小电流的稳压，恒流用TL431

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tl431简介

　　TL431是可控精密稳压源。它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Vref（2.5V）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2Ω，在很多应用中用它代替稳压二极管，例如，数字电压表，运放电路，可调压电源，开关电源等。

tl431封装

　　TL431是一种并联稳压集成电路。因其性能好、价格低，因此广泛应用在各种电源电路中。其封装形式与塑封三极管9013等相同，如图a所示。同类产品还有图b所示的双直插外形的。

　　封装形式：TO – 92、SOT – 89、SOT – 23

tl431参数

　　三端可调分流基准源

　　可编程输出电压：2.495V~36V

　　电压参考误差：±0.4% ，典型值@25℃（TL431B）

　　低动态输出阻抗：0.22Ω（典型值）

　　温度补偿操作全额定工作温度范围

　　负载电流1.0毫安–100毫安。

　　全温度范围内温度特性平坦，典型值为50 ppm/℃，

　　最大输入电压为37V

　　最大工作电流150mA

　　内基准电压为2.495V（25°C）

tl431特点

　　1. 输出电压最高到 40V

　　2. 动态输出阻抗低，典型值为 0.2Ω

　　3. 阴极电流能力为 0.1mA~100mA

　　4. 全温度范围内温度特性平坦，典型值为 50ppm/℃

　　5. 噪声输出电压低

　　6. 快速开态响应

　　7. ESD 电压为 2000V

　　输出电压计算公式：UO=2.5*{1+（R1/R2）}

TL431内部结构

　　TL431的具体功能可以用图c的功能模块示意。由图可以看到，VI是一个内部的2.5V的基准源，接在运放的反向输入端。由运放的特性可知，只有当REF端（同向端）的电压高于VI（2.5V）时，三极管中才会有电流通过，同相输入电压少于2.5V时，三极管处于截止状态（理想状态下），随着REF端电压的微小变化，通过三极管图1的电流将从1mA到100mA变化。当然，该图绝不是TL431的实际内部结构，但可用于分析理解电路。

　　TL431内部等效电路如图图d

　　TL431可等效为一只稳压二极管，其基本连接方法如下图所示。下图a可作2.5V基准源，下图b作可调基准源，电阻R2和R3与输出电压的关系为U0=（1+R2/R3）2.5V具体工作原理：当输入电压增大，输出电压增大导致了输出采样增图d大，这时内部电路通过调整使得流过自身的电流增大，这也就使得流过限流电阻的电流增大，这样限流电阻的压降增大，而输出电压等于输入电压减限流电阻压降，输入电压增大与限流电阻压降增大使得输出电压减小 ，实现稳压。

　　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。

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 。

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

恒流电路应用

　　由前面的例子我们可以看到，器件作为分流反馈后，REF端的电压始终稳定在2.5V，那么接在REF端和地间的电阻中流过的电流就应是恒定的。利用这个特点，可以将TL431应用很多恒流电路中。

　　如图是一个实用的精密恒流源电路。原理很简单，不再赘述。但值得注意的是，TL431的温度系数为30ppm/℃，所以输出恒流的温度特性要比普通镜像恒流源或恒流二极管好得多，因而在应用中无需附加温度补偿电路。

　　图下面就介绍一个用该器件为传感器电桥提供恒定偏流的电路，如图。

　　这是一个已连成桥路的硅压传感器的前级处理电路。Vref/R2的值应设为电桥工作所必要的恒定电流，该电流值通常会由传感器制造商提供。流经TL431阴极的电流由R1和电源电压Vs决定，在应用中通常让它等于桥路电流，但一定要注意大于1mA。

　　由于TL431非常易于实现恒压或恒流，而且有很好的温度稳定性，因此很适合于仪表电路、传感器电路等设计应用。

可控分流特性的应用

　　由第1节介绍的功能模块图，当REF端的电压有微小变化时，从阴极到阳极的分流将随之在1～100mA内变化。利用这种可控分流的特性，可以用小的电压变化控制继电器、指示灯等，甚至可直接驱动音频电流负载。如图7是此应用的一个简单400mW单声道功率放大电路。