מחוונים והתקני איתות על דיודה זנר מתכווננת TL431

המייצב המשולב TL431 משמש בעיקר באספקת חשמל. עם זאת, בשביל זה אתה יכול למצוא יישומים רבים נוספים. חלק מהתכניות הללו מסופקות במאמר זה.

מאמר זה ידבר על מכשירים פשוטים ושימושיים שנעשו באמצעות שבבים TL431. אבל במקרה זה, אל תפחדו מהמילה "מיקרו-מעגל", יש לו רק שלוש מסקנות, ומבחוץ זה נראה כמו טרנזיסטור פשוט בעל עוצמה נמוכה בחבילת TO90.

ראשית קצת היסטוריה

זה קרה שכל המהנדסים האלקטרוניים מכירים את מספרי הקסם 431, 494. מה זה?

מכשירי TEXAS עמדו בחזית עידן המוליכים למחצה. כל הזמן הזה היא הייתה במקום הראשון ברשימת המובילות העולמיות בייצור רכיבים אלקטרוניים, כשהיא מחזיקה את עצמה בעשר המובילים או, כמו שאומרים לעתים קרובות יותר, בדירוג העולמי TOP-10. המעגל המשולב הראשון נוצר בשנת 1958 על ידי ג'ק קילבי, עובד של חברה זו.

כעת TI מייצרת מגוון רחב של מעגלי מיקרו, ששמם מתחיל בקידומות TL ו- SN. אלה הם מעגלי מיקרו אנלוגיים והגיוניים (דיגיטליים) בהתאמה, שנכנסו לנצח להיסטוריה של TI ועדיין מוצאים יישומים רחבים.

מן הסתם יש לקחת בחשבון בין הראשונים ברשימת שבבי הקסם ווסת מתח מתכוונן TL431. במקרה של שלושה פינים של מיקרו מעגל זה, מוסתרים 10 טרנזיסטורים, והפונקציה שמבוצעת על ידו זהה לדיודה זנר קונבנציונאלית (דיודה זנר).

אך בשל סיבוך זה, למעגל המיקרו יציבות תרמית גבוהה יותר ומאפיינים של שיפוע מוגברים. המאפיין העיקרי שלו הוא זה עם מחיצה חיצונית ניתן לשנות מתח ייצוב בתוך 2.5 ... 30 V. עבור הדגמים האחרונים, הסף התחתון הוא 1.25 V.

TL431 נוצר על ידי עובד TI, בארני הולנד, בראשית שנות השבעים. אחר כך עסק בהעתקת שבב המייצב של חברה אחרת. היינו אומרים קורע, לא מעתיק. אז בארני הולנד לוותה מקור מתח ייחוס מהמיקרו-מעגל המקורי, ועל בסיסו יצרה מיקרו-מעגל מייצב נפרד. בהתחלה זה נקרא TL430, ואחרי כמה שיפורים הוא נקרא TL431.

מאז עבר הרבה זמן, וכעת אין אפילו ספק כוח מחשב אחד, בכל מקום בו הוא מוצא יישום. זה גם מוצא יישום כמעט בכל ספקי כוח מיתוג בעלי הספק נמוך. אחד המקורות הללו נמצא כעת בכל בית מטען לטלפונים סלולריים. ניתן לקנא רק באריכות ימים כזו. איור 1 מציג את התרשים התפקודי של TL431.

איור 1. תרשים פונקציונלי של TL431.

בארני הולנד גם יצרה את שבב TL494 המפורסם ולא פחות מבוקש. זהו בקר PWM לדחיפה, שעל בסיסו נוצרו דגמים רבים של ספקי כוח מיתוג. לכן המספר 494 מתייחס גם בצדק ל"קסם ".

כעת נעבור לשיקול של עיצובים שונים המבוססים על שבב TL431.

מחוונים וסימנים

ניתן להשתמש בשבב TL431 לא רק למטרתו המיועדת כדיודה זנר באספקת חשמל. על בסיסו ניתן ליצור מחווני אור שונים ואפילו מכשירי איתות קול. באמצעות מכשירים כאלה אתה יכול לעקוב אחר פרמטרים רבים ושונים.

