Anzeigen und Signalgeräte an einer einstellbaren Zenerdiode TL431

Der integrierte Stabilisator TL431 wird hauptsächlich in Netzteilen verwendet. Dafür finden Sie jedoch viel mehr Anwendungen. Einige dieser Schemata werden in diesem Artikel bereitgestellt.

In diesem Artikel werden einfache und nützliche Geräte beschrieben, die mit verwendet wurden Chips TL431. Aber in diesem Fall sollte man keine Angst vor dem Wort „Mikroschaltung“ haben, es hat nur drei Schlussfolgerungen und äußerlich sieht es aus wie ein einfacher Transistor mit geringer Leistung im TO90-Paket.

Zuerst ein bisschen Geschichte

So kam es, dass alle Elektronikingenieure die magischen Zahlen 431, 494 kennen. Was ist das?

TEXAS INSTRUMENTS stand an der Spitze der Halbleiter-Ära. Während dieser ganzen Zeit war sie auf den ersten Plätzen der Liste der weltweit führenden Hersteller elektronischer Komponenten und hielt sich fest in den Top Ten oder, wie sie häufiger sagen, in der TOP-10-Weltrangliste. Die erste integrierte Schaltung wurde bereits 1958 von Jack Kilby, einem Mitarbeiter dieses Unternehmens, entwickelt.

Jetzt produziert TI eine breite Palette von Mikroschaltungen, deren Name mit den Präfixen TL und SN beginnt. Dies sind jeweils analoge und logische (digitale) Mikroschaltungen, die für immer in die Geschichte von TI eingegangen sind und immer noch breite Anwendung finden.

Zu den allerersten in der Liste der "magischen" Chips sollte wohl gehören einstellbarer Spannungsregler TL431. Im dreipoligen Fall dieser Mikroschaltung sind 10 Transistoren verborgen, und die von ihr ausgeführte Funktion ist dieselbe wie bei einer herkömmlichen Zenerdiode (Zenerdiode).

Aufgrund dieser Komplikation weist die Mikroschaltung jedoch eine höhere thermische Stabilität und erhöhte Steigungseigenschaften auf. Sein Hauptmerkmal ist das mit externer Teiler Die Stabilisierungsspannung kann innerhalb von 2,5 ... 30 V geändert werden. Bei den neuesten Modellen beträgt die untere Schwelle 1,25 V.

TL431 wurde Anfang der siebziger Jahre von TI-Mitarbeiter Barney Holland entwickelt. Dann war er damit beschäftigt, den Stabilisatorchip einer anderen Firma zu kopieren. Wir würden sagen, rippen, nicht kopieren. Deshalb hat Barney Holland eine Referenzspannungsquelle aus dem ursprünglichen Mikrokreis ausgeliehen und auf dieser Grundlage einen separaten Stabilisator-Mikrokreis erstellt. Zuerst hieß es TL430 und nach einigen Verbesserungen hieß es TL431.

Seitdem ist viel Zeit vergangen, und jetzt gibt es kein einziges Computer-Netzteil, wo immer es Anwendung findet. Es findet auch Anwendung in fast allen Schaltnetzteilen mit geringem Stromverbrauch. Eine dieser Quellen ist jetzt in jedem Haus, ist Ladegerät für Handys. Eine solche Langlebigkeit kann nur beneidet werden. Abbildung 1 zeigt das Funktionsdiagramm des TL431.

Abbildung 1. Funktionsdiagramm des TL431.

Barney Holland schuf auch den nicht weniger bekannten und immer noch gefragten TL494-Chip. Dies ist ein Push-Pull-PWM-Controller, auf dessen Grundlage viele Modelle von Schaltnetzteilen erstellt wurden. Daher bezieht sich die Zahl 494 auch zu Recht auf die "Magie".

Kommen wir nun zur Betrachtung verschiedener Designs, die auf dem TL431-Chip basieren.

Anzeigen und Signalgeber

Der TL431-Chip kann nicht nur für den vorgesehenen Zweck als Zenerdiode in Netzteilen verwendet werden. Auf dieser Basis können verschiedene Lichtindikatoren und sogar Tonsignalgeräte erstellt werden. Mit solchen Geräten können Sie viele verschiedene Parameter verfolgen.

Erstens ist es nur elektrische Spannung. Wenn eine physikalische Größe mit Hilfe von Sensoren in Form einer Spannung dargestellt wird, kann eine Vorrichtung hergestellt werden, die beispielsweise den Wasserstand im Tank, Temperatur und Luftfeuchtigkeit, Beleuchtung oder Druck einer Flüssigkeit oder eines Gases steuert.

