吸合；當Ui[R2/(R1+R2)]VR時(shí)，TL431的輸出級截止，UK≈+E,繼電器 K斷開(kāi)，實(shí)現了壓控開(kāi)關(guān)的功能。

由于TL431的開(kāi)環(huán)電壓增益A0≥1000（受負載阻抗影響），故轉換斜率陡峭，且輸入信號回差電壓?。ā?mV，受負載電流影響）。對于許多要求過(guò)壓、過(guò)流限制的場(chǎng)合，TL431都非常實(shí)用，且壓控精度高，溫漂小。

4.3 前級二次穩壓

二次穩壓的質(zhì)量，對前級放大器的噪聲和溫漂的影響極大。常規的二次穩壓電路中，穩壓管的電源抑制比太低，三端穩壓器的噪聲太大，其它精密芯片又電路復雜，而且成本高。

TL431用于二次穩壓的典型電路如圖5所示。由該電路構成的AVD=1000的程控放大器輸出噪聲電壓小于1mVpp.

4.4 高精度電源

用TL431和三端集成穩壓器構成高精度電源，是性?xún)r(jià)比極高的一種方案。

如圖6所示，該電路輸出電壓的精度、調整率、溫漂完全取決于TL431，發(fā)揮了TL431高精度、高速度、低溫漂的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)有充分利用了三端穩壓器大功率、大電流輸出及過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱保護功能，使得整機的性能價(jià)格比極高。

5 注意事項

5.1 自激

由于TL431是有較高的開(kāi)環(huán)增益且響應速度快，當取樣點(diǎn)（R1、R2的連接點(diǎn)）離兩極（K、A）較遠時(shí)，電路容易產(chǎn)生超調自激，所以在使用時(shí)要引起注意。圖4中的C1和圖6中的C17C18E10E11的作用即為抗干擾、抑自激，調試時(shí)要合理選取參數。

5.2 最小維持電流與最小陰極電壓

由于TL431的內部基準VR是靠陰極電流IK維持，并且低于極間電壓UKA，所以應用時(shí)要注意：TL431的輸出極截止后，仍必須有大于0.2mA的陰極維持電流；當輸出極“飽和”后，極間電壓UKA仍至少大于2.2V。

5.3 取樣電阻

取樣電阻的選材及布放，直接影響到穩壓精度和溫度特性，所以必須選用溫度系數小、噪聲低、功率裕量大的同型號精密電阻，如RJJ等。如圖6中的取樣電阻R10～R21的布放方式，也是一種行之有效的方法。

5.4 耐壓及功耗

由于TL431所能承受的耗散功率較?。ǔＲ帪?00mW，少數廠(chǎng)家的塑封管小于500mW），當其在高溫、高壓或大電流條件下使用時(shí)，要注意通風(fēng)、散熱和安全性。

6 結語(yǔ)

大量實(shí)驗和長(cháng)期應用證明，TL431確是一片設計精巧、應用方便、性能可靠、性?xún)r(jià)比較高的穩壓基準，應用前景廣闊。