Indikatorer och signalanordningar på en justerbar zenerdiod TL431

Den integrerade TL431-stabilisatorn används främst i strömförsörjning. Men för det kan du hitta många fler applikationer. Vissa av dessa scheman finns i den här artikeln.

Den här artikeln kommer att prata om enkla och användbara enheter tillverkade med Chips TL431. Men i det här fallet bör du inte vara rädd för ordet "mikrokrets", det har bara tre slutsatser, och utåt ser det ut som en enkel lågeffekttransistor i TO90-paketet.

Först lite historia

Det hände så att alla elektroniska ingenjörer känner till magiska numren 431, 494. Vad är det här?

TEXAS INSTRUMENTS var i framkant av halvledarepoken. Hela denna tid har hon varit i första hand på listan över världsledare inom tillverkning av elektroniska komponenter och hållit sig fast i topp tio eller, som de säger oftare, i världsrankningen TOP-10. Den första integrerade kretsen skapades redan 1958 av Jack Kilby, anställd i detta företag.

TI släpper nu ett stort antal chips, vars namn börjar med TL- och SN-prefixen. Dessa är respektive analoga och logiska (digitala) mikrokretsar, som för evigt har gått in i TI: s historia och fortfarande hittar bred tillämpning.

Bland de allra första i listan över "magiska" chips bör förmodligen övervägas justerbar spänningsregulator TL431. I det trepinnarna i denna mikrokrets döljs 10 transistorer, och funktionen som utförs av den är densamma som en konventionell zenerdiod (Zener diode).

Men på grund av denna komplikation har mikrokretsen högre termisk stabilitet och ökade sluttningsegenskaper. Dess huvudsakliga funktion är det med extern avdelare stabiliseringsspänningen kan ändras inom 2,5 ... 30 V. För de senaste modellerna är den lägre tröskeln 1,25 V.

TL431 skapades av TI-anställd Barney Holland i början av sjuttiotalet. Sedan var han engagerad i att kopiera stabiliseringschipet från ett annat företag. Vi skulle säga att rippa, inte kopiera. Så Barney Holland lånade en referensspänningskälla från den ursprungliga mikrokretsen och skapade på sin grund en separat stabilisatormikrokrets. Först kallades det TL430, och efter några förbättringar kallades det TL431.

Sedan dess har mycket tid gått, och nu finns det inte en enda datorströmförsörjning, var den än hittar tillämpning. Den hittar också tillämpning i nästan alla lågströmskopplare. En av dessa källor finns nu i alla hem, är laddare för mobiltelefoner. En sådan livslängd kan bara avundas. Figur 1 visar funktionsdiagrammet för TL431.

Figur 1. Funktionsdiagram över TL431.

Barney Holland skapade också det inte mindre kända och fortfarande efterfrågade TL494-chipet. Detta är en PWM-styrenhet med push-pull, på grundval av vilken många modeller för växelströmförsörjning skapades. Därför hänvisar numret 494 också med rätta till "magin".

Låt oss nu gå vidare till övervägandet av olika mönster baserade på TL431-chipet.

Indikatorer och signaler

TL431-chipet kan inte bara användas för sitt avsedda ändamål som en zenerdiode i strömförsörjningen. På grundval av detta är det möjligt att skapa olika ljusindikatorer och till och med ljudsignaler. Med hjälp av sådana enheter kan du spåra många olika parametrar.

Först och främst är det bara elektrisk spänning. Om någon fysisk mängd med hjälp av sensorer presenteras i form av spänning, är det möjligt att skapa en anordning som övervakar till exempel vattennivån i tanken, temperatur och fuktighet, belysning eller tryck av en vätska eller gas.

Överspänningsalarm

Funktionen för en sådan detektor är baserad på det faktum att när spänningen vid styrelektroden för zenerdioden DA1 (stift 1) är mindre än 2,5 V, är zenerdioden stängd, endast en liten ström flyter genom den, som regel, inte mer än 0,3 ... 0,4 mA. Men den här strömmen räcker för en mycket svag glöd av HL1 LED. För att förhindra detta fenomen räcker det att ansluta ett motstånd med en motstånd på cirka 2 ... 3 KOhm parallellt med lysdioden. Överspänningsdetektorkretsarna visas i figur 2.

Bild 2. Överspänningsdetektor.

Om spänningen vid kontrollelektroden överstiger 2,5 V öppnar zenerdioden och LED-lampan HL1 tänds. den nödvändiga strömbegränsningen genom zenerdioden DA1 och LED HL1 ger motståndet R3. Maximal ström för zenerdioden är 100 mA, medan samma parameter för HL1 LED endast är 20 mA. Det är från detta tillstånd att motståndet R3 beräknas. mer exakt kan denna resistans beräknas med hjälp av formeln nedan.

R3 = (Upit - Uhl - Uda) / Ihl. Följande notering används här: Upit - matningsspänning, Uhl - direkt spänningsfall på lysdioden, Uda spänning på en öppen krets (vanligtvis 2V), Ihl LED ström (inställd inom 5 ... 15 mA). Glöm inte att maxspänningen för zenerdioden TL431 endast är 36 V. Denna parameter kan inte heller överskridas.

