Indikatori un signālierīces uz regulējamas Zener diodes TL431

TL431 integrēto stabilizatoru galvenokārt izmanto barošanas avotos. Tomēr tam jūs varat atrast daudz vairāk lietojumprogrammu. Dažas no šīm shēmām ir sniegtas šajā rakstā.

Šajā rakstā tiks runāts par vienkāršām un noderīgām ierīcēm, kas izgatavotas, izmantojot Chips TL431. Bet šajā gadījumā jums nevajadzētu baidīties no vārda “mikroshēma”, tam ir tikai trīs secinājumi, un ārēji tas izskatās kā vienkāršs mazjaudas tranzistors TO90 paketē.

Vispirms mazliet vēstures

Tā notika, ka visi elektronikas inženieri zina maģiskos numurus 431, 494. Kas tas ir?

TEXAS INSTRUMENTS bija pusvadītāju ēras priekšplānā. Visu šo laiku viņa ir bijusi pirmajā vietā pasaules līderu sarakstā elektronisko komponentu ražošanā, stingri noturoties desmitniekā vai, kā saka biežāk, pasaules ranga TOP-10. Pirmo integrālo shēmu 1958. gadā izveidoja Džeks Kilbijs, šī uzņēmuma darbinieks.

Tagad TI ražo plašu mikroshēmu klāstu, kuru nosaukums sākas ar TL un SN prefiksiem. Tās ir attiecīgi analogās un loģiskās (digitālās) mikroshēmas, kuras mūžīgi ir ienākušas TI vēsturē un joprojām tiek plaši pielietojamas.

Iespējams, ka viens no pirmajiem “burvju” mikroshēmu sarakstā ir jāņem vērā regulējams sprieguma regulators TL431. Šīs mikroshēmas trīs kontaktu gadījumā 10 tranzistori ir paslēpti, un tā veiktā funkcija ir tāda pati kā parastajai Zener diodei (Zener diode).

Bet šīs komplikācijas dēļ mikroshēmai ir augstāka termiskā stabilitāte un palielināti slīpuma raksturlielumi. Tās galvenā iezīme ir tā, ka ar ārējais dalītājs stabilizācijas spriegumu var mainīt 2,5 ... 30 V. robežās. Jaunākajiem modeļiem apakšējais slieksnis ir 1,25 V.

TL431 septiņdesmito gadu sākumā izveidoja TI darbinieks Bārnijs Holands. Tad viņš nodarbojās ar cita uzņēmuma stabilizatora mikroshēmas kopēšanu. Mēs teiktu, ka kopēšana, nevis kopēšana. Tā Bārnijs Holands aizņēma atsauces sprieguma avotu no sākotnējās mikroshēmas un, pamatojoties uz to, izveidoja atsevišķu stabilizatora mikroshēmu. Sākumā to sauca par TL430, un pēc dažiem uzlabojumiem to sauca par TL431.

Kopš tā laika ir pagājis daudz laika, un tagad nav neviena datora barošanas avota, lai kur arī tas atrastos. Tas ir atrodams arī gandrīz visos mazjaudas komutācijas barošanas avotos. Viens no šiem avotiem tagad ir katrā mājā, ir lādētājs mobilajiem telefoniem. Šādu ilgmūžību var tikai apskaust. 1. attēlā parādīta TL431 funkcionālā shēma.

1. attēls. TL431 funkcionālā shēma.

Bārnijs Holands arī izveidoja ne mazāk slaveno un joprojām pieprasīto TL494 mikroshēmu. Šis ir push-pull PWM kontrolieris, uz kura pamata tika izveidoti daudzi komutācijas barošanas avotu modeļi. Tāpēc skaitlis 494 pamatoti norāda arī uz “maģiju”.

Tagad pāriesim pie dažādu dizainu izskatīšanas, pamatojoties uz TL431 mikroshēmu.

Indikatori un parakstītāji

TL431 mikroshēmu var izmantot ne tikai paredzētajam mērķim kā barošanas avotu zener diode. Uz tā pamata ir iespējams izveidot dažādus gaismas indikatorus un pat skaņas signālierīces. Izmantojot šādas ierīces, jūs varat izsekot daudziem dažādiem parametriem.