ראשית, זה רק מתח חשמלי. אם מוצג כמות פיזית כלשהי בעזרת חיישנים בצורה של מתח, אז אפשר ליצור מכשיר המפקח, למשל, את מפלס המים במיכל, טמפרטורה ולחות, תאורה או לחץ של נוזל או גז.

אזעקת מתח יתר

פעולתו של מכשיר איתות כזה מתבססת על העובדה שכאשר המתח באלקטרודת הבקרה של דיודה זנר DA1 (סיכה 1) פחות מ -2.5 וולט, דיודת הזנר סגורה, רק זרם קטן זורם דרכה, בדרך כלל לא יותר מ 0.3 ... 0.4 mA. אבל הזרם הזה מספיק לזוהר חלש מאוד של ה- LED HL1. בכדי למנוע תופעה זו, די בחיבור נגדי עם התנגדות של בערך 2 ... 3 KOhm במקביל ל LED. מעגלי גלאי המתחים מוצגים באיור 2.

איור 2. גלאי מתח.

אם המתח באלקטרודת הבקרה עולה על 2.5 וולט, דיודת הזנר תיפתח ונורת ה- HL1 תידלק. מגבלת הזרם הדרושה דרך דיודה זנר DA1 וה- LED HL1 מספקת את הנגד R3. הזרם המרבי של דיודת הזנר הוא 100 mA, בעוד שאותו פרמטר עבור נורית ה- HL1 הוא 20 mA בלבד. ממצב זה מחושבת ההתנגדות של הנגד R3. ליתר דיוק, ניתן לחשב התנגדות זו באמצעות הנוסחה שלהלן.

R3 = (Upit - Uhl - Uda) / Ihl. כאן נעשה שימוש בסימון הבא: Upit - מתח אספקה, Uhl - ירידת מתח ישירה על הנורית, מתח Uda במעגל פתוח (בדרך כלל 2V), זרם LED של Ihl (מוגדר בתוך 5 ... 15 mA). כמו כן, אל תשכח כי המתח המרבי עבור דיודה זנר TL431 הוא 36 וולט בלבד.

רמת אזעקה

המתח באלקטרודת הבקרה בה הדלק LED HL1 (UZ) מוגדר על ידי המחלק R1, R2. פרמטרי המחלק מחושבים על ידי הנוסחה:

R2 = 2.5 * R1 / (עוז - 2.5). להתאמה מדויקת יותר של סף התגובה, ניתן להתקין גימור כוונון במקום הנגד R2, עם ערך נומינלי של פעם וחצי יותר ממה שחושב. לאחר ייצור הטינקטורה ניתן להחליף אותו בנגד קבוע, שההתנגדות שלו שווה להתנגדות החלק שהוצג בכוונון.

לפעמים נדרש לשלוט בכמה רמות מתח. במקרה זה, יידרשו שלושה התקני איתות כאלה, שכל אחד מהם מוגדר למתח עצמו. כך ניתן ליצור שורה שלמה של אינדיקטורים, סולם ליניארי.

כדי להפעיל את מעגל התצוגה, המורכב מ LED HL1 ונגד R3, אתה יכול להשתמש במקור כוח נפרד, אפילו לא יציב. במקרה זה, המתח המבוקר מופעל על המסוף של הנגד R1, אותו יש לנתק מהנגד R3. עם הכללה זו, המתח המבוקר יכול לנוע בין שלושה לכמה עשרות וולט.

מחוון תת-מתח

איור 3. מחוון תת-מתח.

ההבדל בין מעגל זה לקודם הוא שהנורית נדלקת אחרת. הכללה זו נקראת היפוכה, מכיוון שנורית ה- LED נדלקת כאשר השבב סגור. אם המתח המבוקר עולה על הסף שנקבע על ידי המחלק R1, R2, המיקרו מעגל פתוח והזרם זורם דרך הנגד R3 והפינים 3 - 2 (קתודה - אנודה) של המיקרו מעגל.

