Описание работы
Работа микросхемы lm324n основана на функционировании внутри неё одновременно четырех ОУ. Все усилители запитываеются от одного источника питания, имеют инвертирующий, не инвертирующий входы и одни выход. Источник питания может быть однополярным или двухполярным.
Рассмотрим внутреннюю схему одного из операционных усилителей c однополярным питанием. Возьмем её прямо из даташит на LM324.
Функционально каждый операционный усилитель состоит из: дифкаскада, а так же каскадов промежуточного и выходного усиления.
Дифференциальный каскад, выполняет функции усиления разности подаваемых на вход напряжений (V+ и V—) и нейтрализации синфазных сигналов. Обеспечивает высокое сопротивление на входе.
Промежуточный каскад обеспечивает балансировку операционника (установку на выходе нулевого напряжения при замкнутых входах), согласование сопротивлений дифференциального и выходного каскадов, а так же частотную коррекцию (защиту от самовозбуждения).
Выходной каскад обеспечивает низкое выходное сопротивление, требуемую мощность в нагрузке, ограничение тока и защиту при коротком замыкании.
Маркировка
Серия LM основана на интегральных микросхемах производства National Semiconductor. Приставка LM изначально означала linear monolithic (линейный, монолитный) и применялась для обозначения усилителей общего назначения (General Purpose) к которым не предъявлялись жестких требований. Цифры “324” указывают на серийный номер микросхемы. «-N», в конце серийника, обозначаются устройства, приобретенные Texas Instruments у National Semiconductor. В сентябре 2011 году National Semiconductor была передана Texas Instruments, которая не изменила приставку LM в своей продукции. Поэтому в настоящее время маркировка LM является кодом производителя Texas Instruments, но её широко используют другие производители при выпуске своих аналогов этой микросхемы.
Следует также отметить, что фирмы-производители постоянно совершенствуют свою продукцию. В настоящее время появились превосходящие по ряду функций модификации, например: LM324K, LM324KA с внутренней защитой от электрического разряда (HBM ESD); микромощные LP324 с током потребления 21 мкА; низковольтные LMV324, с напряжением питания от 2,7 В до 5,5 В; LPV324, изготавливаемые по технологии BiCMOS и током потребления 9 мкА и др. Усилители с символом «А» в маркировке, например “ LM324A-N ”, будут иметь лучшие характеристики по VIO по сравнению c другими (без «A»).
Схемы включения
Стабилизатор LM317 зарекомендовал себя универсальной микросхемой способной стабилизировать напряжение и Амперы. За десятки лет разработаны сотни схем включения LM317T различного применения. Основное назначение, это стабилизатор напряжения в блоках питания. Для увеличения силы количества Ампер на выходе есть несколько вариантов:
- подключение параллельно;
- установка на выходе силовых транзисторов, получим до 20А;
- замена на мощные аналоги LM338 до 5A или LM350 до 3А.
Для построения двухполярного блока питания применяются стабилизаторы отрицательного напряжение LM337.
Считаю, что параллельное подключение не самый лучший вариант из-за разницы в характеристиках стабилизаторов. Невозможно настроить несколько штук точно на одинаковые параметры, чтобы распределить нагрузку равномерно. Благодаря разбросу, на один нагрузка всегда будет больше чем на другие. Вероятность выхода из строя нагруженного элемента выше, если он сгорит, то резко возрастёт нагрузка на другие, которые могут не выдержать её.
Чтобы не подключать параллельно, лучше использовать для силовой части DC-DC преобразователя напряжения транзисторы на выходе. Они рассчитаны на большой ток и отвод тепла у них лучше из-за больших размеров.
Советуем изучить Все существующие методы наращивания провода под водой или в квартире: как удлинить кабель при разных условиях?
Современные импульсные микросхемы уступают по популярности, её простоту трудно превзойти. Стабилизатор тока на lm317 для светодиодов прост в настройке и расчётах, в настоящее время до сих пор применяется на небольших производствах электронных блоков.
Светодиодный драйвер
Светодиодный драйвер до 5А
Зарядное для аккумуляторов
Регулируемый двухполярный блок питания от 0 до 36В
Двухполярный БП LM317 и LM337, для получения положительного и отрицательного напряжения.
