Wskaźniki i urządzenia sygnalizacyjne na regulowanej diodzie Zenera TL431

Zintegrowany stabilizator TL431 jest stosowany głównie w zasilaczach. Można jednak znaleźć o wiele więcej aplikacji. Niektóre z tych schematów podano w tym artykule.

W tym artykule omówiono proste i przydatne urządzenia wykonane przy użyciu Chipy TL431. Ale w tym przypadku nie należy obawiać się słowa „mikroukład”, ma tylko trzy wnioski, a na zewnątrz wygląda jak prosty tranzystor małej mocy w pakiecie TO90.

Najpierw trochę historii

Tak się złożyło, że wszyscy inżynierowie elektronicy znają magiczne liczby 431, 494. Co to jest?

TEXAS INSTRUMENTS był na czele ery półprzewodników. Przez cały ten czas zajmowała pierwsze miejsca na liście światowych liderów w produkcji komponentów elektronicznych, zdecydowanie utrzymując się w pierwszej dziesiątce lub, jak mówią częściej, w światowej rankingu TOP-10. Pierwszy układ scalony został stworzony w 1958 roku przez Jacka Kilby'ego, pracownika tej firmy.

Teraz TI produkuje szeroką gamę mikroukładów, których nazwa zaczyna się od prefiksów TL i SN. Są to odpowiednio mikroukłady analogowe i logiczne (cyfrowe), które na zawsze weszły do ​​historii TI i wciąż znajdują szerokie zastosowanie.

Prawdopodobnie należy rozważyć jeden z pierwszych na liście „magicznych” żetonów regulowany regulator napięcia TL431. W trzy-pinowym przypadku tego mikroukładu ukrytych jest 10 tranzystorów, a wykonywana przez niego funkcja jest taka sama jak w przypadku konwencjonalnej diody Zenera (diody Zenera).

Ale z powodu tej komplikacji mikroukład ma wyższą stabilność termiczną i większą charakterystykę nachylenia. Jego główną cechą jest to, że dzielnik zewnętrzny napięcie stabilizacji można zmienić w zakresie 2,5 ... 30 V. W najnowszych modelach dolny próg wynosi 1,25 V.

TL431 został stworzony przez pracownika TI Barneya Holland na początku lat siedemdziesiątych. Następnie zajął się kopiowaniem układu stabilizującego innej firmy. Powiedzielibyśmy zgrywanie, a nie kopiowanie. Więc Barney Holland pożyczył źródło napięcia odniesienia z oryginalnego mikroukładu i na jego podstawie stworzył osobny mikroukład stabilizujący. Początkowo nazywał się TL430, a po kilku udoskonaleniach nazywał się TL431.

Od tego czasu minęło dużo czasu, a teraz nie ma jednego zasilacza komputerowego, gdziekolwiek znajdzie zastosowanie. Znajduje również zastosowanie w prawie wszystkich zasilaczach impulsowych małej mocy. Jednym z tych źródeł jest teraz w każdym domu ładowarka do telefonów komórkowych. Takiej długowieczności można zazdrościć. Rysunek 1 pokazuje schemat funkcjonalny TL431.

Rysunek 1. Schemat działania TL431.

Barney Holland stworzył również nie mniej znany i wciąż poszukiwany układ TL494. Jest to kontroler PWM typu push-pull, na podstawie którego powstało wiele modeli zasilaczy impulsowych. Dlatego liczba 494 również słusznie odnosi się do „magii”.

Przejdźmy teraz do rozważenia różnych konstrukcji opartych na układzie TL431.

Wskaźniki i sygnalizatory

Układ TL431 może być wykorzystywany nie tylko zgodnie z przeznaczeniem jako dioda Zenera w zasilaczach. Na jego podstawie można tworzyć różne wskaźniki świetlne, a nawet sygnalizatory dźwiękowe. Za pomocą takich urządzeń można śledzić wiele różnych parametrów.

Po pierwsze, to tylko napięcie elektryczne. Jeśli dowolna wielkość fizyczna za pomocą czujników jest prezentowana w postaci napięcia, wówczas można wykonać urządzenie, które kontroluje, na przykład, poziom wody w zbiorniku, temperaturę i wilgotność, oświetlenie lub ciśnienie cieczy lub gazu.