על השבב במקרה זה יש ירידת מתח של 2 וולט, וזה לא מספיק כדי להצית את הנורית. כך שלא מובטח שהנורית תידלק, שתי דיודות מותקנות איתה בסדרות. סוגים מסוימים של נוריות LED, למשל כחול, לבן וסוגים מסוימים של ירוק, נדלקים כאשר המתח עולה על 2.2 V. במקרה זה, מותקנים מגשרים העשויים חוט במקום דיודות VD1, VD2.

כאשר המתח המפוקח הופך להיות פחות מזה שנקבע על ידי המחלק R1, R2 המיקרו-מעגל נסגר, המתח בפלט שלו יהיה הרבה יותר מ -2 וולט, ולכן נורית ה- HL1 תידלק.

אם ברצונך לשלוט רק על שינוי המתח, ניתן להרכיב את המחוון בהתאם לתכנית המוצגת באיור 4.

איור 4. מחוון שינוי מתח.

מחוון זה משתמש בתאורת LED HL1 בשני צבעים. אם המתח המפוקח חורג מערך הסף, הנורית האדומה נדלקת, ואם המתח נמוך, האור הירוק דולק.

במקרה בו המתח קרוב לסף שנקבע מראש (בערך 0.05 ... 0.1 וולט), כבה שני המחוונים, מכיוון שלמאפיין ההעברה של דיודת הזנר יש שיפוע מוגדר היטב.

אם ברצונך לעקוב אחר שינוי בכמות פיזית כלשהי, ניתן להחליף את הנגד R2 באמצעות חיישן שמשנה את ההתנגדות בהשפעת הסביבה. התקן דומה מוצג באיור 5.

איור 5. תרשים של ניטור פרמטרים סביבתיים.

באופן קונבנציונלי, בתרשים אחד מוצגים מספר חיישנים בו זמנית. אם זה יהיה פוטו-טרנזיסטורזה יתברר ממסר תמונות. בעוד שהתאורה גדולה, הפוטוטרנזיסטור פתוח, וההתנגדות שלו קטנה. לפיכך המתח במסוף הבקרה DA1 נמוך מהסף; כתוצאה מכך הנורית אינה נדלקת.

ככל שהתאורה פוחתת, ההתנגדות של הפוטוטרנסיסטור עולה, מה שמוביל לעלייה במתח במסוף הבקרה DA1. כאשר מתח זה עולה על הסף (2.5 וולט), דיודת הזנר נפתחת והנורית נדלקת.

אם במקום פוטו-טרנזיסטור, מחובר תרמיסטור, למשל סדרת MMT, לכניסה של המכשיר, מתקבל מחוון טמפרטורה: כאשר הטמפרטורה יורדת, הנורית תידלק.

ניתן להשתמש באותה תכנית כמו חיישן לחותלמשל אדמה. לשם כך, במקום תרמיסטור או פוטו-טרנזיסטור, יש לחבר אלקטרודות מפלדת אל חלד, אשר במרחק מה זה מזה צריכות להיות דוחקות באדמה. כאשר האדמה מתייבשת לרמה שנקבעה במהלך ההתקנה, הנורית תידלק.

סף ההתקן בכל המקרים מוגדר באמצעות נגן R1 משתנה.

בנוסף לאינדיקטורי האור המופיעים בשבב TL431, ניתן גם להרכיב מחוון שמע. תרשים של אינדיקטור כזה מוצג באיור 6.

איור 6. מחוון מפלס נוזל צליל.

כדי לשלוט על גובה נוזל, כמו מים באמבטיה, מחובר מעגל חיישן העשוי משתי צלחות אל חלד, הנמצאות במרחק של כמה מילימטרים אחד מהשני.

כאשר מים מגיעים לחיישן ההתנגדות שלו פוחתת, והשבב נכנס למצב הליניארי דרך הנגדים R1 R2. לפיכך, הדור העצמי מתרחש בתדר המהדהד של הפולט הפיזוצרמי HA1, בו נשמע אות הקול.

