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TL431的原理及应用研究



1 引言

TL431是TL、ST公司研制开发的并联型三端稳压基准。由于其封装简单（型如三极管）、参数优越（高精度、低温漂）、性价比高（民品1.3～1.5元/只），近年来在国外已经得到了广泛应用。

从1988年获得该器件的第一手资料开始，我们就对该器件给予了关注。通过大量的实验和多年的应用证明，该器件犹如七十年代诞生的555时基芯片一样，价廉物美、参数优越、性能可靠、应用方便、值得推广。尤其是在民品开发中，大有用武之地。

2 工作原理

该芯片的内部等效电路如图1所示。其中V1V2构成输入级，V3V4V5构成稳压基准，V6V7V8V9构成差分放大器，V10V11形成复合管，构成输出级。D1D2均为反向极向保护。引线端子1为参考电压输入端R，2为公共阳极端A，3为输出阴极端K。

其等效功能框图如图2(a)所示。其中VR为基准电压（VR=2.5V），A为同相放大器，V为并联型调整管（总增益A0≥1000倍），W为馈电支路。其封装引脚如图2(b)，电路符号如图2(c)所示。

3 技术指标

TL431的电气参数见表1。

表1 TL431电气参数

参数名称 称号 测试条件 TL431 单位
min type max
基准电压 VR VKA=VR,IK=10mA 2440 2495 2550 mV
基准电压温漂 ST ST=ΔVR/VR/ΔT ±5* ±30 ±50 ppm/℃
基准电压调整率 SV SV=ΔVR/ΔVKA 0.4* -1 -2 mV/V
参考端输入电流 IR IK=10mA 0.5* 2 4 μA
最小阴极电流 IKAmin VKA=5V 0.2* 0.4 1 mA
最大阴极电流 IKAmax VKA=5V 100 120 150* mA
最小阴极电压 VKAmin （略） 2.2* 2.5 2.6 V
最大阴极电压 VKAmax （略） 36* 37 44 V
最大耗散功率 PD （略） 700 900 1300 mW

附注：①上表是综合多个生产厂家提供的参数及实测数据（＊）而制。

②TL431尾缀字母表示产品级别及工作温度范围，C为商业品（－10℃～＋70℃），I为工业品

（－40℃～＋85℃），M为军品（－55℃～＋125℃）。

该器件的主要技术指标为：

●基准电压温漂小：≤±50ppm／℃；

●基准电压精度高：2.5V±1％；

●输出噪声电压低：≤100μVpp；

●稳压范围宽：(2.5～36)V连续可调；

●负载电流范围大：(1.0～100)mA。

4 典型应用实例

4.1 稳压基准

许多稳压基准的负载能力都很小，端电压调节也不方便，而由TL431构成的稳压基准温漂小，又有相当的负载能力，且输出电压连续可调，电路简单。其典型接线如图3所示，输出电压由下式确定：

U0=[1+(R1/R2)]·VR (VR=2.5V)

其电压调节范围为2.5V～36V，当R1短路或R2断路时，Uo=VR=2.5V；电流动态范围为0～[(Ui－Uo)/R0－1]mA。该电路还可以很方便地加入一只扩流管即构成一个性能优良的稳压电源。

4.2 压控开关

如图4所示，由于VR=2.5V，IR≤2μA，所以当Ui[R2/(R1+R2)]>VR时，TL431的输出级导通，UK≤2.5V，继电器K吸合；当Ui[R2/(R1+R2)]<VR时，TL431的输出级截止，UK≈+E,继电器 K断开，实现了压控开关的功能。

由于TL431的开环电压增益A0≥1000（受负载阻抗影响），故转换斜率陡峭，且输入信号回差电压小（≤5mV，受负载电流影响）。对于许多要求过压、过流限制的场合，TL431都非常实用，且压控精度高，温漂小。

4.3 前级二次稳压

二次稳压的质量，对前级放大器的噪声和温漂的影响极大。常规的二次稳压电路中，稳压管的电源抑制比太低，三端稳压器的噪声太大，其它精密芯片又电路复杂，而且成本高。

TL431用于二次稳压的典型电路如图5所示。由该电路构成的AVD=1000的程控放大器输出噪声电压小于1mVpp.

4.4 高精度电源

用TL431和三端集成稳压器构成高精度电源，是性价比极高的一种方案。

如图6所示，该电路输出电压的精度、调整率、温漂完全取决于TL431，发挥了TL431高精度、高速度、低温漂的优点，同时有充分利用了三端稳压器大功率、大电流输出及过流、过压、过热保护功能，使得整机的性能价格比极高。

5 注意事项

5.1 自激

由于TL431是有较高的开环增益且响应速度快，当取样点（R1、R2的连接点）离两极（K、A）较远时，电路容易产生超调自激，所以在使用时要引起注意。图4中的C1和图6中的C17C18E10E11的作用即为抗干扰、抑自激，调试时要合理选取参数。

5.2 最小维持电流与最小阴极电压

由于TL431的内部基准VR是靠阴极电流IK维持，并且低于极间电压UKA，所以应用时要注意：TL431的输出极截止后，仍必须有大于0.2mA的阴极维持电流；当输出极“饱和”后，极间电压UKA仍至少大于2.2V。

5.3 取样电阻

取样电阻的选材及布放，直接影响到稳压精度和温度特性，所以必须选用温度系数小、噪声低、功率裕量大的同型号精密电阻，如RJJ等。如图6中的取样电阻R10～R21的布放方式，也是一种行之有效的方法。

5.4 耐压及功耗

由于TL431所能承受的耗散功率较小（常规为900mW，少数厂家的塑封管小于500mW），当其在高温、高压或大电流条件下使用时，要注意通风、散热和安全性。

6 结语

大量实验和长期应用证明，TL431确是一片设计精巧、应用方便、性能可靠、性价比较高的稳压基准，应用前景广阔。