Các chỉ báo và thiết bị báo hiệu trên một diode zener điều chỉnh TL431

Bộ ổn định tích hợp TL431 chủ yếu được sử dụng trong các bộ nguồn. Tuy nhiên, đối với nó, bạn có thể tìm thấy nhiều ứng dụng hơn. Một số chương trình này được cung cấp trong bài viết này.

Bài viết này sẽ nói về các thiết bị đơn giản và hữu ích được thực hiện bằng cách sử dụng Chip TL431. Nhưng trong trường hợp này, bạn không nên sợ từ micro microcircuit, nó chỉ có ba kết luận, và bên ngoài nó trông giống như một bóng bán dẫn công suất thấp đơn giản trong gói TO90.

Đầu tiên một chút về lịch sử

Điều đó đã xảy ra đến nỗi tất cả các kỹ sư điện tử đều biết các số ma thuật 431, 494. Đây là gì?

TEXAS INSTRUMENT đã đi đầu trong kỷ nguyên bán dẫn. Tất cả thời gian này, cô đã ở vị trí đầu tiên trong danh sách các nhà lãnh đạo thế giới trong sản xuất linh kiện điện tử, giữ vững vị trí trong top 10 hoặc, như họ nói thường xuyên hơn, trong bảng xếp hạng TOP-10 thế giới. Mạch tích hợp đầu tiên được tạo ra vào năm 1958 bởi Jack Kilby, một nhân viên của công ty này.

TI hiện đang phát hành một loạt chip, tên bắt đầu bằng tiền tố TL và SN. Đây là các vi mạch tương tự và logic (kỹ thuật số) tương ứng, đã mãi mãi đi vào lịch sử của TI và vẫn tìm thấy ứng dụng rộng rãi.

Trong số những người đầu tiên trong danh sách chip "ma thuật" có lẽ nên được xem xét điều chỉnh điện áp TL431. Trong trường hợp ba chân của vi mạch này, 10 bóng bán dẫn bị ẩn và chức năng được thực hiện bởi nó giống như một diode zener thông thường (diode Zener).

Nhưng do biến chứng này, microcircuit có độ ổn định nhiệt cao hơn và đặc tính độ dốc tăng. Tính năng chính của nó là với dải phân cách bên ngoài điện áp ổn định có thể thay đổi trong vòng 2,5 ... 30 V. Đối với các mẫu mới nhất, ngưỡng dưới là 1,25 V.

TL431 được tạo bởi nhân viên TI Barney Holland vào đầu những năm bảy mươi. Sau đó, ông đã tham gia vào việc sao chép chip ổn định của một công ty khác. Chúng tôi sẽ nói trích xuất, không sao chép. Vì vậy, Barney Holland đã mượn một nguồn điện áp tham chiếu từ microcircuit ban đầu, và trên cơ sở của nó đã tạo ra một microcircuit ổn định riêng biệt. Lúc đầu, nó được gọi là TL430, và sau một số cải tiến, nó được gọi là TL431.

Kể từ đó, rất nhiều thời gian đã trôi qua, và bây giờ không có một nguồn cung cấp năng lượng máy tính nào, bất cứ nơi nào nó tìm thấy ứng dụng. Nó cũng tìm thấy ứng dụng trong hầu hết các nguồn cung cấp năng lượng chuyển đổi năng lượng thấp. Một trong những nguồn này hiện có ở mọi nhà, là bộ sạc cho điện thoại di động. Tuổi thọ như vậy chỉ có thể được ghen tị. Hình 1 cho thấy sơ đồ chức năng của TL431.

Hình 1. Sơ đồ chức năng của TL431.

Barney Holland cũng tạo ra chip TL494 nổi tiếng không kém và vẫn có nhu cầu. Đây là một bộ điều khiển PWM kéo đẩy, trên cơ sở nhiều mô hình cung cấp năng lượng chuyển đổi đã được tạo ra. Do đó, số 494 cũng nói đúng về "ma thuật".

Bây giờ chúng ta hãy chuyển sang xem xét các thiết kế khác nhau dựa trên chip TL431.