Alarm przekroczenia napięcia

Działanie takiego urządzenia sygnalizacyjnego polega na tym, że gdy napięcie na elektrodzie sterującej diody Zenera DA1 (pin 1) jest mniejsze niż 2,5 V, dioda Zenera jest zamknięta, przepływa przez nią tylko niewielki prąd, zwykle nie większy niż 0,3 ... 0,4 mA. Ale ten prąd wystarcza na bardzo słabe świecenie diody HL1. Aby temu zapobiec, wystarczy podłączyć rezystor o rezystancji około 2 ... 3 KOhm równolegle do diody LED. Obwód detektora przepięcia pokazano na rysunku 2.

Rysunek 2. Detektor przepięcia.

Jeśli napięcie na elektrodzie kontrolnej przekroczy 2,5 V, dioda Zenera otworzy się i zaświeci dioda HL1. niezbędne ograniczenie prądu przez diodę Zenera DA1 i diodę HL1 zapewnia rezystor R3. Maksymalny prąd diody Zenera wynosi 100 mA, podczas gdy ten sam parametr dla diody LED HL1 wynosi tylko 20 mA. Z tego warunku obliczana jest rezystancja rezystora R3. dokładniej, ten opór można obliczyć za pomocą poniższego wzoru.

R3 = (Upit - Uhl - Uda) / Ihl. Stosuje się tutaj następującą notację: Upit - napięcie zasilania, Uhl - bezpośredni spadek napięcia na diodzie LED, napięcie Uda na obwodzie otwartym (zwykle 2 V), prąd LED Ihl (ustawiony w zakresie 5 ... 15 mA). Nie zapominaj również, że maksymalne napięcie dla diody Zenera TL431 wynosi tylko 36 V. Nie można również przekroczyć tego parametru.

Poziom alarmu

Napięcie na elektrodzie sterującej, przy którym zapala się dioda HL1 (Uз), jest ustawiane przez dzielnik R1, R2. parametry dzielnika są obliczane według wzoru:

R2 = 2,5 * R1 / (Uz - 2,5). W celu dokładniejszej regulacji progu odpowiedzi można zainstalować strojenie strojenia zamiast rezystora R2 o wartości nominalnej półtora razy większej niż obliczona. Po wykonaniu nalewki można ją zastąpić stałym rezystorem, którego rezystancja jest równa rezystancji wprowadzonej części strojenia.

Czasami wymagane jest kontrolowanie kilku poziomów napięcia. W takim przypadku wymagane będą trzy takie urządzenia sygnalizacyjne, z których każde jest skonfigurowane na własne napięcie. W ten sposób można stworzyć całą linię wskaźników, skalę liniową.

Do zasilania obwodu wyświetlacza, składającego się z LED HL1 i rezystora R3, można użyć osobnego źródła zasilania, nawet niestabilizowanego. W takim przypadku kontrolowane napięcie jest przykładane na zacisk rezystora R1, który należy odłączyć od rezystora R3. Dzięki temu włączeniu kontrolowane napięcie może wynosić od trzech do kilkudziesięciu woltów.

Wskaźnik spadku napięcia

Rysunek 3. Wskaźnik spadku napięcia.

Różnica między tym obwodem a poprzednim polega na tym, że dioda LED jest włączana inaczej. Włączenie to nazywane jest odwrotnym, ponieważ dioda LED świeci, gdy układ jest zamknięty. Jeśli kontrolowane napięcie przekroczy próg ustawiony przez dzielnik R1, R2, mikroukład jest otwarty, a prąd przepływa przez rezystor R3 i piny 3 - 2 (katoda - anoda) mikroukładu.

Na chipie w tym przypadku występuje spadek napięcia o 2 V, co nie wystarcza do zapalenia diody LED. Aby zagwarantować, że dioda LED nie gwarantuje zaświecenia, dwie diody są z nią połączone szeregowo. Niektóre typy diod LED, takie jak niebieski, biały i zielony, świecą, gdy napięcie przekracza 2,2 V. W tym przypadku zamiast diod VD1, VD2 instalowane są zworki wykonane z drutu.

