1 TL431的简介
德州仪器公司（TI）生产的TL431是一是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值（如图2）。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω,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。
左图是该器件的符号。3个引脚分别为：阴极（CATHODE）、阳极（ANODE）和参考端（REF）。TL431的具体功能可以用如图1的功能模块示意。
由图可以看到,VI是一个内部的2.5V基准源,接在运放的反相输入端。由运放的特性可知,只有当REF端（同相端）的电压非常接近VI（2.5V）时,三极管中才会有一个稳定的非饱和电流通过,而且随着REF端电压的微小变化,通过三极管 图1 的电流将从1到100mA变化。当然,该图绝不是TL431的实际内部结构,所以不能简单地用这种组合来代替它。但如果在设计、分析应用TL431的电路时,这个模块图对开启思路,理解电路都是很有帮助的,本文的一些分析也将基于此模块而展开。
2. 恒压电路应用
前面提到TL431的内部含有一个2.5V的基准电压,所以当在REF端引入输出反馈时,器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流,控制输出电压。如图2所示的电路,当R1和R2的阻值确定时,两者对Vo的分压引入反馈,若V o增大,反馈量增大,TL431的分流也就增加,从而又导致Vo下降。显见,这个深度的负反馈电路必然在VI等于基准电压处稳定,此时Vo=(1 R1/R2)Vref。选择不同的R1和R2的值可以得到从2.5V到36V范围内的任意电压输出,特别地,当R1=R2时,Vo=5V。需要注意的是,在选择电阻时必须保证TL431工作的必要条件,就是通过阴极的电流要大于1 mA 。
当然,这个电路并不太实用,但它很清晰地展示了该器件的工作原理在应用中的方法。将这个电路稍加改动,就可以得到在很多实用的电源电路,如图3,4.
图3 大电流的分流稳压电路 图4 精密5V稳压器
3、实验手记
阻值取值：R0取1.5K,R1、R2分别取10K,按结果,应得到5V的输出电压。Vin使用12V,实测电压为5V。Vin使用24V,实测电压5V（我的3 1/2位电表的显示值）,因此,此种器件的精度很高。
接入负载,在C、A端并接负载电阻,Vin用12V。当负载电阻大于2K时,输出电压几乎看不出任何变化。当电阻小于2K时,输出电压开始减小,此时应当是前面所说的阴极电流的条件不符合了。
下面是应用TL431制成的高精度稳压直流电源
电路的纹波极小,精度极高,可以作高档电器供电电源。
ＴＬ４３１的原始设计意图欲与ＴＯＰＳｗｉｔｃｈ－Ⅱ组成最简洁的高精度、高可靠性稳压开关电源电路。ＴＬ４３１是一个带有２．５Ｖ高精度基准电压的负向运算放大器，而不仅仅是稳压器件。它的正确用法如下图所示。
其中Ｃ是偏差电压积分电容，它将（Ｒ）极偏差电压积分并保持，以使在偏差电压极小的情况下，ＴＬ４３１（Ｋ）极的稳态输出也很大，提高稳态电压调整率（提高１０倍以上，这也是ＴＯＰＳｗｉｔｃｈ－Ⅱ仅有千分之几的稳态电压偏差的原因所在）。Ｃ越小积分时间越短，电压调整越快，但太小会使灵敏度过高而不稳定；Ｒ是动态反馈电阻，它确定ＴＬ４３１的动态电压调整率。Ｒ越大电压调整越快，同样Ｒ过大会使反馈过强而不稳定；ＲＣ共同决定整个电路的电压调节性能和稳定性，它们的值需要在调试中确定，原则是电路最稳定且电压调整速度又快。
在有些实际电源电路中，有把ＴＬ４３１当作稳压二极管用的，有用运放加一个基准电压和ＲＣ反馈电路来达到图示功能的，而ＴＬ４３１可以轻易地做到。
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