Các chỉ số và tín hiệu

Chip TL431 có thể được sử dụng không chỉ cho mục đích dự định là diode zener trong nguồn điện. Trên cơ sở của nó, có thể tạo ra các chỉ số ánh sáng khác nhau và thậm chí các thiết bị tín hiệu âm thanh. Sử dụng các thiết bị như vậy, bạn có thể theo dõi nhiều thông số khác nhau.

Trước hết, nó chỉ là điện áp. Nếu bất kỳ đại lượng vật lý nào với sự trợ giúp của các cảm biến được thể hiện dưới dạng điện áp, thì có thể chế tạo một thiết bị theo dõi, ví dụ như mực nước trong bể, nhiệt độ và độ ẩm, chiếu sáng hoặc áp suất của chất lỏng hoặc khí.

Báo động quá áp

Hoạt động của một thiết bị báo hiệu như vậy dựa trên thực tế là khi điện áp ở điện cực điều khiển của diode zener DA1 (chân 1) nhỏ hơn 2,5 V, diode zener bị đóng, chỉ có một dòng điện nhỏ chạy qua nó, thường không quá 0,3 ... 0,4 mA. Nhưng dòng điện này là đủ cho một ánh sáng rất yếu của đèn LED HL1. Để ngăn chặn hiện tượng này, việc kết nối một điện trở với điện trở khoảng 2 ... 3 KOhm song song với đèn LED là đủ. Mạch phát hiện quá điện áp được thể hiện trong Hình 2.

Hình 2. Đầu dò quá áp.

Nếu điện áp ở điện cực điều khiển vượt quá 2,5 V, diode zener sẽ mở và đèn LED HL1 sẽ sáng lên. giới hạn dòng cần thiết thông qua diode zener DA1 và LED HL1 cung cấp điện trở R3. Dòng điện tối đa của diode zener là 100 mA, trong khi thông số tương tự cho đèn LED HL1 chỉ là 20 mA. Chính từ điều kiện này mà điện trở của điện trở R3 được tính toán. chính xác hơn, điện trở này có thể được tính bằng công thức dưới đây.

R3 = (Upit - Uhl - Uda) / Ihl. Các ký hiệu sau được sử dụng ở đây: Upit - điện áp cung cấp, Uhl - sụt áp trực tiếp trên đèn LED, điện áp Uda trên mạch hở (thường là 2V), dòng LED Ihl (đặt trong vòng 5 ... 15 mA). Ngoài ra, đừng quên rằng điện áp tối đa cho diode zener TL431 chỉ là 36 V. Thông số này cũng không thể vượt quá.

Mức báo động

Điện áp tại điện cực điều khiển mà đèn LED HL1 (Uv) sáng lên được đặt bởi bộ chia R1, R2. tham số chia được tính theo công thức:

R2 = 2,5 * R1 / (Uz - 2,5). Để điều chỉnh ngưỡng phản hồi chính xác hơn, bạn có thể cài đặt bộ điều chỉnh thay vì điện trở R2, với giá trị danh nghĩa gấp một lần rưỡi so với tính toán. Sau khi chế tạo cồn, nó có thể được thay thế bằng một điện trở không đổi, điện trở trong đó bằng với điện trở của phần được giới thiệu của điều chỉnh.

Đôi khi nó được yêu cầu để kiểm soát một số cấp điện áp. Trong trường hợp này, sẽ cần ba thiết bị báo hiệu như vậy, mỗi thiết bị được cấu hình cho điện áp riêng. Do đó, có thể tạo ra cả một dòng các chỉ số, thang đo tuyến tính.

Để cấp nguồn cho mạch hiển thị, bao gồm LED HL1 và điện trở R3, bạn có thể sử dụng một nguồn năng lượng riêng, thậm chí không ổn định. Trong trường hợp này, điện áp được điều khiển được đặt vào cực của điện trở R1, nên ngắt kết nối với điện trở R3. Với sự bao gồm này, điện áp được điều khiển có thể dao động từ ba đến vài chục volt.

Chỉ số điện áp thấp

Hình 3. Chỉ báo điện áp thấp.

Sự khác biệt giữa mạch này và mạch trước đó là đèn LED được bật khác nhau. Sự bao gồm này được gọi là nghịch đảo, vì đèn LED sáng lên khi đóng chip. Nếu điện áp được điều khiển vượt quá ngưỡng được thiết lập bởi bộ chia R1, R2, thì vi mạch được mở và dòng điện chạy qua điện trở R3 và chân 3 - 2 (cực âm - cực dương) của vi mạch.

