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Indicatori e dispositivi di segnalazione su un diodo zener regolabile TL431
Lo stabilizzatore integrato TL431 viene utilizzato principalmente negli alimentatori. Tuttavia, per questo puoi trovare molte più applicazioni. Alcuni di questi schemi sono forniti in questo articolo.
Questo articolo parlerà di dispositivi semplici e utili realizzati utilizzando Chip TL431. Ma in questo caso, non dovresti aver paura della parola "microcircuito", ha solo tre conclusioni e esternamente sembra un semplice transistor a bassa potenza nel pacchetto TO90.
Prima un po 'di storia
È successo che tutti gli ingegneri elettronici conoscono i numeri magici 431, 494. Che cos'è questo?
TEXAS INSTRUMENTS era in prima linea nell'era dei semiconduttori. Per tutto questo tempo, è stata al primo posto nella lista dei leader mondiali nella produzione di componenti elettronici, mantenendosi saldamente nella top ten o, come si dice più spesso, nella classifica mondiale TOP-10. Il primo circuito integrato è stato creato nel 1958 da Jack Kilby, un dipendente di questa azienda.
TI sta ora rilasciando una vasta gamma di chip, il cui nome inizia con i prefissi TL e SN. Si tratta rispettivamente di microcircuiti analogici e logici (digitali), che sono entrati per sempre nella storia di TI e trovano ancora ampia applicazione.
Tra i primi nella lista dei chip "magici" dovrebbe probabilmente essere preso in considerazione regolatore di tensione regolabile TL431. Nel caso a tre pin di questo microcircuito, 10 transistor sono nascosti e la funzione svolta da esso è la stessa di un diodo zener convenzionale (diodo Zener).
Ma a causa di questa complicazione, il microcircuito ha una maggiore stabilità termica e maggiori caratteristiche di pendenza. La sua caratteristica principale è quella con divisore esterno la tensione di stabilizzazione può essere modificata tra 2,5 ... 30 V. Per gli ultimi modelli, la soglia inferiore è 1,25 V.
TL431 fu creato dall'impiegato di TI Barney Holland nei primi anni settanta. Quindi è stato impegnato a copiare il chip stabilizzatore di un'altra società. Vorremmo dire strappare, non copiare. Quindi Barney Holland prese in prestito una sorgente di tensione di riferimento dal microcircuito originale e sulla sua base creò un microcircuito stabilizzatore separato. Inizialmente si chiamava TL430 e dopo alcuni miglioramenti si chiamava TL431.
Da allora è passato molto tempo e ora non esiste un singolo alimentatore per computer, ovunque trovi applicazione. Trova anche applicazione in quasi tutti gli alimentatori a commutazione a bassa potenza. Una di queste fonti è ora in ogni casa, è caricabatteria per telefoni cellulari. Tale longevità può essere solo invidiata. La Figura 1 mostra lo schema funzionale di TL431.
Figura 1. Schema funzionale di TL431.
Barney Holland ha anche creato il chip TL494 altrettanto noto e ancora richiesto. Questo è un controller PWM push-pull, sulla base del quale sono stati creati molti modelli di alimentatori a commutazione. Pertanto, anche il numero 494 si riferisce giustamente alla "magia".
Passiamo ora all'esame di vari progetti basati sul chip TL431.
Indicatori e segnalatori
Il chip TL431 può essere utilizzato non solo per lo scopo previsto come diodo zener negli alimentatori. Sulla sua base, è possibile creare vari indicatori luminosi e persino dispositivi di segnalazione sonora. Utilizzando tali dispositivi, è possibile tenere traccia di molti parametri diversi.
Prima di tutto, è solo la tensione elettrica. Se una quantità fisica con l'aiuto di sensori viene presentata sotto forma di tensione, è possibile realizzare un dispositivo che monitora, ad esempio, il livello dell'acqua nel serbatoio, la temperatura e l'umidità, l'illuminazione o la pressione di un liquido o gas.
Allarme di sovratensione
Il funzionamento di un tale dispositivo di segnalazione si basa sul fatto che quando la tensione sull'elettrodo di controllo del diodo zener DA1 (pin 1) è inferiore a 2,5 V, il diodo zener viene chiuso, solo una piccola corrente scorre attraverso di esso, di solito non più di 0,3 ... 0,4 mA. Ma questa corrente è sufficiente per un bagliore molto debole del LED HL1. Per evitare questo fenomeno, è sufficiente collegare una resistenza con una resistenza di circa 2 ... 3 KOhm parallela al LED. I circuiti del rivelatore di sovratensione sono mostrati nella Figura 2.
Figura 2. Rivelatore di sovratensione.
Se la tensione sull'elettrodo di controllo supera 2,5 V, il diodo zener si aprirà e il LED HL1 si accenderà. la limitazione di corrente necessaria attraverso il diodo zener DA1 e il LED HL1 fornisce il resistore R3. La corrente massima del diodo zener è 100 mA, mentre lo stesso parametro per il LED HL1 è solo 20 mA. È da questa condizione che viene calcolata la resistenza del resistore R3. più precisamente, questa resistenza può essere calcolata usando la formula seguente.
R3 = (Upit - Uhl - Uda) / Ihl. Qui viene utilizzata la seguente notazione: Upit - tensione di alimentazione, Uhl - caduta di tensione diretta sul LED, tensione Uda su un circuito aperto (solitamente 2 V), corrente LED Ihl (impostata tra 5 ... 15 mA). Inoltre, non dimenticare che la tensione massima per il diodo zener TL431 è solo 36 V. Anche questo parametro non può essere superato.
