Перейти к содержанию

Можно ли использовать TL431 как опорное напряжение для АЦП?

Обновлено Редакция GAW

Содержание

TL431 — регулируемый параллельный стабилизатор с внутренним опорным около 2,495 В. Как источник опорного напряжения он хуже специализированных микросхем по двум параметрам: начальному допуску и уходу по температуре.

ИсточникДопуск при 25 °CТемператураДля 12 бит (наш расчёт)
TL431 стандартный±2 %—±82 отсчёта
TL431B±0,5 %TL431BI: до 34 мВ на −40…85 °C±20 отсчётов + до 56 по температуре
LM4040B 2,5 В±0,2 %±100 ppm/°C, всего ±0,85 %±8 отсчётов
REF3030±0,2 %до 75 ppm/°C±8 отсчётов + дрейф
REF5025 (высокий класс)±0,05 %до 3 ppm/°C±2 отсчёта

Отсчёт 12-битного АЦП — 1/4096 шкалы, около 0,024 %; для 10-битного — около 0,1 %. Данные — даташиты TI (SLVS543S, SLOS456Q, SBOS410O, SBVS032K).

Когда TL431 подходит

  • 10-битный АЦП, как у Arduino: ±0,5 % TL431B — это около ±5 отсчётов из 1024, сравнимо с собственной ошибкой АЦП ATmega328P в 2 отсчёта. После калибровки при комнатной температуре остаётся температурный уход.
  • Измерения с калибровкой при постоянной температуре: начальный допуск убирается программно.

Когда нет

  • 12 бит и точнее: только уход TL431BI в 34 мВ — это 1,4 % шкалы. Специализированный источник с дрейфом в единицы ppm/°C обходится дороже, но не требует подгонки.
  • Широкий диапазон температур без калибровки по температуре.

Как включать

TL431 питают через резистор, рассчитанный на ток катода не меньше 1 мА с учётом нагрузки; вход AREF у ATmega328P имеет сопротивление 32 кОм и при 2,5 В берёт около 78 мкА (наш расчёт). Выход 2,5 В получают, соединив управляющий вход с катодом. На Arduino вызовите analogReference(EXTERNAL) до первого analogRead(): иначе внутреннее опорное окажется замкнуто на TL431 (DS40002061B, разд. 24.5). Динамическое сопротивление TL431 — 0,2 Ом типично, а шум у него выше, чем у специализированных источников опорного напряжения. Подробнее о схеме — на странице TL431, сравнение с LM4040 — на странице LM4040 и LM4041. Сложить начальный допуск, температуру и старение поможет калькулятор погрешности опорного напряжения, а общий бюджет Arduino разобран в ответе «С какой точностью Arduino измеряет напряжение?».

Похожие вопросы

Какой ток нужен TL431, чтобы он работал как опорный источник?

Не меньше 1 мА: по даташиту TI минимальный ток катода — 0,4 мА типично и 1 мА наибольший. Резистор от питания выбирают так, чтобы этот ток оставался и при подключённой нагрузке; вход AREF у ATmega328P добавляет около 78 мкА при 2,5 В (наш расчёт по 32 кОм).

Нужен ли конденсатор на выходе TL431 в цепи опорного?

Только с осторожностью: TL431 при некоторых сочетаниях ёмкости нагрузки и тока катода самовозбуждается — TI приводит графики границ устойчивости (рис. 6-16 и 6-18). Либо ставят ёмкость из устойчивой области, либо не ставят её вовсе и фильтруют опорное уже после резистора.

Можно ли откалибровать TL431 и считать его точным?

Калибровка при комнатной температуре убирает начальный допуск, но не уход по температуре и не старение. Наш расчёт: размах ухода TL431BI до 34 мВ (это разность наибольшего и наименьшего напряжения по диапазону, а не ±34 мВ) на 2,5 В — 1,4 %, или около 56 отсчётов 12-битного АЦП.

Источники

  1. Texas Instruments. TL431, TL432 Precision Programmable Reference, SLVS543S (May 2024) — с. 1 — допуск при 25 °C 0,5 % (B), 1 % (A), 2 % (стандартный); типичный уход TL43xB 6 мВ (C) и 14 мВ (I, Q); выходное сопротивление 0,2 Ом типично; ток 1–100 мА; рис. 6-16, 6-18 — границы устойчивости при ёмкостной нагрузке; разд. 6.12 — TL431BI: 2483/2495/2507 мВ, VI(dev) 14 типично и 34 мВ наибольший; Imin 0,4 типично, 1 мА наибольший
  2. Texas Instruments. LM4040 Precision Micropower Shunt Voltage Reference (SLOS456Q, revised April 2026) — LM4040B25: ±0,2 % при 25 °C, ±100 ppm/°C; с учётом температуры по сноске — A ±0,75 %, B ±0,85 %
  3. Texas Instruments. REF50xx Low-Noise, Very Low Drift, Wide VIN Precision Voltage Reference, SBOS410O (October 2025) — разд. 6.5 — REF50xxI высокого класса: ±0,05 %, температурный коэффициент 3 ppm/°C наибольший (−40…125 °C)
  4. Texas Instruments. REF30E and REF30, Low Current Voltage Reference in SOT-23-3, SBVS032K (December 2025) — разд. 6.6 — REF3030: ±0,2 %, температурный коэффициент 75 ppm/°C наибольший
  5. Microchip. ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P Data Sheet, DS40002061B — табл. 29-15 — внешнее опорное от 1,0 В до AVCC, входное сопротивление вывода AREF 32 кОм; разд. 24.5 — если к AREF подключён внешний источник, другие варианты опорного использовать нельзя: они замкнутся на внешнее напряжение

Нашли ошибку?

Смотрите также