Параметрический стабилизатор на TL431

[fevgin]

Вот стандартная схема включения микросхемы TL431 для получения параметрического стабилизатора напряжения.

Но согласно блок-схеме этой микросхемы:

если на управляющем выводе REF будет напряжение от 2,5В и выше, то выводы ANODE и CATHODE будут "соединены" открытым внутренним выходным транзистором. Получается, что при этом нагрузка, которая подключается к выходу этого стабилизатора напряжения, будет зашунтирована.

Если честно, я уже голову изломал, но нигде в интернете описание данного момента я не нашёл.

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[Lexter]

18 минут назад, fevgin сказал:

нигде в интернете описание данного момента я не нашёл.

Как только вы увидите отрицательную обратную связь с выхода TL431 на её вход REF, всё у вас сразу встанет на свои места.

Если напряжение на входе REF станет больше 2,5В, выходной транзистор действительно откроется и напряжение на входе делителя R1 R2 начнёт уменьшаться, пока напряжение на входе REF не станет равно точно 2,5 В. Транзистор при этом будет в активном режиме, т.е. будет эквивалентом такого резистора, чтобы точно поддерживать равенство напряжений на входе REF и опорного источника 2,5В. В этом и есть смысл стабилизации.

Рассчёт этого стабилизатора примитивно простой: делитель R1 R2 рассчитывается так, чтобы при нужном напряжении на выходе, напряжение на входе REF было равно напряжению внутреннего опорного источника напряжения, т.е. 2,5В. Например, если на выходе требуется стабилизированные 5,0В, то резисторы должны быть одинаковыми.

Изменено 19 мая, 2018 пользователем Lexter

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[fevgin]

Ну вот, хоть кто-то более или менее направил в нужном направлении. Lexter, спасибо. Почему-то при описании для начинающих про то, что надо увидеть в такой схеме ООС, нигде не указывается.

 

 

Изначально входное напряжение U_вх=0. Затем оно постепенно увеличивается. Заодно увеличиваются и напряжения U_делит и U_ref. И как только Uref станет равно 2,5В компаратор выдаст на своём выходе положительное напряжение, которое подаётся на базу встроенного транзистора. Этот транзистор откроется. Моментальных процессов не бывает и, если рассматривать момент открытия транзистора в очень "растянутом" масштабе, то можно будет видеть, что транзистор открывается постепенно. Значит сопротивление R_B-E, уменьшится "практически до нуля" тоже не моментально, а начнёт постепенно уменьшаться (в рамках нашего "растянутого" масштаба).

Сопротивление R_B-E уменьшается -->> общее сопротивление [R₁-R₂-R_B-E] уменьшается -->> напряжение U_делит уменьшается -->> напряжение U_ref уменьшается -->> компаратор перестанет выдавать положительное напряжение на своём выходе -->> внутренний транзистор начнёт закрываться (сопротивление R_B-E увеличивается) -->> ...

И т.д.

Но получается, что, если была бы возможность увидеть, например, Uref в "растянутом" масштабе, то мы бы увидели колебания (как на моём втором рисунке).

===

Интересно, какое "внутримикросхемное" напряжение питание у компаратора?

Изменено 20 мая, 2018 пользователем fevgin

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[KomSoft]

Очень маленькое, учитывпя, что есть версия на 1.25 опорного (только редкая). И учтите, что компаратор-треугольник - это не более, чем УГО, а собран он на транзисторах, и его "питание" тоже понятие условное.

[Falconist]

Начнем с того, что данный стабилизатор является НЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКИМ, а чисто ШУНТОВЫМ.

"Параметрические" стабилизаторы - это те, в которых выходное напряжение определяется исключительно параметрами их компонентов. А именно, стабилитронов. Если, скажем, вследствие технологического разброса при изготовлении, стабилитрон, маркированный, как на 5,6 В реально имеет напряжение зенеровского пробоя 5,7 В, то и стабилизированное с его помощью напряжение тоже будет равно 5,7 В.  Обратная же связь в TL431 позволяет установить любое нужное выходное напряжение. 

К параметрическим стабилизаторам относятся и снабженные умощняющим проходным транзистором, поскольку выходное напряжение опять же определяется только параметрами используемых компонентов (в основном - стабилитрона):

http://www.club155.ru/stabilizers-highload

Что же касается термина "шунтовый", то он означает, что стабилизирующий напряжение элемент (будь это просто стабилитрон или TL431) установлен параллельно нагрузке и шунтирует ее. Т.е., приведенная выше схема является параметрическим, но НЕ шунтовым стабилизатором.

[fevgin]

А что насчёт моих рассуждений о колебаниях U_ref? Оно действительно ли имеет место быть? Если да, то можно ли его увидеть осциллографом?

Изменено 20 мая, 2018 пользователем fevgin

[LazyEd]

3 часа назад, Falconist сказал:

Начнем с того, что данный стабилизатор является НЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКИМ, а чисто ШУНТОВЫМ.

Давайте не путать теплое с мягким.
Линейные стабилизаторы делятся по способу подключения нагрузки  - на последовательные и параллельные (шунтовые)
по способу стабилизации  - на параметрические и компенсационные.

Т.ч. шунтовой стабилизатор может быть и параметрическим и компенсационным.
В случае ТС имеем параллельный компенсационный стабилизатор.

 

[Falconist]

Можно. Если Ваш осциллограф может регистрировать единицы милливольт. А то и микровольты.

5 минут назад, LazyEd сказал:

В случае ТС имеем параллельный компенсационный стабилизатор

Параллельный, но шунтовый. Учите матчасть. И куда Вы подевали термин "параметрический"?

[LazyEd]

Это одно и то же.

