TL431是一款高性价比的常用分流式电压基准,有很广泛的用途。通俗的说就是用来生成一个非常稳定的基准电压源,例如在使用AD进行电压采集的时候,如果参考电压不够稳定,收到电网的干扰,就会导致测量的结果有误差,这时候就需要一个很稳定的参考电压源。市面上有很多类似的电压基准芯片,但是TL431的性价比很高,所以使用的很广泛。下面是我个人的使用心得,欢迎讨论。
TL431的数据手册在alldatesheet上有,芯片有3个主要的管脚:CATHODE(负极),ANODE(正极),REF(参考电压)。TL431有很多应用场景,可以参考文章:https://wenku.baidu.com/view/50e673bfa8114431b80dd895.html?from=search,我只用到作为参考电压源的用法。
如下图所示是我的一个PT100温度电阻检测电路:
其中左半部分是信号发生部分,右半部分是信号放大电路,只看左边的部分。电路中电压、电流、电阻都有明确的标注。通过调节滑动变阻器来改变Ra和Rb的阻值以达到调节输出电压的目的,TL431的输出电压计算公式为:
Vout = (Ra+Rb)*Vref/Rb (其中Vref是TL431内部基准电压2.5V)
规定Rc的数值应该满足:
1mA < (Vcc-Vout)/Rc < 500mA(这个500mA的值我没在数据手册上找到)
当没有负载时,也就是Rd为正无穷大的时候,Ib近似为0mA,Ia一定大于Ib,只要Ia大于1mA就能通过调节滑动变阻器得到预期的电压值。这时候加上负载的话Ib增大,如果Rc的阻值过大会导致Ia < Ib,这是不对滴,这时候输出电压就会降低,无法输出正确的期望电压。这时候就要通过计算来得出Rc电阻的合理取值。
根据电工知识我们知道,Ia=Ib+Ic+Id,Id为固定值且较小,可以忽略,那么Ia=Ib+Ic,所以Ia>Ib,而Ib=Vout/Rd,Ia=(Vcc-Vout)/Rc,那么(Vcc-Vout)/Rc > Vout/Rd,Rc的取值要根据这个式子来。例如Rd取1000Ω,Vout取4.096V,那么Ib≈4mA,那么Ia>(Vcc-Vout)/Rc,即Rc>(Vcc-Vout)/Ia,Rc<(5-4.096)/4mA=226Ω,取一个略小于226欧姆的标准电阻即可,但是不能太小,因为Ic的范围是1mA~100mA,如果Rc取5欧,那么Ia=(5-4.096)/5=180.8mA,但是这时候Ib的电流只有10mA以下,而Ic=Ia-Ib=170mA左右,这就超过了芯片cathode管脚的Sink-Current的范围1~100mA,是不允许的!如果这个VREF还在其他地方用上了,那么电流Ib的值就是各部分电流的总和了。