第19卷 第1期2006年2月
文章编号:1002-4026(2006)01-0050-03
山东科学
SHANDONGSCIENCE
Vol.19 No.1
Feb.2006
精密电压调节器TL431三种应用电路设计
贺桂芳
(山东交通学院信息工程系,山东济南250023)
摘要:介绍了三种精密电压调节器TL431的应用电路:不平衡直流电桥输出信号的稳定和线性化电路,恒流源电路,4～20mA 0～5V电流 电压转换电路。分析了电路工作原理,给出了电路设计方法。所设计的电路简单、新颖、实用。可广泛用于模拟电子电路,特别是传感器的信号调理电路中。由于采用了精密电压调节器TL431做基准电压源,因此电路精度高,稳定性能好。关键词:电压调节器;线性化;恒流源;I V转换中图分类号:TN43 文献标识码:A
1 TL431简介
TL431是精密电压调节器,利用两只外部电阻可设定2.5～36V范围内的任何基准电压值。其电压温度系数很小,为30×10 ℃,动态阻抗低,典型值为0.2Ψ。TL431的等效电路如图1所示。图中A为阳极,使用时需接地,K为阴极,需经限流电阻接正电源;VREF是输出电压U的设定端,外接电阻分压器。其中误差放大器A同相输入端接从电阻分压器得到的取样电压,反相输入端则接内部2.5V基准电压UREF,VREF端的电压常态下应为2.5V,因此也称基准端。晶体管VT在电路中起到调节负载电流的作用
TL431性能优良,价格低廉,现广泛用于开关电源或线性稳压电源中,本文用TL431构成输出稳定和线性化的电桥电路、精密恒流源电路、I V转换电路。
[1]
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。
2 电桥输出信号的稳定和线性化电路
传感器的信号调理电路经常要用到单臂不平衡直流电桥,如图2(a)所示
[2]
。某一非电量,例如压力或温度引起桥臂电阻变化ΔR,电桥失去平衡,
图1 TL431等效电路
产生输出电压ΔU0,通过测量该不平衡输出电压可以求得ΔR,从而求出非电量的大小。图2(a)中ΔU0为
URΔRΔU0=-U=U
22R+ΔR2(2R+ΔR)
由于电桥输出ΔU0与ΔR是非线性关系,需作线性化处理。在测控技术中通常的硬件处理办法是增加非线性校正电路,结果使信号调理电路变得很复杂。图2(b)所示电路,利用TL431设计了线性化的不平衡直流电桥,很简单地解决了非线性的问题。图2(b)中ΔU0为
U1R+ΔRΔRΔU0=VC-VD=-VREF=(1+)VREF-VREF=VREF
22R2R
收稿日期:2005-07-15
作者简介:贺桂芳(1963-),女,副教授,现主要从事电子技术和传感器技术的教学和科研工作。
第1期贺桂芳:精密电压调节器TL431三种应用电路设计
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图2 不平衡直流电桥电路
可见电桥输出ΔU0与ΔR成线性关系。从上式还可以看到输出与供桥电压无关,供桥电压的变化不会影响输出电压。也即,电桥采用四线制长电缆的长短、导线周围的环境温度以及供桥电压的变化不会影响电桥的输出。因此图2(b)所示电桥电路输出电压稳定,并且实现了线性化输出。
3 恒流源电路
恒流源是模拟集成电路中广泛使用的一种单元电路,传感器的信号调理电路也经常要用到恒流源。采用TL431可以构成精密恒流源电路。电路如图3所示。输出电流为
R12.5(1+)-2.5
U-VREFR2βI==1+βIR≈IR=RR2.5R1
=RR2
式中β为三极管的电流放大倍数。应选取β较大的三极管,例如9015,其β约为150,也可以选用复合管。β值越大,温漂系数越小,恒流值越稳定。运放A应选用高输入阻抗的运算放大器,例如CA3140。
图3 恒流源电路
4 I V转换电路
在计算机自动测控系统的设计中,经常选用具有一
定功能的电动组合单元作为系统的一部分,对于电动组合单元DDZ-Ⅲ型,其输出信号的标准为4～20mADC。而一般单片机应用系统信号输出只是电压信号,它能处理的也只有电压信号,因此需要电流 电压转换
[3]
。
图4为采用TL431设计的4～20mA 0～5V电流 电压转换电路。该电路设计思路如下:
图4 4～20mA 0～5V转换电路
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山 东 科 学 2006年
首先4～20mA电流经过电阻x变为(4～20mA)x的电压,再减去基准电压y,得到输出电压UO=(4～20mA)x(kΨ)-y(V)。因为4mA电流对应输出电压0V,20mA电流对应输出电压5V,所以
4x-y=020x-y=5
解上述两个方程,得到x=5 16kΨ,y=5 4V
于是输出电压U0=(4～20mA)×5 16(kΨ)-5 4(V)
图4中U0=(4～20mA)R(1+Rf R1)-Rf R1VREF=(4～20mA)R×1.5-0.5×2.5,式中R=(5 16) 1.5=208.33Ψ,R采用200Ψ固定电阻和10Ψ微调电阻串联。
5 结束语
本文采用TL431设计了输出电压稳定的线性不平衡电桥、精密恒流源和I V转换电路,电路结构设计简单、新颖、实用,可广泛用于模拟电子电路,特别是传感器的信号调理电路中。由于精密电压调节器TL431在电路中做基准电压,因此电路精度高,稳定性能好。
参考文献:
[1]何希才,张明莉.新型稳压电源及应用实例[M].北京:电子工业出版社,2004.82-83.[2]贾伯年,俞朴.传感器技术[M].南京:东南大学出版社,2000.53-54.
[3]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,1993.588-592.
ThreepracticalcircuitsdesignofprecisionvoltageconditionerTL431
HEGui-fang
(DepartmentofInformationEngineering,ShandongJiaotongUniversity,Jinan250023,China)
Abstract:ThreepracticalcircuitsofprecisionvoltageconditionerTL431areintroduced:ThesteadyandlinearoutputcircuitofimbalanceDCbridge,theconstantcurrentsource,4～20mA 0～5Vconverter.Thecircuitprincipleisanalyzed,andthedesignmethodisgiven.Thedesignedcircuitissimpleandnovelandpractical,anditcanbeusedextensivelyinanaloguecircuits,specialinsignalconditioncircuitsofsensor.BecauseprecisionvoltageconditionerTL431isusedforvoltagereference,thecircuitispreciseandsteady.
Keywords:voltageconditioner;linearzation;constantcurrentsource;I Vconverter
