Indikátory a signalizační zařízení na nastavitelné zenerově diodě TL431

Integrovaný stabilizátor TL431 se používá hlavně v napájecích zdrojích. Pro to však najdete mnohem více aplikací. Některé z těchto schémat jsou uvedeny v tomto článku.

Tento článek bude hovořit o jednoduchých a užitečných zařízeních vyrobených pomocí Čipy TL431. Ale v tomto případě by se člověk neměl obávat slova „mikroobvod“, má pouze tři závěry a navenek to vypadá jako jednoduchý tranzistor s nízkým výkonem v balíčku TO90.

Nejprve trochu historie

Stalo se tak, že všichni elektroničtí inženýři znají magická čísla 431, 494. Co je to?

TEXAS INSTRUMENTS byl v popředí polovodičové éry. Po celou tu dobu byla na prvním místě v seznamu světových leaderů ve výrobě elektronických součástek, pevně se držela v první desítce nebo, jak se často říká, ve světovém žebříčku TOP-10. První integrovaný obvod vytvořil v roce 1958 zaměstnanec této společnosti Jack Kilby.

TI nyní vyrábí širokou škálu mikroobvodů, jejichž název začíná předponami TL a SN. Jedná se o analogové a logické (digitální) mikroobvody, které navždy vstoupily do historie TI a stále nacházejí široké uplatnění.

Mezi první v seznamu „magických“ čipů by se mělo pravděpodobně uvažovat nastavitelný regulátor napětí TL431. V případě tohoto třípólového obvodu tohoto mikroobvodu je skrytých 10 tranzistorů a funkce, kterou provádí, je stejná jako u konvenční Zenerovy diody (Zenerovy diody).

Ale díky této komplikaci má mikroobvod vyšší tepelnou stabilitu a zvýšené vlastnosti svahu. Jeho hlavní rys je, že s externí dělič stabilizační napětí lze změnit v rozmezí 2,5 ... 30 V. U nejnovějších modelů je dolní práh 1,25 V.

TL431 vytvořil zaměstnanec TI Barney Holland na začátku sedmdesátých let. Poté se zabýval kopírováním stabilizačního čipu jiné společnosti. Řekli bychom ripování, ne kopírování. Takže Barney Holland si půjčil zdroj referenčního napětí z původního mikroobvodu a na jeho základě vytvořil samostatný stabilizační mikroobvod. Nejprve to bylo voláno TL430, a po některých vylepšeních to bylo voláno TL431.

Od té doby uběhlo hodně času a nyní neexistuje jediný zdroj napájení počítače, ať už najde aplikaci kdekoli. Také najde uplatnění u téměř všech nízkonapěťových spínacích zdrojů. Jeden z těchto zdrojů je nyní v každém domě nabíječka pro mobilní telefony. Takovou dlouhověkost lze jen závidět. Obrázek 1 ukazuje funkční diagram TL431.

Obrázek 1. Funkční schéma TL431.

Barney Holland také vytvořil neméně slavný a stále žádaný čip TL494. Jedná se o řadič PWM typu push-pull, na jehož základě bylo vytvořeno mnoho modelů spínacích zdrojů. Proto číslo 494 také správně odkazuje na „magii“.

Nyní pojďme k posouzení různých návrhů založených na čipu TL431.

Indikátory a signalizátory

Čip TL431 lze použít nejen k zamýšlenému účelu jako Zenerova dioda v napájecích zdrojích. Na jeho základě je možné vytvořit různé světelné indikátory a dokonce i zvuková signalizační zařízení. Pomocí takových zařízení můžete sledovat mnoho různých parametrů.

Nejprve je to jen elektrické napětí. Pokud je přítomna jakákoli fyzická veličina pomocí senzorů ve formě napětí, je možné vyrobit zařízení, které například monitoruje hladinu vody v nádrži, teplotu a vlhkost, osvětlení nebo tlak kapaliny nebo plynu.

Přepěťový alarm

Činnost takového signalizačního zařízení je založena na skutečnosti, že když napětí na řídicí elektrodě zenerovy diody DA1 (pin 1) je menší než 2,5 V, zenerova dioda je uzavřena, protéká jím jen malý proud, obvykle ne více než 0,3 ... 0,4 mA. Tento proud však postačuje pro velmi slabý záblesk LED HL1. Aby se tomuto jevu zabránilo, stačí k LED připojit paralelní odpor s odporem asi 2 ... 3 KOhm. Obvody detektoru přepětí jsou znázorněny na obrázku 2.

Obrázek 2. Detektor přepětí.

Pokud napětí na řídicí elektrodě překročí 2,5 V, otevře se zenerova dioda a rozsvítí se LED HL1. nezbytné omezení proudu prostřednictvím zenerovy diody DA1 a LED HL1 poskytuje rezistor R3. Maximální proud zenerovy diody je 100 mA, zatímco stejný parametr pro LED HL1 je pouze 20 mA. Z této podmínky se vypočítá odpor rezistoru R3. přesněji, tento odpor lze vypočítat pomocí vzorce níže.

R3 = (Upit - Uhl - Uda) / Ihl. Zde se používá následující zápis: Upit - napájecí napětí, Uhl - přímý pokles napětí na LED, Uda napětí na otevřeném obvodu (obvykle 2V), Ihl LED proud (nastavený do 5 ... 15 mA). Nezapomeňte také, že maximální napětí pro Zenerovu diodu TL431 je pouze 36 V. Tento parametr také nelze překročit.

