电子设计教程6：TL431基准电压芯片的原理与典型应用

悠悠 2023-07-03 07:04 13阅读 0赞

TL431是由德州仪器生产的一个有良好的热稳定性能的三端可调基准电压芯片。它的输出电压可调，（在电源电压足够的情况下）只需用两个电阻就可以设置为2…5V~36V范围内的任何值。在很多应用中可以用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等等。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly95YXRhby5ibG9nLmNzZG4ubmV0_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
上图是TL431原理图符号与简明内部结构图  
  它内部具有一个2.5V的基准电压，接在运放的反相输入端；参考端（R）接在运放的同相输入端。运放相当于一个放大器，会把同相输入端与反向输入端的电压差放大很多倍。正常情况下参考端的电压总是2.5V左右。如果参考端的电压变大，那么运放的输出端电压也会升高，导致流过三极管的电流增大，也就是流入TL431的电流变大了，或者说TL431的等效电阻变小了。合适的外部电路能够利用这一点，让参考端（R）的电压变小，形成负反馈。例如下图：  
![在这里插入图片描述][2020020319040722.png]  
  假设采样电路没有变化，由于某些意外原因导致了输出电压Vo变大，那么由Vo分压得到的参考端电压也变大，导致TL431等效电阻变小。由R1与R2组成的取样电路电阻之和常常是10K以上，电流通常不到1mA，我们把它忽略不计，则限流电阻R3与TL431的关系近似于串联。所以输出电压Vo等于TL431上分摊的电压，TL431阻值变小，所以Vo变小。因此，此电路依靠负反馈调节，把TL431参考端的电压限制在2.5V左右。  
  在R1与R2组成的取样电路中，流向TL431的电流是微安级别，忽略不计。R2上的电压总是2.5V，所以用串联电路的分压公式可以求出输出电压与R1，R2阻值的关系：  
![在这里插入图片描述][202002031904333.png]  
  确定R1与R2的阻值就能计算出输出电压的值。在电路中不存在R1的时候，Vo是最小值2.5V。Vo最大不会超过VCC。  
  如果把R1或R2设置为可调的电阻，就能做出输出可调的线性稳压电路。并联电容可以改善输出电压的质量。限流电阻R3的作用是把流过TL431的电流限制在1mA~100mA的范围内。限流电阻的阻值与电流计算公式与稳压二极管电路相似：  
![在这里插入图片描述][20200203190443313.png]  
  如果电路无需带负载，例如作为参考电压，R3的阻值可以大一些；如果需要负载需要较大电流，流过限流电阻的电流=流过稳压管的电流+流过负载的电流，限流电阻上的相当一部分电流会以发热的形式白白浪费掉。  
  实际上此电路用作电源的场合较少。由于TL431可以通过分压电阻配出不同的电压，且这个电压几乎不受电源电压的影响，所以常常用于产生参考电压。比如电子秤用电池供电，新电池与快没电的电池电压是不一样的，所以电池的电压不能作为参考，此时就可以用TL431作为基准电压。

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