Перейти к содержанию

Калькулятор TL431

Задайте выходное напряжение, разброс входного и ток нагрузки — калькулятор подберёт делитель R1/R2, балластный резистор, проверит ток через TL431 в двух худших режимах и нагрев корпуса, а также покажет разброс выхода для исполнений с точностью 2, 1 и 0,5 %.

Исходные данные

В

от 2,5 до 36 В

кОм
В
В
мА
мА
°C

Результат

R1 (катод — REF)
10 кОм
расчётное 9,968 кОм
Выходное напряжение
5,008 Вс допуском Vref и током REF 0…4 мкА: 4,88 В … 5,14 В
Балластный резистор Rб
510 Ом
не больше 532,6 Ом, чтобы при минимальном Uвх через TL431 шёл 1 мА
Ток TL431
1,5 мА … 15,4 мАпри минимальном Uвх и полной нагрузке … при максимальном Uвх и минимальной нагрузке
Мощность на TL431
77,2 мВт
Температура кристалла
40,4 °C
Мощность Rб
125 мВт
Ток делителя
250 мкА

Расчёт выполнен по формулам и данным из источников, приведённых на этой странице, и не заменяет проверку: параметры компонентов у разных производителей и даже партий различаются. Перед применением сверяйте результат с документацией на конкретные детали.

TL431 — регулируемый источник опорного напряжения, который включают как стабилитрон с настраиваемым напряжением от 2,5 до 36 В. Между катодом и анодом он поддерживает такое напряжение, при котором на выводе REF ровно Vref = 2,495 В. Делитель R1/R2 от катода на REF задаёт выход, а балластный резистор от источника питания ограничивает ток — как у параметрического стабилизатора на стабилитроне.

Схема включения

TL431 как регулируемый шунтовой стабилизаторОт входного напряжения 11–13 В через балластный резистор Rб 510 Ом питается выходная точка 5 В. Между выходом и общим проводом включены катод и анод TL431 и нагрузка 10 мА. Делитель R1 10 кОм от выхода к выводу REF и R2 10 кОм от REF к общему проводу задаёт выходное напряжение.Uвх 11–13 ВRб510 ОмUвых 5 ВTL431KAREFR110 кОмR210 кОмRн10 мАUвых = Vref · (1 + R1/R2) + Iref · R1

R1 включён между катодом и выводом REF, R2 — между REF и анодом. Через балластный резистор Rб идёт сумма токов нагрузки, делителя и самого TL431. Когда нагрузка потребляет меньше, «лишний» ток забирает TL431 — так он держит напряжение.

Как считается

Выходное напряжение (ST DocID4467, рис. 8):

Uвых=Vref(1+R1R2)+Iref⋅R1U_\text{вых} = V_{ref} \left(1 + \frac{R_1}{R_2}\right) + I_{ref} \cdot R_1

Diodes Incorporated приводит ту же формулу без второго слагаемого: ток вывода REF — 1,8 мкА типично и до 4 мкА — на резисторе 10 кОм даёт всего 18–40 мВ. Калькулятор учитывает его и показывает разброс: допуск Vref выбранного исполнения и ток REF от 0 до 4 мкА.

Резистор R1 для нужного напряжения при выбранном R2:

R1=Uвых−VrefVref/R2+IrefR_1 = \frac{U_\text{вых} - V_{ref}}{V_{ref} / R_2 + I_{ref}}

Балластный резистор выбирают по худшему случаю для стабилизации — минимальное входное напряжение и максимальная нагрузка: через TL431 должен остаться минимальный ток катода. Рабочий режим ST — от 1 до 100 мА, поэтому

Rб≤Uвх min−UвыхIk min+Iн max+Iдел,Ik min=1 мАR_б \le \frac{U_\text{вх min} - U_\text{вых}}{I_{k\,min} + I_\text{н max} + I_\text{дел}}, \qquad I_{k\,min} = 1\ \text{мА}

Номинал округляется вниз по ряду. Наибольший ток через TL431 — при максимальном входном напряжении и минимальной нагрузке:

Ik max=Uвх max−UвыхRб−Iн min−IделI_{k\,max} = \frac{U_\text{вх max} - U_\text{вых}}{R_б} - I_\text{н min} - I_\text{дел}

Он не должен превышать 100 мА. Мощность на TL431 — Uвых · Ikmax, температура кристалла — Ta + P · RθJA при пределе 150 °C. Тепловые сопротивления кристалл — воздух у ST: TO-92 — 200 °C/Вт, SOT23-3L — 248 °C/Вт, SO-8 — 85 °C/Вт; у Diodes Incorporated для SOT23 — 380 °C/Вт: значение зависит от производителя и платы.

Пример: 5 В от 11–13 В, нагрузка до 10 мА

  1. Делитель. R2 = 10 кОм, R1 = (5 − 2,495)/(2,495/10 000 + 1,8 мкА) = 9,97 кОм → 10 кОм. Выход 2,495 · 2 + 10 000 · 1,8 мкА = 5,008 В; с TL431C (2,44–2,55 В) — от 4,88 до 5,14 В.
  2. Ток делителя — 5,008/20 кОм = 0,25 мА.
  3. Балластный резистор: (11 − 5,008)/(1 + 10 + 0,25) мА = 533 Ом → 510 Ом.
  4. Ток TL431 при 11 В и 10 мА нагрузки — 5,992/510 − 10,25 мА = 1,5 мА; при 13 В без нагрузки — 7,992/510 − 0,25 мА = 15,4 мА.
  5. Нагрев. 5,008 · 15,4 мА = 77 мВт; в TO-92 кристалл на 15 °C теплее воздуха.
  6. Резистор рассеивает 7,9922/510 = 0,125 Вт — нужен на 0,25 Вт.