Технические характеристики
В блоках питания от сети 220В линейный стабилизатор обычно устанавливается сразу после выпрямительного диодного моста, где выполняет свою основную роль источника вторичного электропитания (ИВЭП). Рекомендуемая производителями величина входного напряжения у КРЕН8Б находится в диапазоне 14,5 … 18 В. В любом случае, должно быть на 2,5-3 В больше от опорного.
Максимальные параметры
Изготовителями заявлены следующие максимальные параметры КР142ЕН8Б, при температуре корпуса (ТК) от -45 до +70оС, если не указано иного:
- входное напряжение (при ТК от -45 до +100оС) — до 30 В;
- мощность рассеивания – до 1,5 Вт; до 8 Вт (c теплоотводом);
- ток в нагрузке – до 1500 мА (c использованием теплоотвода).
Электрические параметры
Если ток в нагрузке будет более 100 мА, то рекомендуется применение теплоотвода. На практике его величина может достигать 900 мА, что на много меньше значения заявленного отдельными производителями в даташит, но вполне достаточного для большинства современных слаботочных систем. Сведения о электрических параметрах КРЕН8Б, при температуре окружающей среды +25оС, представлены в таблице ниже.
Типовое включение
Устойчивая работа электронных приборов обеспечивается стабильностью поданного на них электропитания. Отсюда и возникает потребность в его выравнивании до необходимого уровня. Превышение или снижение питающих значений недопустимо, так как приводит к неисправности в работе оборудования. Самый очевидный способ — использовать популярную отечественную микросхему из серии КР142.
КР142ЕН8Б является одним из линейных стабилизаторов указанной серии. Его типовая схема подключения очень простая и подходит для всех КР142ЕН. Она включает в себя саму КРЕНку (еще одно неофициальное название 142ЕН8Б) и пару сглаживающих конденсаторов. В даташит рекомендовано применение небольших ёмкостей с величиной 0,33 и 1,0 мкФ. Обычно используют керамические или танталовые версии.
Если для проекта выбраны алюминиевые электролитические конденсаторы, то они должны быть не менее 10 мкФ. Их лучше подсоединять как можно ближе к выводам микросхемы. Многие радиолюбители делают это навесным монтажом, спаивая ножки радиоэлементов между собой.
Производители
Из-за своих хороших параметров, надежности и дешевизны, TL431 используется в различных технических решениях. Поэтому её производством занимаются многие зарубежных компаний. Существует даже полностью переведенный datasheet tl431 на русском от Texas Instruments (TI). А вот ссылки на некоторые даташит устройств продающихся в РФ: , ON Semiconductor, STMicroelectronics, Nexperia, HTC Korea, NXP Semiconductors. Есть еще изготовители этих изделий, но их трудно найти в российских магазинах. К ним относятся: Unisonic Technologies, Motorola, Fairchild Semiconductor, Diodes Incorporated, HIKE Electronics, Calogic, Sangdest Microelectronic (Nanjing), SeCoS Halbleitertechnologie GmbH, Hotchip Technology, Foshan Blue Rocket Electronics и др.
Модели AC
Для дипольных инверторов часто используются чери АС стабилитроны TL431. Как проверить работоспособность подсоединенного элемента? Сделать это можно при помощи обычного тестера. Параметр выходного сопротивления обязан составлять не более 70 Ом
Также важно отметить, что устройства этой серии включаются через векторный преобразователь
В данном случае скалярные модификации не подходят. Во многом это связано с низким порогом проводимости тока
Также важно отметить, что показатель номинального напряжения не превышает 4 Вт. Рабочий ток в цепи поддерживается на уровне 2 А. Для понижения тепловых потерь используются различные тиристоры
На сегодняшний день выпускаются расширительные и фазовые модификации
Для понижения тепловых потерь используются различные тиристоры. На сегодняшний день выпускаются расширительные и фазовые модификации.