Pirmkārt, tas ir tikai elektriskais spriegums. Ja kāds fizisks daudzums ar sensoru palīdzību tiek uzrādīts sprieguma formā, tad ir iespējams izgatavot ierīci, kas uzrauga, piemēram, ūdens līmeni tvertnē, temperatūru un mitrumu, šķidruma vai gāzes apgaismojumu vai spiedienu.

Pārsprieguma trauksme

Šāda detektora darbība ir balstīta uz faktu, ka tad, kad spriegums pie zener diodes DA1 vadības elektrodu (1. tapa) ir mazāks par 2,5 V, Zener diode ir aizvērta, caur to plūst tikai neliela strāva, kā likums, ne vairāk kā 0,3 ... 0,4 mA. Bet šī strāva ir pietiekama ļoti vājam HL1 LED mirdzumam. Lai novērstu šo parādību, ir pietiekami savienot rezistoru ar pretestību aptuveni 2 ... 3 KOhm paralēli gaismas diodei. Pārsprieguma detektora shēma ir parādīta 2. attēlā.

2. attēls. Pārsprieguma detektors.

Ja spriegums vadības elektrodā pārsniedz 2,5 V, atveras zener diode un iedegas HL1 gaismas diode. nepieciešamais strāvas ierobežojums caur zener diodi DA1 un LED HL1 nodrošina rezistoru R3. Zener diodes maksimālā strāva ir 100 mA, savukārt HL1 LED tas pats parametrs ir tikai 20 mA. Tieši no šī stāvokļa tiek aprēķināta rezistora R3 pretestība. precīzāk, šo pretestību var aprēķināt, izmantojot zemāk esošo formulu.

R3 = (Upit - Uhl - Uda) / Ihl. Šeit tiek izmantots šāds apzīmējums: Upit - barošanas spriegums, Uhl - tiešs sprieguma kritums uz gaismas diodes, Uda spriegums uz atvērtas ķēdes (parasti 2 V), Ihl LED strāva (iestatīta 5 ... 15 mA robežās). Tāpat neaizmirstiet, ka Zener diodes TL431 maksimālais spriegums ir tikai 36 V. Šo parametru arī nevar pārsniegt.

Trauksmes līmenis

Spriegumu vadības elektrodā, pie kura iedegas gaismas diode HL1 (Uз), nosaka dalītājs R1, R2. dalītāju parametrus aprēķina pēc formulas:

R2 = 2,5 * R1 / (Uz - 2,5). Lai precīzāk pielāgotu reakcijas slieksni, rezistora R2 vietā varat uzstādīt skaņojuma apdari, kuras nominālvērtība ir pusotras reizes lielāka, nekā izrādījās saskaņā ar aprēķinu. Pēc tinktūras izgatavošanas to var aizstāt ar pastāvīgu rezistoru, kura pretestība ir vienāda ar tuningā ieviestās daļas pretestību.

Dažreiz ir nepieciešams kontrolēt vairākus sprieguma līmeņus. Šajā gadījumā būs vajadzīgas trīs šādas signālierīces, no kurām katra ir konfigurēta atbilstoši savam spriegumam. Tādējādi ir iespējams izveidot veselu rādītāju līniju, lineāru skalu.

Displeja shēmas barošanai, kas sastāv no LED HL1 un rezistora R3, varat izmantot atsevišķu, pat nestabilizētu enerģijas avotu. Šajā gadījumā kontrolētais spriegums tiek uzklāts uz rezistora R1 augšējo spaili, kuru vajadzētu atvienot no rezistora R3. Ar šo iekļaušanu kontrolētais spriegums var būt no trim līdz vairākiem desmitiem voltu.

Zemsprieguma indikators

3. attēls. Zemsprieguma indikators.

Atšķirība starp šo ķēdi un iepriekšējo ir tāda, ka gaismas diode tiek ieslēgta atšķirīgi. Šo iekļaušanu sauc par apgrieztu, jo gaismas diode iedegas, kad mikroshēma ir aizvērta. Ja kontrolētais spriegums pārsniedz dalītāja R1, R2 noteikto slieksni, mikroshēma ir atvērta, un strāva plūst caur rezistoru R3 un mikroshēmas tapām 3 - 2 (katoda - anoda).

