Indicatoare și dispozitive de semnalizare pe o diodă Zener reglabilă TL431

Stabilizatorul integrat TL431 este utilizat în principal la surse de alimentare. Cu toate acestea, pentru aceasta puteți găsi multe alte aplicații. Unele dintre aceste scheme sunt prevăzute în acest articol.

Acest articol va vorbi despre dispozitive simple și utile realizate folosind Jetoane TL431. Dar, în acest caz, nu trebuie să vă fie frică de cuvântul „microcircuit”, are doar trei concluzii, iar în exterior pare un simplu tranzistor cu putere redusă în pachetul TO90.

Mai întâi un pic de istorie

S-a întâmplat așa că toți inginerii electronici cunosc numerele magice 431, 494. Ce este asta?

TEXAS INSTRUMENTS a fost în fruntea erei semiconductorilor. În tot acest timp, ea a fost pe primele locuri pe lista liderilor mondiali în producția de componente electronice, ținându-se ferm în primele zece sau, cum se spune mai des, în topul mondial TOP-10. Primul circuit integrat a fost creat în 1958 de către Jack Kilby, un angajat al acestei companii.

Acum TI produce o gamă largă de microcircuite, al căror nume începe cu prefixele TL și SN. Acestea sunt, respectiv, microcircuite analogice și logice (digitale), care au intrat pentru totdeauna în istoria TI și încă găsesc o aplicație largă.

Printre primii din lista cipurilor „magice” ar trebui să fie luate în considerare probabil regulator de tensiune reglabil TL431. În cazul cu trei pini al acestui microcircuit, sunt ascunse 10 tranzistoare, iar funcția îndeplinită de acesta este aceeași cu o diodă Zener convențională (dioda Zener).

Dar datorită acestei complicații, microcircuitul are o stabilitate termică mai ridicată și caracteristici crescute ale pantei. Caracteristica sa principală este aceea cu divizor extern tensiunea de stabilizare poate fi modificată în 2,5 ... 30 V. Pentru ultimele modele, pragul inferior este de 1,25 V.

TL431 a fost creat de angajatul TI, Barney Holland, la începutul anilor șaptezeci. Apoi s-a angajat în copierea cipului stabilizator al altei companii. Am zice să rup, nu să copiem. Așadar, Barney Holland a împrumutat o sursă de tensiune de referință de la microcircuitul inițial și, pe baza sa, a creat un microcircuit de stabilizare separat. La început se numea TL430, iar după unele îmbunătățiri se numea TL431.

De atunci, a trecut mult timp, iar acum nu există o singură sursă de alimentare a calculatorului, oriunde se găsește aplicație. De asemenea, găsește aplicație în aproape toate sursele de alimentare cu comutare mică. Una dintre aceste surse este acum în fiecare casă, este încărcător pentru telefoanele mobile. O astfel de longevitate nu poate fi invidiată decât. Figura 1 prezintă diagrama funcțională a TL431.

Figura 1. Diagrama funcțională a TL431.

Barney Holland a creat de asemenea cipul nu mai puțin faimos și încă la cerere TL494. Acesta este un controler PWM push-pull, pe baza căruia au fost create multe modele de surse de alimentare comutatoare. Prin urmare, numărul 494 se referă, pe bună dreptate, la „magie”.

Acum să trecem la considerarea diferitelor modele bazate pe cipul TL431.

Indicatori și semnale

Cipul TL431 poate fi utilizat nu numai în scopul prevăzut ca diodă Zener în surse de alimentare. Pe baza sa, este posibil să se creeze diferite indicatoare luminoase și chiar dispozitive de semnalizare sonoră. Folosind astfel de dispozitive, puteți urmări mulți parametri diferiți.

În primul rând, este doar tensiunea electrică. Dacă orice cantitate fizică cu ajutorul senzorilor este prezentată sub formă de tensiune, atunci se poate realiza un dispozitiv care controlează, de exemplu, nivelul apei din rezervor, temperatura și umiditatea, iluminarea sau presiunea unui lichid sau a unui gaz.

Alarma peste tensiune

Funcționarea unui astfel de dispozitiv de semnalizare se bazează pe faptul că atunci când tensiunea la electrodul de control al diodei Zener DA1 (pinul 1) este mai mică de 2,5 V, dioda zener este închisă, doar un mic curent curge prin ea, de obicei nu mai mult de 0,3 ... 0,4 mA. Dar acest curent este suficient pentru o strălucire foarte slabă a LED-ului HL1. Pentru a preveni acest fenomen, este suficient să conectați un rezistor cu o rezistență de aproximativ 2 ... 3 KOhm paralel cu LED-ul. Circuitul detectorului de supratensiune este prezentat în figura 2.

Figura 2. Detector de supratensiune.

Dacă tensiunea la electrodul de control depășește 2,5 V, dioda zener se va deschide și LED-ul HL1 se va aprinde. limitarea necesară a curentului prin dioda Zener DA1 și LED HL1 asigură rezistența R3. Curentul maxim al diodei zener este de 100 mA, în timp ce același parametru pentru LED-ul HL1 este de doar 20 mA. Din această condiție se calculează rezistența rezistorului R3. mai precis, această rezistență poate fi calculată folosind formula de mai jos.

R3 = (Upit - Uhl - Uda) / Ihl. Următoarea notare este folosită aici: Upit - tensiune de alimentare, Uhl - cădere de tensiune directă pe LED, tensiune Uda pe un circuit deschis (de obicei 2V), curent LED Ihl (setat la 5 ... 15 mA). De asemenea, nu uitați că tensiunea maximă pentru dioda zener TL431 este de numai 36 V. Acest parametru nu poate fi depășit.

