Калькулятор TL431 — компаратор [таблицы .ods, .xls]

«Стабилитрон-хамелеон» — так можно сказать про микросхему TL431. Всего два резистора задают напряжение стабилизации, и я уже рассказывал, как их рассчитать. Но если самую малость изменить схему, то выйдет отличный компаратор на 2,5 вольта. Его расчёту и посвящён мой очередной калькулятор.

Получились три таблички в форматах:

LibreOffice 6.3 (.ods)

Excel 97-2003 (.xls)

На каждом листе-калькуляторе есть краткая инструкция, а здесь я расскажу о них подробно.

Компаратор-1 (расчёт сопротивлений)


Как и любой компаратор, TL431 сравнивает два напряжения и выставляет на своём выходе логический ноль или единицу. Важных моментов всего два:

1) опорное напряжение зафиксировано внутри микросхемы на уровне 2,5 В — с ним и будем сравнивать измеряемый сигнал;
2) уровень логического нуля — 1,8…2,0 В, единицы — напряжение питания с маленькой оговоркой.

Как работает этот компаратор, вы спросите? Когда входное напряжение выше заданного порога, с делителя R2…R4 на измерительный вход микросхемы поступает напряжение выше 2,5 В. Внутренний транзистор TL431 открыт и пропускает через себя ток Iшунт, а на выходе микросхемы остаются те самые 1,8…2,0 В, логический ноль. Когда же входное напряжение опускается ниже порога, с делителя R2…R4 идёт менее 2,5 вольт, и транзистор закрывается. Напряжение логической единицы почти равно напряжению на входе. Почти — потому что через закрытую TL431 течёт ток Iшунт=0,3…0,4 мА, что по закону Ома вызывает падение напряжения на резисторе R1. Чем выше его номинал — тем выше перепад напряжения и меньше ток нагрузки (когда на выходе «единица»), а заодно и меньше шунтирующий ток Iшунт (когда на выходе «ноль»).


По доброй традиции каждую страницу с результатами можно распечатать. Формулы на картинке помогут пересчитать делитель для иного порога, даже если уже ночь и компьютер выключен. Таблица стандартных номиналов радиодеталей подскажет, какие резисторы лучше взять (на печать не выводится). Для космически важных применений есть ряды резисторов E96 и E192 — 1% и 0,5% точности.

Инструкция:
1. Задать входное и пороговое напряжения Uвх, Uпрг, ток нагрузки Iнагр.
2. Калькулятор выдаст сопротивление и мощность R1. Когда TL431 открыта, через него течёт ток Iшунт, когда закрыта – Iнагр+0,4 мА.
3. Установить R3max и R3* в нули.
4. Выбрать R4 из таблицы стандартных номиналов и внести его в графу. Калькулятор выдаст расчётное значение суммы R2 и R3.
5. Задать стандартный номинал R2 — меньше, чем сумма R2+R3.
6. Указать максимальное сопротивление подстроечного резистора R3max. Итоговая сумма R2+R3max должна быть больше расчётного значения. Чем ближе R2 к сумме и чем меньше R3, тем уже будет диапазон регулировки Uпргmin, Uпргmax.
7. При помощи R3* можно точно подогнать рассчитанное Uпрг.
8. Iпотр «0» — ток потребления всей схемы, когда TL431 открыта (Uвх>Uпрг, >2,5V). Увеличивается с ростом Uвх.
9. Iпотр «1» — ток потребления всей схемы, когда TL431 закрыта (Uвх<Uпрг, <2,5V). Определяется током делителя и заданным током нагрузки.
10. При сборке схемы R3* может быть постоянным.

N. B.! Относится ко всем схемам: чем выше сопротивление R2R4, тем меньше будет ток делителя Iдел. Это позволит сэкономить немного электричества при питании от батареи, но и чересчур задирать сопротивление тоже не стоит. Если присмотреться к даташиту, то напряжение на входе микросхемы  правильно рассчитывать так:

 = Uдел — Iref*R2

Про R3 временно забываем — он ведь часть R2.