Überspannungsalarm

Der Betrieb einer solchen Signaleinrichtung basiert auf der Tatsache, dass, wenn die Spannung an der Steuerelektrode der Zenerdiode DA1 (Pin 1) weniger als 2,5 V beträgt, die Zenerdiode geschlossen ist und nur ein kleiner Strom durch sie fließt, normalerweise nicht mehr als 0,3 ... 0,4 mA. Dieser Strom reicht jedoch für ein sehr schwaches Leuchten der HL1-LED. Um dieses Phänomen zu verhindern, reicht es aus, einen Widerstand mit einem Widerstand von ca. 2 ... 3 KOhm parallel zur LED anzuschließen. Die Überspannungsdetektorschaltung ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2. Überspannungsdetektor.

Wenn die Spannung an der Steuerelektrode 2,5 V überschreitet, öffnet die Zenerdiode und die HL1-LED leuchtet auf. Die notwendige Strombegrenzung durch die Zenerdiode DA1 und die LED HL1 liefert den Widerstand R3. Der maximale Strom der Zenerdiode beträgt 100 mA, während der gleiche Parameter für die HL1-LED nur 20 mA beträgt. Aus dieser Bedingung wird der Widerstand des Widerstands R3 berechnet. Genauer gesagt kann dieser Widerstand unter Verwendung der folgenden Formel berechnet werden.

R3 = (Upit - Uhl - Uda) / Ihl. Hier wird die folgende Notation verwendet: Upit - Versorgungsspannung, Uhl - direkter Spannungsabfall an der LED, Uda - Spannung an einem offenen Stromkreis (normalerweise 2 V), Ihl - LED - Strom (eingestellt innerhalb von 5 ... 15 mA). Vergessen Sie auch nicht, dass die maximale Spannung für die Zenerdiode TL431 nur 36 V beträgt. Dieser Parameter kann ebenfalls nicht überschritten werden.

Alarmstufe

Die Spannung an der Steuerelektrode, bei der die LED HL1 (Uз) aufleuchtet, wird durch den Teiler R1, R2 eingestellt. Teilerparameter werden nach folgender Formel berechnet:

R2 = 2,5 · R1 / (Uz - 2,5). Für eine genauere Einstellung der Ansprechschwelle können Sie anstelle des Widerstands R2 eine Abstimmverkleidung installieren, deren Nennwert eineinhalb Mal höher ist als der berechnete Wert. Nachdem die Tinktur hergestellt wurde, kann sie durch einen konstanten Widerstand ersetzt werden, dessen Widerstand gleich dem Widerstand des eingeführten Teils der Abstimmung ist.

Manchmal müssen mehrere Spannungspegel gesteuert werden. In diesem Fall sind drei solcher Signalisierungsvorrichtungen erforderlich, von denen jede für ihre eigene Spannung konfiguriert ist. Somit ist es möglich, eine ganze Reihe von Indikatoren zu erstellen, eine lineare Skala.

Zur Stromversorgung der Anzeigeschaltung, bestehend aus LED HL1 und Widerstand R3, können Sie eine separate, auch nicht stabilisierte Stromquelle verwenden. In diesem Fall wird die gesteuerte Spannung an den Anschluss des Widerstands R1 angelegt, der vom Widerstand R3 getrennt werden sollte. Mit dieser Einbeziehung kann die gesteuerte Spannung im Bereich von drei bis mehreren zehn Volt liegen.

Unterspannungsanzeige

Abbildung 3. Unterspannungsanzeige.

Der Unterschied zwischen dieser und der vorherigen Schaltung besteht darin, dass die LED anders leuchtet. Dieser Einschluss wird als invers bezeichnet, da die LED beim Schließen des Chips aufleuchtet. Wenn die geregelte Spannung den vom Teiler R1, R2 eingestellten Schwellenwert überschreitet, ist die Mikroschaltung offen und der Strom fließt durch den Widerstand R3 und die Stifte 3-2 (Kathode-Anode) der Mikroschaltung.

Auf dem Chip liegt in diesem Fall ein Spannungsabfall von 2 V an, der nicht ausreicht, um die LED zu zünden. Um sicherzustellen, dass die LED nicht garantiert leuchtet, sind zwei Dioden in Reihe geschaltet. Einige Arten von LEDs, z. B. Blau, Weiß und einige Arten von Grün, leuchten auf, wenn die Spannung 2,2 V überschreitet. In diesem Fall werden anstelle der Dioden VD1, VD2 Jumper aus Draht installiert.

