Indicadores e dispositivos de sinalização em um diodo zener ajustável TL431

O estabilizador integrado TL431 é usado principalmente em fontes de alimentação. No entanto, para isso, você pode encontrar muito mais aplicativos. Alguns desses esquemas são fornecidos neste artigo.

Este artigo irá falar sobre dispositivos simples e úteis feitos usando Chips TL431. Mas, neste caso, não se deve ter medo da palavra "microcircuito", ela tem apenas três conclusões e, externamente, parece um simples transistor de baixa potência no pacote TO90.

Primeiro um pouco de história

Aconteceu que todos os engenheiros eletrônicos conhecem os números mágicos 431, 494. O que é isso?

A TEXAS INSTRUMENTS estava na vanguarda da era dos semicondutores. Todo esse tempo, ela esteve nos primeiros lugares na lista de líderes mundiais na produção de componentes eletrônicos, mantendo-se firmemente entre os dez primeiros ou, como costumam dizer, entre os dez primeiros. O primeiro circuito integrado foi criado em 1958 por Jack Kilby, um funcionário desta empresa.

Agora, a TI produz uma ampla gama de microcircuitos, cujo nome começa com os prefixos TL e SN. Estes são, respectivamente, microcircuitos analógicos e lógicos (digitais), que entraram para sempre na história da TI e ainda encontram ampla aplicação.

Entre os primeiros da lista de fichas "mágicas", provavelmente deve ser considerado regulador de tensão ajustável TL431. No caso de três pinos deste microcircuito, 10 transistores estão ocultos e a função desempenhada por ele é a mesma que um diodo zener convencional (diodo Zener).

Porém, devido a essa complicação, o microcircuito possui maior estabilidade térmica e características de inclinação aumentadas. Sua principal característica é que, com divisor externo a tensão de estabilização pode ser alterada dentro de 2,5 ... 30 V. Para os modelos mais recentes, o limiar inferior é de 1,25 V.

O TL431 foi criado pelo funcionário da TI Barney Holland no início dos anos setenta. Então, ele estava envolvido na cópia do chip estabilizador de outra empresa. Diríamos rasgando, não copiando. Portanto, a Barney Holland pegou emprestada uma fonte de tensão de referência do microcircuito original e, com base nisso, criou um microcircuito estabilizador separado. No início, foi chamado TL430 e, após algumas melhorias, foi chamado TL431.

Desde então, passou muito tempo e agora não há uma única fonte de alimentação de computador, onde quer que encontre o aplicativo. Ele também é aplicado em quase todas as fontes de alimentação de comutação de baixa potência. Uma dessas fontes está agora em todas as casas, é carregador para celulares. Essa longevidade só pode ser invejada. A Figura 1 mostra o diagrama funcional do TL431.

Figura 1. Diagrama funcional do TL431.

A Barney Holland também criou o chip TL494 não menos famoso e ainda em demanda. Este é um controlador PWM push-pull, com base no qual muitos modelos de fontes de alimentação chaveadas foram criados. Portanto, o número 494 também se refere corretamente à "mágica".

Agora, vamos considerar vários projetos baseados no chip TL431.

Indicadores e sinalizadores

O chip TL431 pode ser usado não apenas para a finalidade pretendida como diodo zener em fontes de alimentação. Com base nisso, é possível criar vários indicadores luminosos e até dispositivos de sinalização sonora. Usando esses dispositivos, você pode acompanhar muitos parâmetros diferentes.

Primeiro de tudo, é apenas tensão elétrica. Se qualquer quantidade física com a ajuda de sensores for apresentada na forma de tensão, pode ser feito um dispositivo que controla, por exemplo, o nível da água no tanque, temperatura e umidade, iluminação ou pressão de um líquido ou gás.

Alarme de sobretensão

A operação de um dispositivo de sinalização é baseada no fato de que quando a tensão no eletrodo de controle do diodo zener DA1 (pino 1) é inferior a 2,5 V, o diodo zener é fechado, apenas uma pequena corrente flui através dele, geralmente não mais que 0,3 ... 0,4 mA. Mas essa corrente é suficiente para um brilho muito fraco do LED HL1. Para evitar esse fenômeno, basta conectar um resistor com uma resistência de cerca de 2 ... 3 KOhm paralela ao LED. O circuito do detector de sobretensão é mostrado na Figura 2.

Figura 2. Detector de sobretensão.

Se a tensão no eletrodo de controle exceder 2,5 V, o diodo zener será aberto e o LED HL1 acenderá. a limitação de corrente necessária através do diodo zener DA1 e do LED HL1 fornece o resistor R3. A corrente máxima do diodo zener é de 100 mA, enquanto o mesmo parâmetro para o LED HL1 é de apenas 20 mA. É a partir dessa condição que a resistência do resistor R3 é calculada. mais precisamente, essa resistência pode ser calculada usando a fórmula abaixo.

R3 = (Upit - Uhl - Uda) / Ihl. A seguinte notação é usada aqui: Upit - tensão de alimentação, Uhl - queda de tensão direta no LED, tensão Uda em um circuito aberto (geralmente 2V), corrente do LED Ihl (ajustada dentro de 5 ... 15 mA). Além disso, não esqueça que a tensão máxima para o diodo zener TL431 é de apenas 36 V. Esse parâmetro também não pode ser excedido.