Исполнения и точность

ИсполнениеVref при 25 °CImin, не большеТемпература
TL431C (ST)2,44–2,55 В1 мА0…+70 °C
TL431I (ST)2,44–2,55 В1 мА−40…+105 °C
TL431A (ST)2,47–2,52 В0,6 мА (AC), 0,7 мА (AI)0…+70 °C / −40…+105 °C
TL431B (ST)2,483–2,507 В0,6 мА−40…+125 °C
TL431A (Diodes)2,470–2,520 В0,7 мАпо исполнению
TL431B (Diodes)2,482–2,507 В0,7 мАпо исполнению

Типичное значение у всех — 2,495 В. При изменении температуры Vref дополнительно уходит: у TL431C ST — до 17 мВ в диапазоне 0…70 °C, у TL431B — до 30 мВ во всём диапазоне. Динамическое сопротивление — 0,22 Ом типично и до 0,5 Ом при токе 1–100 мА.

Ограничения

  • Ток катода — до 100 мА, напряжение катод — анод — до 36 В (рабочий режим ST). Без нагрузки весь ток балластного резистора идёт через TL431.
  • Конденсатор на выходе. У TL431 есть области неустойчивости при определённых ёмкостях нагрузки и токах катода — смотрите рисунок 21 «Stability behavior with capacitive loads» в даташите ST, прежде чем ставить конденсатор параллельно TL431.
  • КПД низкий: балластный резистор и TL431 рассеивают всё, что не потребила нагрузка. Для токов больше единиц миллиампер TL431 используют как опору: в даташите Diodes Incorporated есть схемы последовательного стабилизатора и шунтового стабилизатора повышенного тока с внешним транзистором.
  • Расчёт по 25 °C. Разброс Vref по температуре и допуски резисторов добавляются к показанному диапазону.

Частые вопросы

Как рассчитать резисторы для TL431?

Выходное напряжение — Uвых = Vref · (1 + R1/R2) + Iref · R1, где R1 включён между катодом и выводом REF, R2 — между REF и анодом, Vref = 2,495 В, Iref около 1,8 мкА. Задайте R2 (например, 10 кОм) и найдите R1 = (Uвых − Vref) / (Vref/R2 + Iref). Для 5 В при R2 = 10 кОм получается 9,97 кОм — ставят 10 кОм, выход 5,008 В.

Какой минимальный ток нужен TL431?

Для стабилизации через катод должно течь не меньше минимального тока: у TL431C по даташиту ST — до 1 мА, у TL431A/B — до 0,6 мА, у TL431A/B Diodes Incorporated — до 0,7 мА. Рабочий режим ST — от 1 до 100 мА. Поэтому балластный резистор считают так, чтобы при минимальном входном напряжении и полной нагрузке через TL431 оставался 1 мА.

Чем TL431 отличается от стабилитрона?

Напряжение TL431 задаётся делителем в пределах от 2,5 до 36 В, а динамическое сопротивление — около 0,22 Ом против единиц и десятков ом у стабилитрона, поэтому напряжение меньше зависит от тока. Точность опорного напряжения — 2, 1 или 0,5 % в зависимости от исполнения. Схема с балластным резистором у них одинаковая.

Какой ток может отдать стабилизатор на TL431?

Сам TL431 рассчитан на ток катода до 100 мА в рабочем режиме, и при отключённой нагрузке весь ток балластного резистора идёт через него. Мощность ограничена корпусом: в TO-92 тепловое сопротивление кристалл — воздух 200 °C/Вт, при 25 °C и пределе кристалла 150 °C это около 0,6 Вт. Для больших токов TL431 управляет транзистором.

Источники

  1. STMicroelectronics. TL431, TL432: Programmable shunt voltage reference (DocID4467 Rev 17) — табл. 1 (предельные режимы, тепловые сопротивления), табл. 2 (рабочий режим: 1–100 мА, до 36 В), табл. 3–5 (Vref по исполнениям, Iref, Imin, динамическое сопротивление), рис. 8 (формула делителя), рис. 21 (устойчивость при ёмкостной нагрузке)
  2. Diodes Incorporated. TL431/TL432: Adjustable precision shunt regulator (DS35050 Rev. 7-3) — Vref исполнений A и B, Iref, минимальный ток катода, тепловые сопротивления SOT23, SOT25, SO-8, схемы применения
Встроить калькулятор на свой сайт

Скопируйте код и вставьте его в HTML страницы, статьи или вики. Виджет бесплатный, без рекламы, счётчиков и cookie. Условие одно — ссылка на GAW под рамкой остаётся на месте. Подробнее о виджетах

<iframe src="https://gaw.ru/embed/tl431/" title="Калькулятор TL431" width="100%" height="640" style="border:1px solid #e3e5e9;border-radius:8px" loading="lazy" allow="clipboard-write"></iframe>
<p style="margin:6px 0 0;font-size:14px">Калькулятор: <a href="https://gaw.ru/tools/tl431/">Калькулятор TL431</a> — GAW.ru</p>
Автоподстройка высоты рамки

Если сайт разрешает скрипты, добавьте этот код один раз в любом месте страницы: рамка будет менять высоту вместе с результатом расчёта.

<script>window.addEventListener("message",function(e){if(e.origin!=="https://gaw.ru"||!e.data||e.data.type!=="gaw:embed-height")return;var f=document.querySelectorAll('iframe[src^="https://gaw.ru/embed/"]');for(var i=0;i<f.length;i++)if(f[i].contentWindow===e.source)f[i].style.height=e.data.height+"px"})</script>

Обновлено .

Нашли ошибку в расчёте?