1 TL431的簡介

德州儀器公司（TI）生產(chǎn)的TL431是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值（如圖2）。該器件的典型動態(tài)阻抗為0.2Ω，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如，數(shù)字電壓表，運放電路、可調(diào)壓電源，開關(guān)電源等等。

左圖是該器件的符號。3個引腳分別為：陰極（CATHODE）、陽極（ANODE）和參考端（REF）。TL431的具體功能可以用如圖1的功能模塊示意。

上圖可以看到，VI是一個內(nèi)部的2.5V基準源，接在運放的反相輸入端。由運放的特性可知，只有當REF端（同相端）的電壓非常接近VI（2.5V）時，三極管中才會有一個穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著REF端電壓的微小變化，通過三極管 圖1 的電流將從1到100mA變化。當然，該圖絕不是TL431的實際內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以不能簡單地用這種組合來代替它。但如果在設(shè)計、分析應(yīng)用TL431的電路時，這個模塊圖對開啟思路，理解電路都是很有幫助的，本文的一些分析也將基于此模塊而展開。

2. 恒壓電路應(yīng)用

前面提到TL431的內(nèi)部含有一個2.5V的基準電壓，所以當在REF端引入輸出反饋時，器件可以通過從陰極到陽極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。如圖2所示的電路，當R1和R2的阻值確定時，兩者對Vo的分壓引入反饋，若V o增大，反饋量增大，TL431的分流也就增加，從而又導致Vo下降。顯見，這個深度的負反饋電路必然在VI等于基準電壓處穩(wěn)定，此時Vo=(1+R1/R2)Vref。選擇不同的R1和R2的值可以得到從2.5V到36V范圍內(nèi)的任意電壓輸出，特別地，當R1=R2時，Vo=5V。需要注意的是，在選擇電阻時必須保證TL431工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大于1 mA 。

當然，這個電路并不太實用，但它很清晰地展示了該器件的工作原理在應(yīng)用中的方法。將這個電路稍加改動，就可以得到在很多實用的電源電路，如上圖.

3. 恒流電路應(yīng)用

由前面的例子我們可以看到，器件作為分流反饋后，REF端的電壓始終穩(wěn)定在2.5V，那么接在REF端和地間的電阻中流過的電流就應(yīng)是恒定的。利用這個特點，可以將TL431應(yīng)用很多恒流電路中。

上圖是一個實用的精密恒流源電路。原理很簡單，不再贅述。但值得注意的是，TL431的溫度系數(shù)為30ppm/℃，所以輸出恒流的溫度特性要比普通鏡像恒流源或恒流二極管好得多，因而在應(yīng)用中無需附加溫度補償電路。

下面就介紹一個用該器件為傳感器電橋提供恒定偏流的電路，如上圖???
這是一個已連成橋路的硅壓傳感器的前級處理電路。Vref/R2的值應(yīng)設(shè)為電橋工作所必要的恒定電流，該電流值通常會由傳感器制造商提供。流經(jīng)TL431陰極的電流由R1和電源電壓Vs決定，在應(yīng)用中通常讓它等于橋路電流，但一定要注意大于1mA。???
由于TL431非常易于實現(xiàn)恒壓或恒流，而且有很好的溫度穩(wěn)定性，因此很適合于儀表電路、傳感器電路等設(shè)計應(yīng)用。在此方面的應(yīng)用例子很多，設(shè)計原理并不復雜，本文不再一一介紹。

4. 可控分流特性的應(yīng)用

由第1節(jié)介紹的功能模塊圖，當REF端的電壓有微小變化時，從陰極到陽極的分流將隨之在1～100mA內(nèi)變化。利用這種可控分流的特性，可以用小的電壓變化控制繼電器、指示燈等，甚至可直接驅(qū)動音頻電流負載。如圖7是此應(yīng)用的一個簡單400mW單聲道功率放大電路。