Nível de alarme

A tensão no eletrodo de controle em que o LED HL1 (Uз) acende é definida pelo divisor R1, R2. Os parâmetros do divisor são calculados pela fórmula:

R2 = 2,5 * R1 / (Uz - 2,5). Para um ajuste mais preciso do limiar de resposta, você pode instalar um ajuste de sintonia em vez do resistor R2, com um valor nominal uma vez e meia mais do que resultou de acordo com o cálculo. Depois que a tintura é feita, ela pode ser substituída por um resistor constante, cuja resistência é igual à resistência da parte introduzida do ajuste.

Às vezes, é necessário controlar vários níveis de tensão. Nesse caso, serão necessários três desses dispositivos de sinalização, cada um dos quais configurado para sua própria tensão. Assim, é possível criar toda uma linha de indicadores, uma escala linear.

Para alimentar o circuito do display, consistindo no LED HL1 e no resistor R3, você pode usar uma fonte de energia separada, mesmo não estabilizada. Nesse caso, a tensão controlada é aplicada ao terminal do resistor R1, que deve ser desconectado do resistor R3. Com essa inclusão, a tensão controlada pode variar de três a várias dezenas de volts.

Indicador de subtensão

Figura 3. Indicador de subtensão.

A diferença entre este circuito e o anterior é que o LED acende de maneira diferente. Essa inclusão é chamada inversa, pois o LED acende quando o chip é fechado. Se a tensão controlada exceder o limite definido pelo divisor R1, R2, o microcircuito está aberto e a corrente flui através do resistor R3 e dos pinos 3 - 2 (cátodo - ânodo) do microcircuito.

No chip, neste caso, há uma queda de tensão de 2 V, que não é suficiente para acender o LED. Para que o LED não acenda, dois diodos são instalados em série com ele. Alguns tipos de LEDs, por exemplo, azul, branco e alguns tipos de verde, acendem quando a tensão excede 2,2 V. Nesse caso, jumpers feitos de fio são instalados em vez dos diodos VD1, VD2.

Quando a tensão monitorada se torna menor do que a definida pelo divisor R1, R2, o microcircuito fecha, a tensão em sua saída será muito superior a 2 V, portanto o LED HL1 acenderá.

Se você deseja controlar apenas a alteração de tensão, o indicador pode ser montado de acordo com o esquema mostrado na Figura 4.

Figura 4. Indicador de mudança de tensão.

Este indicador usa um LED HL1 de duas cores. Se a tensão monitorada exceder o valor limite, o LED vermelho acenderá e, se a tensão estiver baixa, a luz verde estará acesa.

No caso em que a tensão está próxima de um limite predeterminado (aproximadamente 0,05 ... 0,1 V), ambos os indicadores são extintos, uma vez que a característica de transferência do diodo zener tem uma inclinação bem definida.

Se você deseja monitorar uma alteração em qualquer quantidade física, o resistor R2 pode ser substituído por um sensor que altera a resistência sob a influência do ambiente. Um dispositivo semelhante é mostrado na Figura 5.

Figura 5. Esquema de monitoramento de parâmetros ambientais.

Convencionalmente, em um diagrama, vários sensores são mostrados ao mesmo tempo. Se for fototransistorvai acabar revezamento de foto. Enquanto a iluminação é grande, o fototransistor está aberto e sua resistência é pequena. Portanto, a tensão no terminal de controle DA1 é menor que o limite e, como resultado, o LED não acende.

À medida que a iluminação diminui, a resistência do fototransistor aumenta, o que leva a um aumento na tensão no terminal de controle DA1. Quando essa tensão excede o limite (2,5 V), o diodo zener se abre e o LED acende.

Se, em vez de um fototransistor, um termistor, por exemplo, uma série MMT, estiver conectado à entrada do dispositivo, um indicador de temperatura é obtido: quando a temperatura cai, o LED acende.

O mesmo esquema pode ser usado como sensor de umidade, por exemplo, terra. Para fazer isso, em vez de um termistor ou um fototransistor, devem ser conectados eletrodos de aço inoxidável, que a alguma distância um do outro devem ser empurrados para o chão. Quando a terra secar até o nível determinado durante a instalação, o LED acenderá.

O limiar do dispositivo em todos os casos é definido usando um resistor variável R1.

Além dos indicadores luminosos listados no chip TL431, também é possível montar um indicador de áudio. Um diagrama desse indicador é mostrado na Figura 6.

Figura 6. Indicador sonoro de nível de líquido.

Para controlar o nível de um líquido, como a água em um banho, um sensor feito de duas placas de aço inoxidável, localizadas a uma distância de vários milímetros um do outro, é conectado ao circuito.

Quando a água atinge o sensor, sua resistência diminui e o chip entra no modo linear através dos resistores R1 R2. Portanto, a autogeração ocorre na frequência ressonante do emissor piezocerâmico HA1, na qual o sinal sonoro será emitido.

Como emissor, você pode usar o radiador ZP-3. o dispositivo é alimentado com uma tensão de 5 ... 12 V. Isso permite alimentá-lo mesmo com baterias galvânicas, o que torna possível usá-lo em diferentes locais, inclusive no banheiro.

O escopo principal do chip TL434, é claro, fontes de alimentação. Mas, como vemos, as capacidades do microcircuito não se limitam apenas a isso.

Boris Aladyshkin