Gdy monitorowane napięcie spadnie poniżej ustawionego przez dzielnik R1, R2 mikroukład zamyka się, napięcie na jego wyjściu będzie znacznie większe niż 2 V, więc dioda LED HL1 zaświeci się.

Jeśli chcesz kontrolować tylko zmianę napięcia, wskaźnik można zmontować zgodnie ze schematem pokazanym na rysunku 4.

Rysunek 4. Wskaźnik zmiany napięcia.

Ten wskaźnik wykorzystuje dwukolorową diodę LED HL1. Jeśli monitorowane napięcie przekroczy wartość progową, zaświeci się czerwona dioda LED, a jeśli napięcie będzie niskie, zaświeci się zielona.

W przypadku, gdy napięcie jest bliskie z góry określonej wartości progowej (około 0,05 ... 0,1 V), oba wskaźniki gaszą, ponieważ charakterystyka przenoszenia diody Zenera ma dobrze określone nachylenie.

Jeśli chcesz monitorować zmianę w dowolnej wielkości fizycznej, wówczas rezystor R2 można zastąpić czujnikiem, który zmienia rezystancję pod wpływem środowiska. Podobne urządzenie pokazano na rysunku 5.

Ryc. 5. Schemat monitorowania parametrów środowiskowych.

Konwencjonalnie na jednym schemacie pokazano kilka czujników jednocześnie. Jeśli tak będzie fototranzystorokaże się przekaźnik zdjęć. Podczas gdy oświetlenie jest duże, fototranzystor jest otwarty, a jego rezystancja jest niewielka. Dlatego napięcie na zacisku sterującym DA1 jest niższe niż próg, w wyniku czego dioda LED nie świeci.

Wraz ze spadkiem oświetlenia wzrasta rezystancja fototranzystora, co prowadzi do wzrostu napięcia na zacisku sterującym DA1. Gdy napięcie przekroczy próg (2,5 V), dioda Zenera otwiera się i zapala się dioda LED.

Jeśli zamiast fototranzystora do wejścia urządzenia zostanie podłączony termistor, na przykład seria MMT, zostanie uzyskany wskaźnik temperatury: gdy temperatura spadnie, dioda LED zaświeci się.

Tego samego schematu można użyć jako czujnik wilgotności, na przykład ziemia. Aby to zrobić, zamiast termistora lub fototranzystora należy podłączyć elektrody ze stali nierdzewnej, które w pewnej odległości od siebie powinny zostać wbite w ziemię. Gdy ziemia wyschnie do poziomu określonego podczas konfiguracji, dioda LED zaświeci się.

Próg urządzenia we wszystkich przypadkach ustawia się za pomocą rezystora zmiennego R1.

Oprócz wymienionych wskaźników świetlnych na chipie TL431 można również zamontować wskaźnik audio. Schemat takiego wskaźnika pokazano na rysunku 6.

Rysunek 6. Wskaźnik poziomu dźwięku cieczy.

Aby kontrolować poziom cieczy, takiej jak woda w wannie, czujnik z dwóch nierdzewnych płytek, które znajdują się w odległości kilku milimetrów od siebie, jest podłączony do obwodu.

Gdy woda dociera do czujnika, jego rezystancja maleje, a układ przechodzi w tryb liniowy przez rezystory R1 R2. Dlatego samo generowanie zachodzi przy częstotliwości rezonansowej emitera piezoceramicznego HA1, przy której zabrzmi sygnał dźwiękowy.

Jako emiter możesz użyć grzejnika ZP-3. urządzenie zasilane jest napięciem 5 ... 12 V. Pozwala to zasilać go nawet z baterii galwanicznych, co pozwala na korzystanie z niego w różnych miejscach, w tym w łazience.

Głównym zakresem układu TL434 są oczywiście zasilacze. Ale, jak widzimy, możliwości mikroukładu nie ograniczają się tylko do tego.

Boris Aladyshkin