Iref — ток, нужный для управления TL431, обычно 1…4 мкАЕсли R2 = 100 кОм, то на нём упадёт 0,1…0,4 В, и на входе микросхемы будет не хватать этого напряжения. Скажем, с делителя ещё должно идти 2,69 В, а за счёт падения остаётся только 2,49 В — и компаратор переключается, хотя входное напряжение выше порогового. Зато если взять R2 = 10 кОм, то ошибки набежит всего 0,01…0,04 В. Даташит рекомендует не увеличивать резистор R2 свыше 10 кОм именно по этой причине. Однако если у вас в схеме есть подстроечный R3, то эту погрешность напряжения можно им компенсировать. R3 и R4 могут лежать в диапазонах 1…100 кОм, но так, чтобы вместе с R2 обеспечивать ток делителя 40 и более мкА.

Компаратор-2 (расчёт сопротивлений)


Здесь подстроечный резистор R3 своим верхним выводом соединён со средним и с выходом делителя, поэтому фактически он входит в состав R4 — нижнего плеча. Никаких особых преимуществ у этой схемы нет, а считать её вручную даже сложнее. Но работает она так же хорошо, и если вдруг вам по техзаданию надо именно такое включение — есть калькулятор.


Делитель рассчитывается по известным R3 и R4, что добавляет некоторые неудобства.

Инструкция:
1. Задать входное и пороговое напряжения Uвх, Uпрг, ток нагрузки Iнагр.
2. Калькулятор выдаст сопротивление и мощность R1. Когда TL431 открыта, через него течёт ток Iшунт, когда закрыта – Iнагр+0,4 мА.
3. Установить R2, R3max и R3* в нули.
4. Выбрать R4 из таблицы стандартных номиналов и внести его в графу. Калькулятор выдаст предварительное значение R2. Его можно использовать, если вы не планируете устанавливать подстроечный R3.
5. Задать максимальное значение R3max и (опционально) R3*. Чем меньше R3max, тем уже будет диапазон регулировки Uпргmin, Uпргmax. Калькулятор выдаст окончательное значение R2.
6. Задать стандартный номинал R2, близкий к рассчитанному.
7. При помощи R3* можно точно подогнать рассчитанное Uпрг.
8. Iпотр «0» — ток потребления всей схемы, когда TL431 открыта (Uвх>Uпрг, >2,5V). Увеличивается с ростом Uвх.
9. Iпотр «1» — ток потребления всей схемы, когда TL431 закрыта (Uвх<Uпрг, <2,5V). Определяется током делителя и заданным током нагрузки.
10. При сборке схемы R3* может быть постоянным.

Компаратор-3 (подбор сопротивлений)


Подстроечный резистор R3 включён по схеме потенциометра, поэтому его можно представить как резисторы R3.1 и R3.2, последовательно соединённые с R2 и R4. На этом и строится подбор сопротивлений в этом калькуляторе. Да-да, именно подбор, а не расчёт, и в этом главный минус такой схемы — надо потратить больше времени, чтобы получить результат.

Инструкция:
1. Задать входное и пороговое напряжения Uвх, Uпрг, ток нагрузки Iнагр.
2. Калькулятор выдаст сопротивление и мощность R1. Когда TL431 открыта, через него течёт ток Iшунт, когда закрыта – Iнагр+0,4 мА.
3. Установить R3max и R3.1 в нули. R3.2 обнулится автоматически.
4. Подобрать такие R2 и R4, чтобы Uпрг было близким к нужному. Используйте таблицу стандартных номиналов резисторов.
5. Для точной регулировки укажите максимальное сопротивление подстроечного резистора R3max. Если нужен делитель на двух резисторах, то R3max и R3.1 оставьте на нулях.
6. Калькулятор выдаст диапазон регулировки (Uпргmin, Uпргmax) и текущее значение Uпрг. Последнее можно менять, увеличив сопротивление R3.1.
7. Iпотр «0» — ток потребления всей схемы, когда TL431 открыта (Uвх>Uпрг, >2,5V). Увеличивается с ростом Uвх.
8. Iпотр «1» — ток потребления всей схемы, когда TL431 закрыта (Uвх<Uпрг, <2,5V). Определяется током делителя и заданным током нагрузки.

Запись опубликована в рубрике Электроника с метками . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s