5 минут назад, LazyEd сказал:

параллельные (шунтовые)

 

[Falconist]

5 минут назад, LazyEd сказал:

одно и то же

И против чего же Вы тогда возражаете?

[LazyEd]

А я не возражаю, просто Ваше высказывание  "является НЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКИМ, а чисто ШУНТОВЫМ" сродни " не рыба, а чисто жареное". Так сказать, продукт сравнивается со способом приготовления.

Изменено 20 мая, 2018 пользователем LazyEd

[Lexter]

5 часов назад, fevgin сказал:

о колебаниях U_ref ... можно ли его увидеть осциллографом?

Колебания в схемах с ООС можно увидеть, если схема рассчинана или собрана неправильно (например, где-то большая паразитная ёмкость). Это самовозбуждение. Обычно же выбирают достаточно большим коэффициент усиления и обеспечивают необходимую фазовую зарактеристику , чтобы процесс регулирования был апериодическим (почитайте, что это такое). При этом всю нестабильность схемы "загоняют" ниже уровня тепловых шумов. Поэтому на выходе стабилизатора вы увидите не синусоиду, а небольшой шум.

Изменено 20 мая, 2018 пользователем Lexter

[Пентагрид]

6 часов назад, fevgin сказал:

А что насчёт моих рассуждений о колебаниях U_ref?

 

18 часов назад, fevgin сказал:

то выводы ANODE и CATHODE будут "соединены" открытым внутренним выходным транзистором. Получается, что при этом нагрузка, которая подключается к выходу этого стабилизатора напряжения, будет зашунтирована

Транзистор не открывается/закрывается полностью, как переключатель. Он ведёт себя как переменный резистор. Его эквивалентное сопротивление колеблется плавно в противофазе с колебаниями входного напряжения, поэтому на выходе сохраняется постоянное напряжение.

 

А та переменная составляющая порядка милливольт, что в реале бывает на выходе стабилизаторов -- следствие иных процессов (собственных шумов стабилитрона, паразитной генерации в результате фазового сдвига цепи ООС, небесконечного коэффициента сглаживания пульсаций).

 

Термином компаратор тут обозначается аналоговое вычитающее устройство, а не пороговое типа триггера. Это ОУ, на выходе которого разница между входным и опорным напряжением.

 

А то, что вы имели в виду -- это релейная стабилизация, срабатывающая именно по порогу и действительно создающая периодические колебания вых. напряжения в зависимости от нагрузки.

Изменено 20 мая, 2018 пользователем Пентагрид

[fevgin]

1 час назад, Пентагрид сказал:

Транзистор не открывается/закрывается полностью, как переключатель. Он ведёт себя как переменный резистор. Его эквивалентное сопротивление колеблется плавно в противофазе с колебаниями входного напряжения, поэтому на выходе сохраняется постоянное напряжение.

Это если на базу биполярного транзистора будет подаваться плавно меняющееся напряжение. Но ведь в данном случае на базу подаётся напряжение от выхода ОУ, которое будет равно либо максимальному напряжению питания этого ОУ, либо минимальному.

Если на неинвертирующий вход будет подано напряжение, меньше, чем V_REF, т.е. меньше, чем +2,5В, тогда на выходе ОУ (а значит и на базе выходного транзистора) либо ноль, либо отрицательное напряжение (если ОУ имеет двуполярное напряжение питания). И транзистор полностью закрыт.

Если на неинвертирующий вход ОУ будет подаваться напряжение +2,5В и более, тогда на выходе ОУ будет положительное напряжение питания этого ОУ и выходной транзистор будет полностью открыт.

А значит выходной транзистор работает в ключевом режиме.

Или я ошибаюсь?

[Пентагрид]

Мне следовало сказать не "ОУ", а "вычитатель на ОУ". В ОУ без ограничения коэффициента усиления малейшая разница усиливается в миллион раз, но ограничивается напряжением питания. Это режим компаратора с порогом, определяемым опорным напряжением. А в вычитателе задаётся определённый коэффициент усиления. В простейшем случае, результат равен именно разнице входных напряжений, которая всегда меньше напряжения питания. Следовательно, транзистор не сможет открыться на полную. А раз не открывается на полную и не закрывается на совсем, тот тут не ключевой режим, а линейный.

Главное тут то, что транзистор играет роль элемента с регулируемым сопротивлением, а не просто ключа. Результирующее напряжение на выходе вычитателя (схемы сравнения, если угодно) задаёт ток Iк, который будет протекать через транзистор. Т.е. при таком-то напряжении между коллектором и эмиттером Uкэ и указанном Iк транзистор играет роль сопротивления R=Uкэ/Iк. То есть транзистор работает в линейном режиме.

Обратите внимание на блок-схему.

Если напряжение повысилось, то выходное значение также повышается, транзистор пропорционально приоткрывается, в результате результирующее сопротивление нижней части делителя напряжения (сам регулятор и нагрузка) падает, напряжение также падает до нормального.

Если напряжение понизилось, то транзистор прикрывается, в результате повышается сопротивление нижней части делителя и напряжение возвращается в нормальное состояние.

Указанные процессы представляются как нечто последовательное, идущее друг за другом. Но на самом деле всё это происходит одновременно, и никаких задержек нет, чтобы говорить о переменной составляющей.

 

Другое дело -- релейная стабилизация, где происходит именно то, что вы описываете. Например, в повышающем преобразователе накачка продолжается до тех пор, пока выходное напряжение не дойдёт до нужного уровня, тогда срабатывает компаратор и накачка прекращается до тех пор, пока напряжение не упадёт до некоторого меньшего уровня, после чего накачка возобновляется. Тут всё происходит именно в ключевом режиме -- есть накачка или нету накачки.