Nivel de alarmă

Tensiunea la electrodul de control la care se aprinde LED-ul HL1 (Uз) este setată de divizorul R1, R2. parametrii divizorului se calculează după formula:

R2 = 2,5 * R1 / (Uz - 2,5). Pentru o ajustare mai exactă a pragului de răspuns, puteți instala o tăietură de reglare în locul rezistenței R2, cu o valoare nominală de o dată și jumătate mai mare decât s-a dovedit conform calculului. După realizarea tincturii, aceasta poate fi înlocuită cu o rezistență constantă, a cărei rezistență este egală cu rezistența părții introduse a reglării.

Uneori este necesar să controlați mai multe niveluri de tensiune. În acest caz, trei astfel de dispozitive de semnalizare vor fi necesare, fiecare fiind configurat pentru propria tensiune. Astfel, este posibil să se creeze o linie întreagă de indicatori, o scară liniară.

Pentru a alimenta circuitul afișajului, format din LED HL1 și rezistența R3, puteți utiliza o sursă de alimentare separată, chiar și nestabilizată. În acest caz, tensiunea controlată este aplicată la terminalul rezistorului R1, care trebuie deconectat de rezistența R3. Cu această includere, tensiunea controlată poate varia de la trei la câteva zeci de volți.

Indicator sub tensiune

Figura 3. Indicator sub tensiune.

Diferența dintre acest circuit și cel precedent este că ledul este aprins diferit. Această includere se numește invers, deoarece LED-ul se aprinde atunci când cipul este închis. Dacă tensiunea controlată depășește pragul stabilit de divizorul R1, R2, microcircuitul este deschis, iar curentul circulă prin rezistența R3 și pinii 3 - 2 (catod - anod) al microcircuitului.

Pe cip, în acest caz, există o cădere de tensiune de 2 V, ceea ce nu este suficient pentru a aprinde LED-ul. Pentru a vă asigura că ledul nu este luminat, două diode sunt instalate în serie cu acesta. Unele tipuri de LED-uri, cum ar fi albastru, alb și unele tipuri de verde, se aprind atunci când tensiunea depășește 2,2 V. În acest caz, jumpers-urile din fir sunt instalate în locul diodelor VD1, VD2.

Când tensiunea monitorizată devine mai mică decât cea setată de divizorul R1, R2, microcircuitul se închide, tensiunea la ieșirea sa va fi mult mai mare de 2 V, deci LED-ul HL1 se va aprinde.

Dacă doriți să controlați doar schimbarea de tensiune, indicatorul poate fi asamblat conform schemei prezentate în figura 4.

Figura 4. Indicatorul de schimbare a tensiunii.

Acest indicator utilizează un LED HL1 în două culori. Dacă tensiunea monitorizată depășește valoarea pragului, LED-ul roșu se aprinde, iar dacă tensiunea este scăzută, cel verde se aprinde.

În cazul în care tensiunea este aproape de un prag predeterminat (aproximativ 0,05 ... 0,1 V), ambii indicatori se sting, deoarece caracteristica de transfer a diodei Zener are o pantă bine definită.

Dacă doriți să monitorizați modificarea oricărei cantități fizice, rezistența R2 poate fi înlocuită cu un senzor care schimbă rezistența sub influența mediului. Un dispozitiv similar este prezentat în Figura 5.

Figura 5. Schema monitorizării parametrilor de mediu.

În mod convențional, pe o diagramă sunt afișați mai mulți senzori simultan. Dacă va fi fototranzistorse va dovedi releu foto. În timp ce iluminarea este mare, fototransistorul este deschis, iar rezistența sa este mică. Prin urmare, tensiunea de la terminalul de control DA1 este mai mică decât pragul, ca urmare, LED-ul nu se aprinde.

Pe măsură ce iluminarea scade, rezistența fototransistorului crește, ceea ce duce la o creștere a tensiunii la terminalul de control DA1. Când această tensiune depășește pragul (2,5 V), dioda zener se deschide și LED-ul se aprinde.

Dacă în locul unui fototransistor, la intrarea dispozitivului este conectat un termistor, de exemplu, o serie MMT, se obține un indicator de temperatură: când temperatura scade, ledul se va aprinde.

Aceeași schemă poate fi folosită ca și senzor de umiditate, de exemplu, teren. Pentru a face acest lucru, în loc de termistor sau fototransistor, trebuie conectați electrozi din oțel inoxidabil, care la o distanță una de cealaltă ar trebui aruncați în pământ. Când pământul se usucă la nivelul determinat în timpul instalării, LED-ul se va aprinde.

Pragul dispozitivului în toate cazurile este setat folosind un rezistor R1 variabil.

În plus față de indicatoarele de lumină enumerate pe cipul TL431, este posibilă și asamblarea unui indicator audio. În figura 6 este prezentată o diagramă a unui astfel de indicator.

Figura 6. Indicator de nivel lichid sonor.

Pentru a controla nivelul unui lichid, cum ar fi apa într-o baie, este conectat la circuit un senzor din două plăci inoxidabile, care sunt situate la o distanță de câțiva milimetri unul de celălalt.

Când apa ajunge la senzor, rezistența sa scade, iar cipul intră în modul liniar prin rezistențele R1 R2. Prin urmare, auto-generarea are loc la frecvența rezonantă a emițătorului piezoceramic HA1, la care va suna semnalul sonor.

Ca emițător, puteți utiliza radiatorul ZP-3. dispozitivul este alimentat de la o tensiune de 5 ... 12 V. Acest lucru vă permite să îl alimentați chiar și din baterii galvanice, ceea ce face posibilă utilizarea acestuia în diferite locuri, inclusiv în baie.

Sfera principală a cipului TL434, desigur, alimentarea cu energie electrică. Dar, după cum vedem, capacitățile microcircuitului nu sunt limitate la acest aspect.

Boris Aladyshkin