TL431 ve Gerilim Referansı: Ayarlı Şönt Regülatör, Hesap ve Kullanım Alanları
TL431 nedir, nasıl çalışır: ayarlı şönt referans, çıkış gerilimi hesabı (2,495 × (1 + R1/R2)), katot akımı ve RS seçimi, kararlılık kondansatörü, optokuplörlü SMPS geri besleme, zener ile karşılaştırma; REF3030, LM4040 gibi hassas referanslar.
BU YAZIDAN SONRA ŞUNU BİLECEKSİN
- TL431'in içinin bir opamp + referans + transistör olduğunu
- Çıkış gerilimini iki dirençle ayarlamayı ve RS'yi seçmeyi
- SMPS'lerde optokuplörle nasıl geri besleme yaptığını
- ADC için ne zaman gerçek bir hassas referans gerektiğini
İçine bak: "programlanabilir zener"#
TL431 (1977, Texas Instruments) üç uçlu bir parçadır: katot (K), anot (A) ve referans (REF). İçinde sıcaklıkla neredeyse değişmeyen bir bant aralığı (bandgap) referansı (2,495 V), bir hata yükselteci ve bir çıkış transistörü var. Kural tek: REF ucu 2,495 V'a eşit olana kadar katot akımı ayarlanır. REF'i katoda bağlarsan 2,5 V'luk bir zener olur; araya bir bölücü koyarsan istediğin gerilimde (2,5–36 V) çok keskin bir zener olur.
| Zener (BZX55C5V1) | TL431A | |
|---|---|---|
| Gerilim toleransı | ± %5 | ± %1 (B sınıfı ± %0,5) |
| Dinamik direnç | ≈ 40–80 Ω | ≈ 0,2 Ω |
| Sıcaklık katsayısı | ± 0,5 mV/°C (gerilime bağlı) | ≈ 30 ppm/°C tipik |
| Ayarlanabilir mi | hayır | 2,5–36 V |
| En düşük çalışma akımı | ≈ 1–5 mA (diz) | 1 mA |
Hesap: iki direnç ve bir RS#
Örnek: 12 V'tan 3,3 V referans, 5 mA yük
Bölücü
1 + R1/R2 = 3,3 / 2,495 = 1,323 → R1/R2 = 0,323. R2 = 10 kΩ, R1 = 3,24 kΩ (E96) → VOUT = 3,303 V. Bölücü akımı 0,25 mA, IREF'in (2 µA) yüz katından fazla: hata ihmal edilebilir.
RS
RS ≤ (11,5 − 3,3) / (5 + 1 + 0,25 mA) = 1,31 kΩ → 1,2 kΩ.
TL431 gücü
Yüksüz ve 12,5 V girişte: IKA = (12,5 − 3,3)/1,2k − 0,25 mA ≈ 7,4 mA → P = 3,3 × 7,4 mA ≈ 25 mW. SOT-23 için rahat.
En ünlü işi: SMPS geri beslemesi#
Bir telefon şarj aletinde primer taraf (şebeke) ile sekonder taraf (USB) arasında güvenlik için galvanik izolasyon olmak zorundadır; ama primer taraftaki kontrol entegresi çıkışın 5 V olup olmadığını bilmelidir. Çözüm: sekonderde bir TL431 çıkışı R1/R2 ile ölçer; çıkış yükselirse TL431 daha çok akım çeker, bu akım bir optokuplörün LED'inden geçer, ışık izolasyon bariyerini aşar ve primer taraftaki fototransistör kontrolcüye "kıs" der. TL431 burada hem referans hem hata yükselteci olarak çalışır; TL431 + PC817 ikilisi dünyadaki adaptörlerin büyük kısmında vardır.