Схемы с использованием TL431
Микросхема может использоваться во многих разных схемах блоков питания. Это могут быть как регулируемые блоки питания, так и зарядные устройства к аккумуляторам. Давайте разберем несколько базовых, типовых схем, которые можно модернизировать, и на базе которых можно создавать свои замыслы и творения.
Стабилизатор напряжения на TL431 (2.5-36В, 100mA)
Данная схема позволяет заменить обыкновенный стабилитрон. Вы можете менять выходное напряжение путем изменения сопротивления резисторов R1 и R2. Чтобы провести расчет сопротивления, рекомендуем прибегнуть к использованию формулы, указанной ниже:
Стабилизатор напряжения с увеличенным максимальным током (2.5-36В)
Максимальный выходной ток TL431 равен 100мА. Однако, если вашему проекту нужен больший показатель выходного тока, то советуем вам использовать транзистор: тогда максимальный ток будет зависеть от его характеристик. Формула для расчета сопротивлений резисторов остается такой же.
Подобные схемы часто используются с другими микросхемами.К сожалению, большинство из них просто не могут пропускать высокий ток, поэтому, чтобы решить такую проблему, в дело вступает управляющий транзистор. В таком случае максимальный ток ограничивается его свойствами. Главная задача здесь — правильный подбор транзистора под управляющее напряжение на его базе.
Лабораторный блок питания на TL431 с защитой
Данная схема представляет собой регулируемый блок питания, который способен выдавать до 30Вт. И помимо этого имеет встроенную защиту от перегрузки. В случае, если ток начнет превышать допустимое значение на транзисторе Т2, то на ЛБП произойдет прекращение подачи напряжения, о чем будет сигнализировать загоревшийся светодиод.
Не стоит забывать использовать охлаждение в виде радиатора, ведь компоненты во время пиковых нагрузок будут быстро нагреваться, и со временем при частых перегревах, выходить из строя.
Стабилизатор тока на TL431 (Светодиодный драйвер)
Чаще всего стабилизаторы тока используются для запитывания светодиодов и светодиодных лент. Схема тут элементарная — вам понадобятся всего лишь пара резисторов и один транзистор.
Индикатор напряжения
Схема может понадобиться, когда вам необходимо следить за тем, чтобы напряжение не выходило за верхние и нижние пределы. Эти пределы задаются сопротивлением резисторов, по формуле, указанной ниже.
Данную схему можно модернизировать путем добавления пищалок или других звуковых устройств. Таким образом точно не получится пропустить сигнал о неправильном напряжении.
Таймер задержки на TL431
Универсальная микросхема, на которой есть возможность реализовать даже схему таймера задержки. Все, что вам понадобится — это пара резисторов и конденсатор. Их номиналы необходимо рассчитать по формуле, чтобы получить требуемое время задержки (формула указана ниже).
Такая схема возможна благодаря очень низкому показателю входного тока (4мкА). Во время замыкания главного контакта, транзистор начинает производить зарядку. После достижения показателя в 2.5В он открывается, и ток при содействии оптопаровому светодиоду (оптрону) начинает течь, от чего на внешней цепи происходит замыкание.
Зарядное устройство для литиевых аккумуляторах на TL431 и LM317
Эта простейшая схема позволяет правильно заряжать литиевые аккумуляторы. В этой зарядке TL431 используется в качестве источника опорного напряжения, а LM317 в качестве источника тока. Устройство заряжает аккумуляторы методом CC CV, означает, как все знают, постоянный ток (Constant Current), постоянное напряжение (Constant Voltage).
Входное напряжение для этой схемы — 9-20В. Сначала аккумулятор заряжается постоянным током, который поддается изменению, меняя сопротивление резистора R5. После того, как аккумулятор достигнет напряжения около 4.2В, он начинает заряжаться постоянным напряжением.
Учтите, что очень важно перед использованием настроить устройство: без нагрузки необходимо подстроить переменный резистор RV1 так, чтобы на выходе напряжение было равно 4.2 Вольта.