בתור פולט, אתה יכול להשתמש ברדיאטור ZP-3. המכשיר מופעל ממתח של 5 ... 12 V. זה מאפשר לך להעביר אותו אפילו מסוללות גלווניות, מה שמאפשר להשתמש בו במקומות שונים, כולל בחדר האמבטיה.

ההיקף העיקרי של שבב TL434, כמובן, ספקי כוח. אבל, כפי שאנו רואים, יכולות המיקרו-מעגל אינן מוגבלות לכך בלבד.

בוריס אלאדישקין

Comments

[#1 אחרת]

האם הקתודה והאנודה מחליפים בתרשים 1?

[#2 יורי]

תודה, מאוד מעניין!

[#3 אלקטרו]

אחרת,
לא, הקתודה והאנודה לא מתערבבים.
המעגל הוא דיודה זנר מתכווננת, עבור דיודה זנר מצב ההפעלה הוא כאשר הזרם זורם לקתודה וזורם מהאנודה.
הטרנזיסטור במעגל באיור 1 למעשה שולט - הוא מתחיל להיפתח ולהגדיל את זרם האספן כאשר המתח ב- REF מתחיל לעלות על Vref. כך, הזרם זורם מלמעלה למטה, מ CATHODE ל- ANODE.
הדיודה מימין לא מפריעה לכם - זו דיודה מגן שאינה משתתפת בפעולה הרגילה של המעגל.

[#4]

ספרו לתה הקומקום כיצד לבחור R1 לחישוב R2. אני רוצה לנסות ליצור מחוון סוללה.

אם אף אחד לא בבית, אז תגיד זאת.

[#5]

ספרו לקומקום התה איך וממה ניתן להרכיב מחוון סף דיגיטלי הפועל על בסיס ערכי התנגדות !?

אם משהו לא בא לידי ביטוי בצורה לא ברורה: יש 3 התנגדות, הם נדלקים לסירוגין במעגל, איך לגרום למחוון של תו אחד דיגיטלי להציג את המספר (כלומר מספר התנגדות מותנית) הכלול במעגל?

[#6 בוריס אלאדישקין]

chpok69, יש צורך לחשב את המחלק R1 R2 באופן שירידת המתח על R2 היא 2.5 וולט עבור מתח ייצוב נתון: I * R2 = (U / (R1 + R2)) * R2, אנו מצמצמים את שני החלקים ב- R2, אנו מקבלים I = (U / (R1 + R2)). מכאן U = I * (R1 + R2) = I * R1 + I * R2. במצב הבעיה, I * R2 = 2.5V, ואז הזרם בסעיף R1 + R2 יהיה I = (U - 2.5) / R1. ואז מתברר שההתנגדות של הנגד היא R2 = 2.5 / I. ניתן לזה ש- R1 = 100K, U = 5V, ואז I = (U - 2.5) / R1 = (5 - 2.5) / 100000 = 0.000025 (A), ו- R2 = 2.5 / I = 2.5 / 0.000025 = 100000ohm או 100Kohm. ברור כי עם מתח אספקה ​​של 5V 2.5V יהיה בדיוק חצי, כך שההתנגדות של הנגד R2 היא גם מחצית המחלק R1 + R2.

למעשה חישוב זה איפשר לאמת את נכונות הנוסחאות. אם במקום U בפורמולות תחליף מתח אחר, למשל 12 או 24V, המספרים יתבררו אחרת. כדי לבדוק את תוצאות החישובים לפי נוסחאות, מחשבון חלונות יעזור: פשוט בחר, למשל, (5 - 2.5) / 100000, הדבק אותו בשורת המחשבון, ואז לחץ על מקש "=" כדי להעתיק את התוצאה ולהדביק אותה במסמך.

[#7]

תודה, מחוון השחרור עובד. VD1 VD2 הוחלף ב- cd220 אחד. הנגד R2 לקח משתנה 330 אוהם.