ADC için gerçek referans#
12 bitlik bir ADC 3,3 V'u 4096 basamağa böler: 1 basamak = 0,8 mV. ADC'nin referansı MCU'nun 3,3 V beslemesiyse, LDO'nun %2'lik toleransı tek başına ±80 basamak hata demektir; üstüne dijital gürültü biner. Mutlak doğruluk istiyorsan ADC'ye ayrı bir referans ver:
| Parça | Tür | Tolerans | Sıcaklık katsayısı | Ne zaman |
|---|---|---|---|---|
| TL431B | ayarlı şönt | ± %0,5 | ≈ 30 ppm/°C | genel amaçlı, SMPS |
| LM4040-2.5 | sabit şönt | ± %0,1 | ≤ 100 ppm/°C | ucuz, düşük akım |
| REF3030 | seri | ± %0,2 | ≤ 50 ppm/°C | 3,0 V ADC referansı, 50 µA |
| ADR4525 | seri | ± %0,02 | ≤ 2 ppm/°C | hassas ölçüm |
TL431 ile R2 = 10 kΩ kullanarak 5,0 V elde etmek için R1 kaç olmalı?
1 + R1/R2 = 5 / 2,495 = 2,004 → R1 = 10,04 kΩ. Pratikte 10 kΩ ile 5,0 V'a çok yakın (4,99 V) çıkarsın; daha hassası için E96 serisinden 10,0k + küçük bir seri direnç ya da bir trimpot.
Sık sorulan sorular#
TL431 nedir?
İçinde 2,495 V'luk bir referans, bir hata yükselteci ve bir çıkış transistörü olan üç uçlu ayarlı şönt regülatör. Dışarıdan iki dirençle 2,5–36 V arasında herhangi bir gerilimde çok keskin bir zener gibi çalışır.
TL431 çıkış gerilimi nasıl hesaplanır?
VOUT = 2,495 × (1 + R1/R2). R1 katot ile REF arasında, R2 REF ile anot arasındadır. Bölücü akımını REF akımının (≈ 2 µA) en az 100 katı seçersen REF akımının etkisi ihmal edilebilir.
TL431 neden osilasyon yapıyor?
Büyük olasılıkla katot ile anot arasındaki kapasite, datasheet'teki kararlılık grafiğinin kararsız bölgesinde (yaklaşık 10 nF – 1 µF). Kondansatörü kaldır ya da kararlı bölgedeki bir değerle değiştir.
Bu sayfada cevabını bulabileceğin aramalar#
İnsanlar bu konuyu genelde şu kelimelerle arıyor; hepsinin cevabı yukarıdaki yazıda ve simülatörde var:
- TL431 nedir
- TL431 hesaplama
- TL431 devresi
- TL431 çıkış gerilimi
- ayarlı şönt regülatör
- gerilim referansı
- TL431 optokuplör
- TL431 osilasyon
- LM4040
- ADC referans gerilimi
- TL431 zener farkı
Kaynaklar ve ileri okuma#
Bu yazıyı yazarken ve ders çalışırken baktığım kaynaklar. Bölüm numaraları baskıya göre değiştiği için konu adıyla ararsın.
- TL431, TL432 Precision Programmable Reference (datasheet) Texas InstrumentsEşdeğer devre, kararlılık sınırı grafiği ve uygulama devreleri. ti.com
- The Art of Electronics Paul Horowitz, Winfield Hill"Voltage references": bandgap, şönt ve seri referanslar, sıcaklık katsayısı.
- Microelectronic Circuits Adel S. Sedra, Kenneth C. SmithBandgap referansının çalışma prensibi.
- Fundamentals of Power Electronics Robert W. Erickson, Dragan MaksimovicSMPS'de geri besleme döngüsü ve kompanzasyon.
Bir yanlış, eksik ya da merak ettiğin bir şey mi var?
Bu notları öğrenirken yazıyorum; hata yaptıysam düzeltmek, eksik bıraktığım yeri tamamlamak isterim. İstediğin konuyu yaz, sıraya alayım. Bu devrelerin gerçek kart karşılıklarını da projelerimde bulabilirsin.