Базовая конфигурация
Главная задача стабилизатора — обеспечить постоянство выходного напряжения и подавление пульсаций. Конструкция стабилизатора основана на простейшей схеме, но каждый её элемент я выбирал так, чтобы он идеально выполнял свою функцию:Для максимального подавления входных шумов сопротивление резистора R должно быть максимально, а в внутреннее сопротивление источника опорного напряжения Vref как можно ниже. Да и работать формирователь опорного напряжения будет лучше, если его питать от высокоомного источника. Таким требованиям отвечает источник стабильного тока (ГСТ).
Для высоковольтного стабилизатора я использовал ГСТ на двух транзисторах, что обеспечивает большую стабильность тока при колебаниях питающего напряжения.
Для низковольтных стабилизаторов можно использовать аналогичную схему или просто одиночный диод.
Для высоковольтных стабилизаторов я выбрал значение тока ГСТ около 5мА. Для низковольтных стабилизаторов можно выбрать значение поменьше.
Микросхеме TL431 для нормальной работы требуется минимум 2 мА.
Важное замечание: ГСТ на двух транзисторах может иногда возбуждаться, если использовать высокочастотные транзисторы. Поэтому я выбрал транзисторы MJ340/350 которые, как показывает мой опыт, работают стабильно. Стабилитроны довольно шумные и кроме того имеют плохой температурный коэффициент
Выходное напряжение при их использовании будет меняться в зависимости от температуры окружающей среды, а если в вашем усилителе активная вентиляция, то тем более. Кроме того, стабильность их внутреннего сопротивления тоже оставляет желать лучшего
Стабилитроны довольно шумные и кроме того имеют плохой температурный коэффициент. Выходное напряжение при их использовании будет меняться в зависимости от температуры окружающей среды, а если в вашем усилителе активная вентиляция, то тем более. Кроме того, стабильность их внутреннего сопротивления тоже оставляет желать лучшего.
Вместо них я использовал TL431 в качестве источника опорного напряжения, так как их шумовые характеристики весьма достойны, они имеют низкое выходное сопротивление и довольно широкий диапазон выходных напряжений, которое устанавливается с помощью простого делителя.
Схема для блоков на 15 В
Стабилитрона TL431 схема включения через блок на 15 В осуществляется при помощи одноступенчатого преобразователя. В свою очередь, модулятор подходит с емкостью на уровне 5 пФ. Резисторы применяются исключительно селективного типа. Если рассматривать модификации с триггерами, то параметр порогового напряжения не превышает 3 Вт. Точность стабилизации находится в районе 3%. Фильтры для системы подходят как открытого, так и закрытого типа.
Также важно отметить, что в цепи может устанавливаться расширитель. На сегодняшний день модели выпускаются в основном коммутируемого типа. У модификаций с трансиверами проводимость тока не превышает 4 мк
В данном случае показатель чувствительности стабилитрона колеблется в районе 30 мВ. Выходное сопротивление при этом достигает примерно 80 Ом
У модификаций с трансиверами проводимость тока не превышает 4 мк. В данном случае показатель чувствительности стабилитрона колеблется в районе 30 мВ. Выходное сопротивление при этом достигает примерно 80 Ом.
Производители
Из-за своих хороших параметров, надежности и дешевизны, TL431 используется в различных технических решениях. Поэтому её производством занимаются многие зарубежных компаний. Существует даже полностью переведенный datasheet tl431 на русском от Texas Instruments (TI). А вот ссылки на некоторые даташит устройств продающихся в РФ: TI, ON Semiconductor, STMicroelectronics, Nexperia, HTC Korea, NXP Semiconductors. Есть еще изготовители этих изделий, но их трудно найти в российских магазинах. К ним относятся: Unisonic Technologies, Motorola, Fairchild Semiconductor, Diodes Incorporated, HIKE Electronics, Calogic, Sangdest Microelectronic (Nanjing), SeCoS Halbleitertechnologie GmbH, Hotchip Technology, Foshan Blue Rocket Electronics и др.
ЗУ для мобильного телефона
Стабилизатор можно применить как своеобразный ограничитель тока. Это свойство будет полезным в устройствах для зарядки мобильного телефона.