5. 在開關(guān)電源上的應(yīng)用

在過去的普通開關(guān)電源設(shè)計中，通常采用將輸出電壓經(jīng)過誤差放大后直接反饋到輸入端的模式。這種電壓控制的模式在某些應(yīng)用中也能較好地發(fā)揮作用，但隨著技術(shù)的發(fā)展，當今世界的電源制造業(yè)大多已采用一種有類似拓撲結(jié)構(gòu)的方案。此類結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源有以下特點：輸出經(jīng)過TL431(可控分流基準)反饋并將誤差放大，TL431的沉流端驅(qū)動一個光耦的發(fā)光部分，而處在電源高壓主邊的光耦感光部分得到的反饋電壓，用來調(diào)整一個電流模式的PWM控制器的開關(guān)時間，從而得到一個穩(wěn)定的直流電壓輸出。上圖是一個實用的4W開關(guān)型5V直流穩(wěn)壓電源的電路。該電路采用了此種拓撲結(jié)構(gòu)并同時使用了TOPSwitch技術(shù)。圖中C1、L1、C8和C9構(gòu)成EMI濾波器，BR1和C2對輸入交流電壓整流濾波，D1和D2用于消除因變壓器漏感引起的尖峰電壓，U1是一個內(nèi)置MOSFET的電流模式PWM控制器芯片，它接受反饋并控制整個電路的工作。D3、C3是次極整流濾波電路，L2和C4組成低通濾波以降低輸出紋波電壓。R2和R3是輸出取樣電阻，兩者對輸出的分壓通過TL431的REF端來控制該器件從陰極到陽極的分流。這個電流又是直接驅(qū)動光耦U2的發(fā)光部分的。那么當輸出電壓有變大趨勢時，Vref隨之增大導致流過TL431的電流增大，于是光耦發(fā)光加強，感光端得到的反饋電壓也就越大。U1在接受這個變大反饋電壓后將改變MOSFET的開關(guān)時間，輸出電壓隨改變而回落。事實上，上面講述的過程在極短的時間內(nèi)就會達到平衡，平衡時Vref=2.5V，又有R2=R3，所以輸出為穩(wěn)定的5V。這里要注意的是，不再能通過簡單地改變?nèi)与娮鑂2、R3的值來改變輸出電壓，因為在開關(guān)電源中每個元件的參數(shù)對整個電路工作狀態(tài)的影響都會很大。按圖中所示參數(shù)時，電路可在90VAC～264VAC（50/60Hz）輸入范圍內(nèi)，輸出+5V，精度優(yōu)于±3%，輸出功率為4W，最大輸出電流可達0.8A，典型變換效率為70%。 TL431就是NPN管

TL431是目前應(yīng)用極廣泛的器件。它的各項指標均很出色。
對于高手來說，TL431屬于很簡單的器件。但很多初學者仍一再的表示“不太明白”。
當筆者“終于明白之后”，才發(fā)現(xiàn)“TL431其實并不復雜”。
“專家、學者及高手們”對TL431的介紹，幾乎是相同的。也幾乎都是“復雜的”。
其實，TL431就是NPN管。
它的“R、K、A”分別對應(yīng)NPN管的“b、c、e”。
它的各項參數(shù)如下：
β：1000－10000。
Vc：2.5V－36V。放大區(qū)工作點范圍，同時也是極限值。
Ic：1mA－100mA。同上。
Pcm：500mW。極限值。
Vbe：2.5V。極其敏感！高則飽合，低則截止。
Ib：＜4μA。輸入阻抗極高。
溫度穩(wěn)定性極好。
可以放大音頻信號。
輸入特性曲線在2.5V處，直角轉(zhuǎn)彎。轉(zhuǎn)彎范圍約10mV。
輸出特性曲線極其水平。輸出阻抗極大。
目前僅推薦使用放大區(qū)。截止區(qū)與飽合區(qū)因無人研究，情況不明。
目前僅推薦使用“共射極方式”。“射極跟隨器方式”筆者個人認為可行。“共基極方式”因無人研究，情況亦不明。
因輸入特性幾乎垂直，故進入放大區(qū)的唯一方法是采用“電壓負反饋”法。
綜上所述：TL431與NPN管在“共射極電壓負反饋”方式下，是沒有本質(zhì)區(qū)別的。只是TL431的參數(shù)指標接近完美而已。
還可以更加通俗的理解TL431，那就是，它相當于4只NPN三極管“基射相聯(lián)”組成的復合管。只是沒“溫漂”了。
說到這，就想給各位專家學者們提個建議了：直接以NPN管圖標代替TL431圖標。不僅不矛盾，反而還有助于提高對TL431的理解。如果一定要區(qū)分二者，也可以在NPN管的基極“根部”加一個小方塊，來代表TL431。
筆者個人認為TL431目前的圖標，是“難以理解的、缺點明顯的”。
如果對三極管“十分熟悉”，那么現(xiàn)在就應(yīng)當對TL431也“相當熟悉”了。
所有資料上介紹的TL431應(yīng)用電路，其實都與NPN管的使用方法是相同的。
所以，不用再懷疑了。
TL431就是NPN管。