Стабилизатор на постоянно напрежение с TL431

    В цялата серия мои статии на тема "Радиоприемници върху шаси от ВЕФ", "УКВ блокове" и други ми се налагаше да използвам маломощни стабилизатори на напрежение около +5V. Част от тях, реализирани с транзистори или интегрални стабилизатори вече публикувах. Но в една от последните си непубликувани конструкции, също на тема "FM-АМ радиоприемник върху шаси на ВЕФ", използвах възможностите на източника на справочно напрежение (Reference Voltage) TL431. Тази интегрална схема ме примами както с възможността за регулиране на напрежението, така и с точността, която гарантираха различните й производители. Все пак до голяма степен точността зависи от всички елементи участващи в схемата на стабилизатор с TL431. По-голяма точност може да се постигне с точност на резисторите в делителя 1%. За моите любителски конструкции нямаше никакво значение дали стабилизираното напрежение е примерно 4,93V или 5,06V поради което реализирах стабилизаторите с най-разпространените елементи с точност 10%.

    Целта на настоящата статия е да покаже свързването на регулируемия стабилизатор TL431 в транзисторна схема на стабилизатор на напрежение с по-голям изходен ток. Най-разпространената схема от този вид е с един транзистор:

    Тази принципна схема е елементарна, но работи безупречно. Тя представя възможностите на интегралния стабилизатор за регулиране на изходното напрежение и свързването на изхода му с един транзистор. Интересен е делителя на изхода, реализиран с Р1 и R2. Чрез този делител част от изходното напрежение се подава на входа за регулиране, сравнява се с опорното напрежение 2,495V, а чрез промяна на стойността на P1 се променя изходното напрежение. Със следващата формула се изяснява зависимостта на изходното напрежение от коефициента на делене на делителя P1/R2:

    Vout = (1 + P1 / R2).Vref, където  Vref = 2,495V.

    За да работи стабилизатора стабилно и осигурява на изхода желания ток би следвало разликата да е Ui - Uout > (5-6)V. Максималният изходен ток се определя от статичния коефициент на усилване на транзистора, неговия максимално допустим колекторен ток и тока през D1 (TL431). Изходното стабилизирано напрежение на показания маломощен стабилизатор се определя от стойностите на P1 и R2, съответно потенциометър и резистор 1 kΩ. При нулева стойност на Р1 на изхода напрежението е равно на Vref (2,5V), при стойност 1 kΩ тя е 5V, a при 10 kΩ изходното напрежение е 27,5V. Разбира се - при подходящо входно напрежение.

    Изходният ток може да бъде увеличен, ако транзистора се замени с по-мощен, като условията, казани по-горе са в сила. Аз съм тествал схемата с Дарлингтон транзистор и с подходящ радиатор изходния ток достига 0,8-1,0А. Дарлингтон транзисторът може да се замени с подходящи биполярни транзистори или комбинация от биполярен и мощен Дарлингтон транзистор:

    Колкото е по-голям статичния коефициент на усилване на транзисторите, толкова е по-голям коефициента на стабилизация и полезния изходен ток на схемата. Например с комбинацията транзистори BC547A и TIP41C, като последния е монтиран на подходящ радиатор за отвеждане на излишната топлина, максималния ток е 3А при който все още се запазва стабилно изходно напрежение. Транзисторът TIP41C е Дарлигтон тип и е необходимо да бъде поставен на подходящ радиатор с площ по-голяма от 100 см2. Тази схема на стабилизатор няма защита, така че трябва да се внимава за късо съединение на изхода. Максималният ток на изхода се определя от допустимата разсейвана мощност (с радиатор) и изходното напрежение, а според техническите характеристики колекторния ток може да достигне до 6A. Въпреки това аз не препоръчвам подобен риск, тъй като схемата няма защита. Практическият тест показа, че максималния ток е около 3А, в противен случай транзисторът прегрява. За съжаление нямах радиатор с по-голяма площ за да пробвам стабилизатора при по-голям ток (максимално допустимата мощност на транзистора е 65W).

    Експериментът съм направил на универсална платка:

Архив [zip,spl7,gif][43kb]

Използвани материали:

1. TL431 [zip,pdf][2,6mb]

Валери Терзиев
27 януари 2017 година