Если напряжение в выходном каскаде не достигнет 4,2 В, происходит ограничение тока в цепях питания. После достижения заявленных 4,2 В стабилизатор уменьшает величину напряжения — следовательно, падает и величина тока. За ограничение величины тока в схеме отвечают элементы схемы VT1 VT2 и R1-R3. Сопротивление R1 шунтирует VT1. После превышения показателя в 0,6 В элемент VT1 открывается и постепенно ограничивает подачу напряжения на биполярный транзистор VT2.
На базе транзистора VT3 резко уменьшается величина тока. Происходит постепенное закрытие переходов. Напряжение падает, что приводит к падению силы тока. Как только U подходит к отметке 4,2 В, стабилизатор tl431 начинает уменьшать его величину в выходных каскадах устройства, и заряд прекращается. Для изготовления устройства необходимо использовать следующий набор элементов:
- DA1 – TL431K — если нет в наличии этого элемента, то его можно заменить на tl4311, tl783ckc ;
- R1 – 2,2 Ом;
- R2 – 470 Ом;
- R3 – 100 кОм;
- R4 – 15 кОм;
- R5 – 22 кОм;
- R6 – 680 Ом;
- VT1, VT2 – BC857B;
- VT3 – az431 или az339p ;
- VT4 – BSS138.
Необходимо обратить особое внимание на транзистор az431. Для равномерного уменьшения напряжения в выходных каскадах желательно поставить транзистор именно az431, datasheet биполярного транзистора можно наблюдать в таблице
Операционный усилитель TL431 является многофункциональным элементом и дает возможность конструировать различные устройства: зарядные для мобильных телефонов, системы сигнализации и многое другое. Как показывает практика, операционный усилитель обладает хорошими характеристиками и не уступает зарубежным аналогам.
Кому лень читать
Я не зря опять затронул эту тему ,это одна из самых массово выпускаемых интегральных микросхем.
Рисунок 5.
Улучшенная схема будет выглядеть так: Данная доработка позволяет значительно снизить пульсации тока и, следовательно, яркости светодиодов. Для стопроцентного предотвращения загорания светодиода в его цепь дополнительно включены 2 диода.
Datasheet на русском.. К примеру, если в качестве датчика применить фототранзистор , то в конечном итоге получится фотореле, реагирующее на степень освещенности. На данной микросхеме реализовано множество схем зарядных устройств для литиевых аккумуляторов. Быстрое переключение.
Схема, приведенная ниже, представляет собой мощный светильник на двух ваттных светодиодах и ваттном IRF в корпусе ТО см. В полной схеме включения к TL добавляются еще два резистора, но в этом случае можно получить произвольное выходное напряжение. Рисунок 5.
Простое зарядное устройство для литиевого аккумулятора. Но этого тока достаточно для очень слабого свечения светодиода HL1. Следующая формула справедлива для вычисления сопротивлений резисторов, в случае если мы хотим получить какое-то фиксированное напряжение. Но главный плюс схемы заключается в нормализации режима работы светодиодов и защита их от бросков напряжения во время включения.
Вместо заключения
Но у светодиода максимально допустимый ток составляет всего 20 мА. В данной схеме R3 рассчитывается точно также, как если бы использовался обычный стабилитрон, то есть зависит от выходного напряжения, диапазона входного напряжения и диапазона токов нагрузки. Варианты использования данной микросхемы могут быть различные, но максимальное распространение она получила в блоках питания с регулируемым и фиксированным напряжением. Реле времени TL нашел свое применение не только как источник опорного напряжения, а и во многих других применениях. Все это время она находится на первых местах в списке мировых лидеров в производстве электронных компонентов, прочно удерживаясь в первой десятке или, как чаще говорят, в мировом рейтинге TOP
TL Ее выпуск стартовал в году. В этом случае вместо фототранзистора нужно подсоединить два нержавеющих электрода, которые втыкают в землю на небольшом расстоянии друг от друга. TL431 управляемый стабилитрон,как проверить работу.
Схемы включения TL431
Параметрический стабилизатор напряжения
Тл431, цоколевка которого начертана на схеме, может включаться в различных вариантах. Используя ИС, можно не только стабилизировать, но и контролировать напряжение и различные параметры в электросхемах. Кроме того, она входит в состав звуковых или световых сигнализирующих устройств.