Larmnivå

Spänningen vid kontrollelektroden vid vilken LED HL1 (Uз) tänds inställs av delaren R1, R2. divideringsparametrar beräknas med formeln:

R2 = 2,5 * R1 / (Uz-2,5). För en mer exakt justering av svarsgränsen kan du installera en avstämningsplatta i stället för motståndet R2, med ett nominellt värde på en och en halv gånger mer än vad som beräknades. När tinkturen är gjord kan den ersättas av ett konstant motstånd, vars motstånd är lika med motståndet för den införda delen av avstämningen.

Ibland krävs det att kontrollera flera spänningsnivåer. I detta fall krävs tre sådana signalanordningar, som var och en är konfigurerad för sin egen spänning. Således är det möjligt att skapa en hel rad indikatorer, en linjär skala.

För att driva visningskretsen, som består av LED HL1 och motstånd R3, kan du använda en separat strömkälla, till och med instabil. I detta fall appliceras den kontrollerade spänningen på motståndet R1, som bör kopplas bort från motståndet R3. Med denna inkludering kan den kontrollerade spänningen sträcka sig från tre till flera tiotals volt.

Underspänningsindikator

Bild 3. Underspänningsindikator.

Skillnaden mellan den här kretsen och den föregående är att lysdioden tänds på olika sätt. Denna inkludering kallas omvänd, eftersom lysdioden tänds när chipet är stängt. Om den kontrollerade spänningen överskrider tröskeln inställd av delaren R1, R2, är mikrokretsen öppen, och strömmen flyter genom motståndet R3 och stiften 3 - 2 (katod - anod) i mikrokretsen.

I det här fallet finns ett spänningsfall på 2 V, vilket inte räcker för att tända lysdioden. Så att lysdioden inte garanteras att tända, installeras två dioder i serie med den. Vissa typer av lysdioder, till exempel blått, vitt och vissa typer av grönt, lyser när spänningen överstiger 2,2 V. I detta fall installeras trådar av tråd i stället för dioder VD1, VD2.

När den övervakade spänningen blir mindre än den som ställs in av delaren R1, R2 stängs mikrokretsen, spänningen vid dess utgång kommer att vara mycket mer än 2 V, så att HL1 LED lyser.

Om du bara vill styra spänningsändringen kan indikatorn monteras enligt schemat som visas i figur 4.

Bild 4. Indikator för spänningsförändring.

Denna indikator använder en tvåfärgad LED HL1. Om den övervakade spänningen överskrider tröskelvärdet tänds den röda lysdioden och om spänningen är låg tänds det gröna ljuset.

I fallet när spänningen är nära en förutbestämd tröskel (ungefär 0,05 ... 0,1 V) slocknas båda indikatorerna, eftersom överföringsegenskapen för zenerdioden har en väl definierad lutning.

Om du vill övervaka förändringen i någon fysisk mängd kan motståndet R2 ersättas av en sensor som ändrar motståndet under påverkan av miljön. En liknande anordning visas i figur 5.

Figur 5. Schema för övervakning av miljöparametrar.

Konventionellt visas på ett diagram flera sensorer samtidigt. Om det blir det fototransistordet kommer att visa sig foto relä. Medan belysningen är stor är fototransistorn öppen, och dess motstånd är liten. Därför är spänningen vid styrterminalen DA1 mindre än tröskeln, vilket resulterar i att lysdioden inte tänds.

När belysningen minskar ökar fototransistorns motstånd, vilket leder till en ökning av spänningen vid styrterminalen DA1. När denna spänning överskrider tröskeln (2,5 V) öppnas zenerdioden och lysdioden tänds.

Om istället för en fototransistor, en termistor, till exempel en MMT-serie, är ansluten till enhetens ingång, erhålls en temperaturindikator: när temperaturen sjunker, lyser LED: n.

Samma schema kan användas som fuktighetssensortill exempel mark. För att göra detta, i stället för en termistor eller en fototransistor, bör rostfria stålelektroder anslutas, som på något avstånd från varandra ska skjutas in i marken. När jorden torkar till den nivå som bestämts under installationen tänds LED-lampan.

Enhetens tröskel är i alla fall inställd med användning av ett variabelt motstånd R1.

Förutom de listade ljusindikatorerna på TL431-chipet är det också möjligt att montera en ljudindikator. Ett diagram över en sådan indikator visas i figur 6.

Bild 6. Indikator för ljudvätskenivå.

För att kontrollera nivån på en vätska, till exempel vatten i ett bad, är en sensor från två rostfria plattor, som är belägna på ett avstånd av flera millimeter från varandra, ansluten till kretsen.

När vatten når sensorn minskar dess motstånd, och chipet går in i det linjära läget genom motstånden R1 R2. Därför sker självgenerering vid resonansfrekvensen för den piezoceramiska emittern HA1, vid vilken ljudsignalen kommer att ljuda.

Som emitter kan du använda kylaren ZP-3. enheten drivs med en spänning på 5 ... 12 V. Detta gör att du kan driva den även från galvaniska batterier, vilket gör det möjligt att använda den på olika platser, inklusive i badrummet.

Huvudområdet för TL434-chipet är naturligtvis strömförsörjning. Men som vi ser är funktionerna i mikrokretsen inte begränsade till detta bara.

Boris Aladyshkin