Livello di allarme
La tensione sull'elettrodo di controllo a cui si accende il LED HL1 (Uз) è impostata dal divisore R1, R2. i parametri del divisore sono calcolati dalla formula:
R2 = 2.5 * R1 / (Uz - 2.5). Per una regolazione più accurata della soglia di risposta, è possibile installare un trim di sintonia invece del resistore R2, con un valore nominale di una volta e mezza in più rispetto a quanto calcolato. Dopo aver effettuato la tintura, può essere sostituito da un resistore costante, la cui resistenza è uguale alla resistenza della parte introdotta dell'accordatura.
A volte è necessario controllare diversi livelli di tensione. In questo caso, saranno richiesti tre di questi dispositivi di segnalazione, ognuno dei quali è configurato per la propria tensione. Pertanto, è possibile creare un'intera linea di indicatori, una scala lineare.
Per alimentare il circuito del display, costituito da LED HL1 e resistenza R3, è possibile utilizzare una fonte di alimentazione separata, anche non stabilizzata. In questo caso, la tensione controllata viene applicata al terminale superiore del resistore R1, che dovrebbe essere scollegato dal resistore R3. Con questa inclusione, la tensione controllata può variare da tre a diverse decine di volt.
Indicatore di minima tensione
Figura 3. Indicatore di minima tensione.
La differenza tra questo circuito e quello precedente è che il LED è acceso in modo diverso. Questa inclusione è chiamata inversa, poiché il LED si illumina quando il chip è chiuso. Se la tensione controllata supera la soglia impostata dal divisore R1, R2, il microcircuito è aperto e la corrente scorre attraverso il resistore R3 e i pin 3 - 2 (catodo - anodo) del microcircuito.
Sul chip in questo caso c'è una caduta di tensione di 2 V, che non è sufficiente per accendere il LED. Per garantire che il LED non sia garantito per l'accensione, due diodi sono installati in serie con esso. Alcuni tipi di LED, ad esempio blu, bianco e alcuni tipi di verde, si accendono quando la tensione supera 2,2 V. In questo caso, vengono installati ponticelli in filo anziché diodi VD1, VD2.
Quando la tensione monitorata diventa inferiore a quella impostata dal divisore R1, R2 il microcircuito si chiude, la tensione alla sua uscita sarà molto più di 2 V, quindi il LED HL1 si accenderà.
Se si desidera controllare solo la variazione di tensione, l'indicatore può essere assemblato secondo lo schema mostrato in Figura 4.
Figura 4. Indicatore di variazione di tensione.
Questo indicatore utilizza un LED HL1 a due colori. Se la tensione monitorata supera il valore di soglia, il LED rosso si accende e se la tensione è bassa, si accende quella verde.
Nel caso in cui la tensione si avvicini a una soglia predeterminata (circa 0,05 ... 0,1 V), entrambi gli indicatori si spengono, poiché la caratteristica di trasferimento del diodo zener ha una pendenza ben definita.
Se si desidera monitorare la variazione di qualsiasi quantità fisica, la resistenza R2 può essere sostituita da un sensore che modifica la resistenza sotto l'influenza dell'ambiente. Un dispositivo simile è mostrato nella Figura 5.
Figura 5. Schema di monitoraggio dei parametri ambientali.
Convenzionalmente, su uno schema sono mostrati più sensori contemporaneamente. Se lo sarà fototransistorandrà a finire relè fotografico. Mentre l'illuminazione è grande, il fototransistor è aperto e la sua resistenza è piccola. Pertanto, la tensione sul terminale di controllo DA1 è inferiore alla soglia; di conseguenza, il LED non si accende.
Quando l'illuminazione diminuisce, aumenta la resistenza del fototransistor, che porta ad un aumento della tensione sul terminale di controllo DA1. Quando questa tensione supera la soglia (2,5 V), il diodo zener si apre e il LED si accende.
Se, invece di un fototransistor, un termistore, ad esempio una serie MMT, è collegato all'ingresso del dispositivo, si ottiene un indicatore di temperatura: quando la temperatura scende, il LED si accende.
Lo stesso schema può essere utilizzato come sensore di umidità, ad esempio, terra. Per fare questo, invece di un termistore o un fototransistor, dovrebbero essere collegati elettrodi in acciaio inossidabile, che a una certa distanza l'uno dall'altro dovrebbero essere spinti nel terreno. Quando la terra si asciuga al livello determinato durante l'installazione, il LED si accenderà.
La soglia del dispositivo in tutti i casi viene impostata mediante un resistore variabile R1.
Oltre agli indicatori luminosi elencati sul chip TL431, è anche possibile assemblare un indicatore audio. Un diagramma di tale indicatore è mostrato nella Figura 6.
Figura 6. Indicatore del livello del liquido sonoro.
Per controllare il livello di un liquido, come l'acqua in un bagno, un sensore fatto di due piastre in acciaio inossidabile, che si trovano a una distanza di alcuni millimetri l'una dall'altra, è collegato al circuito.
Quando l'acqua raggiunge il sensore, la sua resistenza diminuisce e il chip entra in modalità lineare attraverso i resistori R1 R2. Pertanto, l'autogenerazione si verifica alla frequenza di risonanza dell'emettitore piezoceramico HA1, a cui suonerà il segnale sonoro.
Come emettitore, puoi utilizzare il radiatore ZP-3. il dispositivo è alimentato da una tensione di 5 ... 12 V. Ciò consente di alimentarlo anche da batterie galvaniche, il che consente di utilizzarlo in luoghi diversi, anche in bagno.
L'ambito principale del chip TL434, ovviamente, gli alimentatori. Ma, come vediamo, le capacità del microcircuito non si limitano a questo da sole.
Boris Aladyshkin
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