Интересно. Если перевести показатель любой физической величины в напряжение, то допустимо собрать аппарат, контролирующий эту физическую величину.
Это значит, что, установив специальные датчики, возможно следить за такими параметрами, как:
- влажность;
- температура;
- давление;
- уровень жидкости;
- значение освещённости.
Перечень можно продолжать, но суть одна – электронный стабилитрон допустимо использовать не только в БП и преобразователях.
Корпус и цоколёвка ИС
Стабилизатор тока на TL431
Стабилитрон tl431 в подобном подключении стабилизирует величину тока. Включенный между эмиттером и корпусом схемы (минусом) R2 используется как шунт. Напряжение на нём составляет 2,5 В. Выходной ток (Iвых) соответствует соотношению 2,5/R2.
Токовая стабилизация на TL431
Индикатор повышения напряжения
Мониторить уровни U позволяет стабилизатор tl431 схема включения которого выполнена так, что стабилитрон не откроется при поступлении на вход R (управляющий) U < 2,5 В.
Внимание! Сквозь запертый TL431 ток течёт всё равно. Хоть он мал – до 0,4 мА, но заставляет индикатор гореть
Приходится параллельно led-диоду включать R = 2-3 кОм.
Схема индикатора
При поступлении на R U > 2,5 В ИС откроется. Индикатор зажжётся. Чтобы согласовать стабилитрон и led-диод по величине текущего через них тока, в ветвь для токоограничения (индикатора) включают R3.
Формула для расчёта R3 имеет вид:
R3 = (Uпит – Uh1 – Uda)/Ih1,
где:
- Uh1 – напряжение на led-диоде, В;
- Uda – значение потенциала на открытом стабилитроне, В;
- Ih1 – номинальный ток светодиода.
При расчётах следует ориентироваться на то, что для TL431 Umax = 36 В, допустимые токи для led-диодов – 5…15 мА. Делитель напряжения на входе управляет величиной напряжения срабатывания Uзажиг. данного сигнализатора. Рассчитывают R2, применяя формулу:
R2 = 2,5*R1/(Uзажиг. – 2,5).
Кстати. На практике R2 подбирается при помощи подключения подстроечного сопротивления. С его помощью выставляется нужный предел включения, после чего замеряется тестером его сопротивление, и впаивается уже резистор с постоянным значением.
Проверка исправности TL431
Возникает вопрос: tl431 как проверить мультиметром? Никак! Это микросхема, вмещающая в своём составе множество элементов. Только одних транзисторов десять штук. Поэтому либо совсем заменяется управляемый стабилитрон, либо собирается тестовая схема (типа индикатора напряжения), и проверяется то, как она будет работать.
Индикатор низкого напряжения
В данном случае применяют инверсное подключение, светодиод излучает при запертом стабилитроне. Элемент индикации подключен параллельно ИС и при открытом стабилитроне 2-х вольт мало для излучения света. Когда микросхема закроется, ток уменьшится, напряжение на нём увеличится, и индикатор засветится.
Схема индикации низкого напряжения
Индикатор изменения напряжения
В устройствах, применяемых для контроля над изменением напряжения, используют управляемый стабилитрон. В качестве индикатора берётся светодиод с двумя цветами свечения, например, красно-зелёный. Красный свет сигнализирует о превышении, зелёный – о низком значении U.
Схема устройства контроля над изменением напряжения
Работа TL431 совместно с датчиками
Для работы с датчиками ИС tl431a схема включения изменяется так, что на смену R2 в плечо подключают нужный датчик.
Внимание! На нижеприведённой схеме для примера обозначены разные датчики, которые присоединяют на место R2. Датчики вместо резистора
Датчики вместо резистора
TL431 в схеме со звуковой индикацией (ЗИ)
Применение ИС в схемах с ЗИ возможно для мониторинга процессов наполнения и поддержания границ воды в водонапорных башнях. В ёмкости крепится пара металлических полосок на верхнем уровне водяного столба. Вода, заполнив ёмкость, замкнёт электроды, размещённые друг относительно друга через 2,5-3,5 мм. Схема сработает и выдаст акустическое оповещение.
Индикатор уровня воды