Wenn die überwachte Spannung geringer wird als die durch den Teiler R1, R2 eingestellte, schließt der Mikrokreis, die Spannung an seinem Ausgang beträgt viel mehr als 2 V, sodass die HL1-LED aufleuchtet.

Wenn Sie nur die Spannungsänderung steuern möchten, kann die Anzeige gemäß dem in Abbildung 4 gezeigten Schema zusammengebaut werden.

Abbildung 4. Spannungsänderungsanzeige.

Diese Anzeige verwendet eine zweifarbige LED HL1. Wenn die überwachte Spannung den Schwellenwert überschreitet, leuchtet die rote LED auf, und wenn die Spannung niedrig ist, leuchtet die grüne auf.

In dem Fall, in dem die Spannung nahe einer vorbestimmten Schwelle (ungefähr 0,05 ... 0,1 V) liegt, werden beide Indikatoren gelöscht, da die Übertragungscharakteristik der Zenerdiode eine genau definierte Steigung aufweist.

Wenn Sie die Änderung einer physikalischen Größe überwachen möchten, kann der Widerstand R2 durch einen Sensor ersetzt werden, der den Widerstand unter dem Einfluss der Umgebung ändert. Ein ähnliches Gerät ist in Abbildung 5 dargestellt.

Abbildung 5. Schema zur Überwachung von Umgebungsparametern.

Herkömmlicherweise werden in einem Diagramm mehrere Sensoren gleichzeitig gezeigt. Wenn es so sein wird Fototransistores wird sich herausstellen Fotorelais. Während die Beleuchtung groß ist, ist der Fototransistor offen und sein Widerstand ist klein. Daher ist die Spannung an der Steuerklemme DA1 kleiner als der Schwellenwert, wodurch die LED nicht leuchtet.

Wenn die Beleuchtung abnimmt, nimmt der Widerstand des Fototransistors zu, was zu einer Erhöhung der Spannung am Steueranschluss DA1 führt. Wenn diese Spannung den Schwellenwert (2,5 V) überschreitet, öffnet die Zenerdiode und die LED leuchtet auf.

Wenn anstelle eines Fototransistors ein Thermistor, beispielsweise eine MMT-Serie, an den Eingang des Geräts angeschlossen wird, wird eine Temperaturanzeige erhalten: Wenn die Temperatur abfällt, leuchtet die LED auf.

Das gleiche Schema kann verwendet werden als Feuchtigkeitssensorzum Beispiel Land. Zu diesem Zweck sollten anstelle eines Thermistors oder eines Fototransistors Edelstahlelektroden angeschlossen werden, die in einiger Entfernung voneinander in den Boden gedrückt werden sollten. Wenn die Erde auf das während des Setups festgelegte Niveau trocknet, leuchtet die LED auf.

Die Schwelle des Gerätes wird in allen Fällen mit einem variablen Widerstand R1 eingestellt.

Zusätzlich zu den aufgelisteten Lichtanzeigen auf dem TL431-Chip ist es auch möglich, eine Audioanzeige zusammenzubauen. Ein Diagramm eines solchen Indikators ist in Abbildung 6 dargestellt.

Abbildung 6. Schallflüssigkeitsstandsanzeige.

Um den Füllstand einer Flüssigkeit wie Wasser in einem Bad zu steuern, wird ein Sensor aus zwei rostfreien Platten, die sich in einem Abstand von mehreren Millimetern voneinander befinden, an den Kreislauf angeschlossen.

Wenn Wasser den Sensor erreicht, nimmt sein Widerstand ab und der Chip tritt über die Widerstände R1 R2 in den linearen Modus ein. Daher erfolgt die Eigenerzeugung bei der Resonanzfrequenz des piezokeramischen Emitters HA1, bei der das Tonsignal ertönt.

Als Emitter können Sie den Kühler ZP-3 verwenden. Das Gerät wird mit einer Spannung von 5 ... 12 V betrieben. Auf diese Weise können Sie es auch mit galvanischen Batterien betreiben, sodass Sie es an verschiedenen Orten, einschließlich im Badezimmer, verwenden können.

Der Hauptumfang des TL434-Chips sind natürlich Netzteile. Wie wir jedoch sehen, sind die Fähigkeiten der Mikroschaltung nicht nur darauf beschränkt.

Boris Aladyshkin