Uz mikroshēmas šajā gadījumā ir sprieguma kritums par 2 V, kas nav pietiekami, lai aizdedzinātu gaismas diodi. Lai garantētu, ka gaismas diodei netiek garantēta gaisma, ar to sērijveidā tiek uzstādītas divas diodes. Daži LED veidi, piemēram, zili, balti un daži zaļi, iedegas, kad spriegums pārsniedz 2,2 V. Šajā gadījumā diožu VD1, VD2 vietā tiek uzstādīti džemperi no stieples.

Kad pārraudzītais spriegums kļūst mazāks par dalītāja R1, R2 iestatīto, mikroshēma aizveras, spriegums pie tā izejas būs daudz lielāks par 2 V, tāpēc iedegsies gaismas diode HL1.

Ja vēlaties kontrolēt tikai sprieguma izmaiņas, indikatoru var salikt saskaņā ar shēmu, kas parādīta 4. attēlā.

4. attēls. Sprieguma maiņas indikators.

Šis indikators izmanto divu krāsu LED HL1. Ja kontrolētais spriegums pārsniedz sliekšņa vērtību, iedegas sarkana gaismas diode, un, ja spriegums ir zems, iedegas zaļā krāsa.

Gadījumā, ja spriegums ir tuvu iepriekš noteiktam slieksnim (aptuveni 0,05 ... 0,1 V), abi indikatori nodziest, jo Zener diodes pārejas raksturlielumam ir precīzi noteikts slīpums.

Ja vēlaties uzraudzīt jebkura fiziskā lieluma izmaiņas, tad rezistoru R2 var aizstāt ar sensoru, kas apkārtējās vides ietekmē maina pretestību. Līdzīga ierīce ir parādīta 5. attēlā.

5. attēls. Vides parametru monitoringa shēma.

Parasti vienā diagrammā vienlaikus tiek parādīti vairāki sensori. Ja tā būs fototransistorsizrādīsies foto relejs. Kamēr apgaismojums ir liels, fototransistors ir atvērts, un tā pretestība ir maza. Tāpēc spriegums vadības spailē DA1 ir mazāks par slieksni, kā rezultātā gaismas diode nedeg.

Apgaismojumam samazinoties, palielinās fototranzistora pretestība, kas noved pie sprieguma palielināšanās vadības spailē DA1. Kad šis spriegums pārsniedz slieksni (2,5 V), atveras Zener diode un iedegas gaismas diode.

Ja fototransistora vietā ierīces ieejai ir pievienots termistors, piemēram, MMT sērija, tiek iegūts temperatūras indikators: kad temperatūra pazeminās, iedegsies gaismas diode.

Var izmantot to pašu shēmu kā mitruma sensors, piemēram, zeme. Lai to izdarītu, termistoru vai fototranzistoru vietā ir jāpievieno nerūsējošā tērauda elektrodi, kas nelielā attālumā viens no otra jāvelk zemē. Kad zeme izžūst līdz iestatīšanas laikā noteiktajam līmenim, iedegsies gaismas diode.

Ierīces slieksnis visos gadījumos tiek noteikts, izmantojot mainīgo rezistoru R1.

Papildus uzskaitītajiem gaismas indikatoriem TL431 mikroshēmā ir iespējams salikt skaņas indikatoru. Šāda indikatora shēma ir parādīta 6. attēlā.

6. attēls. Skaņas šķidruma līmeņa indikators.

Lai kontrolētu šķidruma, piemēram, ūdens, līmeni vannā, ķēdei ir pievienots sensors, kas izgatavots no divām nerūsējošām plāksnēm, kuras atrodas vairāku milimetru attālumā viena no otras.

Kad ūdens sasniedz sensoru, tā pretestība samazinās, un mikroshēma caur rezistoriem R1 R2 nonāk lineārajā režīmā. Tāpēc pašražošana notiek pjezokeramikas emitētāja HA1 rezonanses frekvencē, pie kuras atskanēs skaņas signāls.

Kā emitētājs jūs varat izmantot radiatoru ZP-3. ierīce tiek barota no 5 ... 12 V. sprieguma. Tas ļauj to barot pat no galvaniskām baterijām, kas ļauj to izmantot dažādās vietās, arī vannas istabā.

Galvenā TL434 mikroshēmas darbības joma, protams, barošanas avoti. Bet, kā mēs redzam, mikroshēmas iespējas neaprobežojas tikai ar to vien.

Boriss Aladyshkin