Trên chip trong trường hợp này có sự sụt giảm điện áp 2 V, không đủ để đốt cháy đèn LED. Để đảm bảo rằng đèn LED không được đảm bảo sáng, hai điốt được lắp nối tiếp với nó. Một số loại đèn LED, ví dụ màu xanh lam, trắng và một số loại màu xanh lục, sáng lên khi điện áp vượt quá 2.2 V. Trong trường hợp này, các bộ nhảy làm bằng dây được lắp đặt thay vì điốt VD1, VD2.

Khi điện áp được giám sát trở nên nhỏ hơn điện áp được đặt bởi bộ chia R1, R2 thì vi mạch đóng lại, điện áp ở đầu ra của nó sẽ lớn hơn 2 V, vì vậy đèn LED HL1 sẽ sáng lên.

Nếu bạn chỉ muốn kiểm soát sự thay đổi điện áp, chỉ báo có thể được lắp ráp theo sơ đồ như trong Hình 4.

Hình 4. Chỉ báo thay đổi điện áp.

Chỉ báo này sử dụng đèn LED hai màu HL1. Nếu điện áp được giám sát vượt quá giá trị ngưỡng, đèn LED màu đỏ sẽ sáng lên và nếu điện áp thấp, đèn xanh lục sẽ sáng lên.

Trong trường hợp khi điện áp gần ngưỡng xác định trước (khoảng 0,05 ... 0,1 V), cả hai chỉ số đều bị dập tắt, do đặc tính truyền của diode zener có độ dốc xác định rõ.

Nếu bạn muốn theo dõi sự thay đổi về bất kỳ đại lượng vật lý nào, thì điện trở R2 có thể được thay thế bằng cảm biến thay đổi điện trở dưới tác động của môi trường. Một thiết bị tương tự được hiển thị trong Hình 5.

Hình 5. Sơ đồ giám sát các thông số môi trường.

Thông thường, trên một sơ đồ, một số cảm biến được hiển thị cùng một lúc. Nếu nó sẽ phototransistornó sẽ bật ra chuyển tiếp hình ảnh. Trong khi độ rọi lớn, phototransistor mở và điện trở của nó nhỏ. Do đó, điện áp ở đầu cực điều khiển DA1 nhỏ hơn ngưỡng, do đó, đèn LED không sáng.

Khi độ rọi giảm, điện trở của phototransistor tăng, dẫn đến tăng điện áp ở cực điều khiển DA1. Khi điện áp này vượt quá ngưỡng (2,5 V), diode zener sẽ mở và đèn LED sáng lên.

Nếu thay vì một phototransistor, ví dụ, một nhiệt điện trở, một dòng MMT, được kết nối với đầu vào của thiết bị, sẽ có một chỉ báo nhiệt độ: khi nhiệt độ giảm, đèn LED sẽ sáng.

Đề án tương tự có thể được sử dụng như cảm biến độ ẩm, ví dụ, đất đai. Để làm điều này, thay vì một nhiệt điện trở hoặc một phototransistor, các điện cực bằng thép không gỉ nên được kết nối, ở một khoảng cách nào đó với nhau nên được đẩy xuống đất. Khi trái đất khô đến mức được xác định trong khi thiết lập, đèn LED sẽ sáng lên.

Ngưỡng của thiết bị trong mọi trường hợp được đặt bằng cách sử dụng biến trở R1.

Ngoài các chỉ báo ánh sáng được liệt kê trên chip TL431, cũng có thể lắp ráp một chỉ báo âm thanh. Một sơ đồ của một chỉ báo như vậy được hiển thị trong Hình 6.

Hình 6. Chỉ báo mức chất lỏng âm thanh.

Để kiểm soát mức chất lỏng, chẳng hạn như nước trong bồn tắm, một cảm biến được làm bằng hai tấm không gỉ, được đặt ở khoảng cách vài mm với nhau, được kết nối với mạch.