Úroveň alarmu

Napětí na řídicí elektrodě, na které se rozsvítí LED HL1 (Uз), je nastaveno děličem R1, R2. parametry děliče se počítají podle vzorce:

R2 = 2,5 * R1 / (Uz - 2,5). Pro přesnější nastavení prahu odezvy můžete místo rezistoru R2 nainstalovat vyladěcí trim s nominální hodnotou jeden a půlkrát větší, než byla vypočítaná hodnota. Po vytvoření tinktury jej lze nahradit konstantním odporem, jehož odpor se rovná odporu zavedené části ladění.

Někdy je nutné ovládat několik úrovní napětí. V tomto případě budou požadována tři taková signalizační zařízení, z nichž každé je nakonfigurováno pro své vlastní napětí. Je tedy možné vytvořit celou řadu indikátorů, lineární stupnici.

K napájení obvodu displeje, sestávajícího z LED HL1 a rezistoru R3, můžete použít samostatný zdroj energie, a to i nestabilizovaný. V tomto případě je řízené napětí přivedeno na svorku rezistoru R1, která by měla být odpojena od rezistoru R3. Při tomto zahrnutí může být řízené napětí v rozsahu od tří do několika desítek voltů.

Ukazatel podpětí

Obrázek 3. Indikátor podpětí.

Rozdíl mezi tímto obvodem a předchozím obvodem spočívá v tom, že se LED dioda zapíná odlišně. Toto zařazení se nazývá inverzní, protože LED se rozsvítí, když je čip uzavřen. Pokud řízené napětí překročí prahovou hodnotu nastavenou děličem R1, R2, mikroobvod je otevřený a proud protéká odporem R3 a kolíky 3 - 2 (katoda - anoda) mikroobvodu.

Na čipu je v tomto případě úbytek napětí 2 V, což nestačí k zapálení LED. Aby se zajistilo, že LED nebude zaručeno, že budou svítit, jsou v sérii instalovány dvě diody. Některé typy LED, například modrá, bílá a některé typy zelené, se rozsvítí, když napětí přesáhne 2,2 V. V tomto případě se místo diod VD1, VD2 instalují propojky vyrobené z drátu.

Když se monitorované napětí sníží, než je napětí stanovené děličem R1, R2, mikroobvod se uzavře, napětí na jeho výstupu bude mnohem více než 2 V, takže se rozsvítí LED HL1.

Pokud chcete ovládat pouze změnu napětí, indikátor lze sestavit podle schématu znázorněného na obrázku 4.

Obrázek 4. Indikátor změny napětí.

Tento indikátor používá dvoubarevnou LED HL1. Pokud sledované napětí překročí prahovou hodnotu, rozsvítí se červená LED a pokud je napětí nízké, zelená se rozsvítí.

V případě, že napětí je blízko předem stanovené prahové hodnoty (přibližně 0,05 ... 0,1 V), oba indikátory zhasnou, protože přenosová charakteristika zenerovy diody má dobře definovaný sklon.

Pokud chcete monitorovat změnu jakékoli fyzické veličiny, lze rezistor R2 nahradit senzorem, který mění odpor pod vlivem prostředí. Podobné zařízení je znázorněno na obr. 5.

Obrázek 5. Schéma monitorování parametrů prostředí.

Obvykle je na jednom diagramu několik senzorů najednou. Pokud to bude fototranzistorto dopadne foto relé. I když je osvětlení velké, fototranzistor je otevřený a jeho odpor je malý. Proto je napětí na ovládacím terminálu DA1 menší než prahová hodnota, v důsledku toho LED nesvítí.

S klesajícím osvětlením se zvyšuje odpor fototranzistoru, což vede ke zvýšení napětí na řídicí svorce DA1. Když toto napětí překročí prahovou hodnotu (2,5 V), otevře se zenerova dioda a rozsvítí se LED.

Pokud je místo vstupu fototranzistoru připojen termistor, například řada MMT, získá se indikátor teploty: při poklesu teploty se rozsvítí LED.

Stejné schéma lze použít jako čidlo vlhkostinapříklad země. Za tímto účelem by místo termistoru nebo fototranzistoru měly být připojeny elektrody z nerezové oceli, které by měly být v určité vzdálenosti od sebe tlačeny do země. Když země zaschne na úroveň stanovenou během nastavení, LED se rozsvítí.

Prahová hodnota zařízení je ve všech případech nastavena pomocí proměnného rezistoru R1.

Kromě uvedených světelných indikátorů na čipu TL431 je také možné sestavit zvukový indikátor. Schéma takového indikátoru je znázorněna na obrázku 6.

Obrázek 6. Indikátor hladiny akustické kapaliny.

K řízení hladiny kapaliny, jako je voda v lázni, je k obvodu připojen senzor ze dvou nerezových desek, které jsou umístěny ve vzdálenosti několika milimetrů od sebe.

Když voda dosáhne senzoru, jeho odpor klesá a čip vstupuje do lineárního režimu prostřednictvím rezistorů R1 R2. K vlastní generaci tedy dochází při rezonanční frekvenci piezokeramického emitoru HA1, při kterém bude znít zvukový signál.

Jako emitor můžete použít radiátor ZP-3. zařízení je napájeno z napětí 5 ... 12 V. To vám umožňuje napájení i z galvanických baterií, což umožňuje jeho použití na různých místech, včetně koupelen.

Hlavním předmětem čipu TL434 je samozřejmě napájení. Jak však vidíme, schopnosti mikroobvodu nejsou omezeny pouze na toto.

Boris Aladyshkin