Khi nước đến cảm biến, điện trở của nó giảm và chip chuyển sang chế độ tuyến tính thông qua các điện trở R1 R2. Do đó, việc tự tạo xảy ra ở tần số cộng hưởng của bộ phát piezoceramic HA1, tại đó tín hiệu âm thanh sẽ phát ra.

Là bộ phát, bạn có thể sử dụng bộ tản nhiệt ZP-3. thiết bị được cấp nguồn từ điện áp 5 ... 12 V. Điều này cho phép bạn cung cấp năng lượng cho nó ngay cả từ pin điện, cho phép sử dụng nó ở những nơi khác nhau, kể cả trong phòng tắm.

Phạm vi chính của chip TL434, tất nhiên, cung cấp năng lượng. Nhưng, như chúng ta thấy, các khả năng của microcircuit không chỉ giới hạn ở riêng điều này.

Boris Aladyshkin

Comments

[#1 ELSE]

Có phải cực âm và cực dương được hoán đổi trong hình 1?

[#2 Yuri]

Cảm ơn bạn, rất thú vị!

[#3 Elektro]

ELSE,
không, cực âm và cực dương không bị trộn lẫn.
Mạch là một diode zener có thể điều chỉnh, đối với diode zener, chế độ hoạt động là khi dòng điện chạy vào cực âm và chảy ra khỏi cực dương.
Transitor trong mạch trong Hình 1 thực sự điều khiển - nó bắt đầu mở và tăng dòng collector khi điện áp tại REF bắt đầu vượt quá Vref. Do đó, dòng chảy từ trên xuống dưới, từ CATHODE đến ANODE.
Các diode bên phải không làm phiền bạn - đây là một diode bảo vệ không tham gia vào hoạt động bình thường của mạch.

[#4]

Nói cho ấm trà cách chọn R1 để tính R2. Tôi muốn thử làm một chỉ báo pin.

Nếu không có ai ở nhà, thì hãy nói như vậy.

[#5]

Nói cho ấm trà làm thế nào và từ những gì có thể lắp ráp một chỉ báo ngưỡng kỹ thuật số làm việc trên cơ sở các giá trị kháng!?

Nếu một cái gì đó được thể hiện không rõ ràng: Có 3 điện trở, chúng bật xen kẽ trong mạch, làm thế nào để làm cho chỉ báo một ký tự kỹ thuật số hiển thị số (tức là số điện trở có điều kiện) có trong mạch?

[#6 Boris Aladyshkin]

chpok69, cần phải tính toán bộ chia R1 R2 theo cách giảm điện áp trên R2 là 2,5 V cho điện áp ổn định đã cho: I * R2 = (U / (R1 + R2)) * R2, chúng tôi giảm cả hai phần bằng R2, chúng tôi nhận được I = (U / (R1 + R2)). Do đó U = I * (R1 + R2) = I * R1 + I * R2. Theo điều kiện của bài toán, I * R2 = 2.5V, thì dòng điện trong phần R1 + R2 sẽ là I = (U - 2.5) / R1. Sau đó, hóa ra điện trở của điện trở là R2 = 2,5 / I. Giả sử rằng R1 = 100K, U = 5V, sau đó I = (U - 2.5) / R1 = (5 - 2.5) / 100000 = 0.000025 (A) và R2 = 2.5 / I = 2,5 / 0,000025 = 100000ohm hoặc 100Kohm. Rõ ràng là với điện áp cung cấp 5V 2.5V sẽ chính xác bằng một nửa, do đó điện trở của điện trở R2 cũng bằng một nửa bộ chia R1 + R2.

Trên thực tế tính toán này đã có thể xác minh tính chính xác của các công thức. Nếu thay vì U trong các công thức thay thế một điện áp khác, ví dụ 12 hoặc 24V, thì các số sẽ biến thành khác nhau. Để kiểm tra kết quả tính toán theo công thức, máy tính Windows sẽ giúp: chỉ cần chọn, ví dụ: (5 - 2.5) / 100000, dán vào dòng máy tính, sau đó nhấn phím "=" để sao chép kết quả và dán vào tài liệu.

[#7]

Cảm ơn bạn, các chỉ số xả đang làm việc. VD1 VD2 được thay thế bằng một cd220. Điện trở R2 lấy biến ohm 330k.