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选用TL431基准的压控振荡器

TL431为三端可编程并联稳压二极管,其电压基准如同低温度系数的齐纳管一样运行,通过两个外部电阻就可从2.5V编程到36V。同时,该器件显示出宽工作电流范围,在典型阻抗0.22Ω时为1.0mA~100

  TL431为三端可编程并联稳压二极管,其电压基准好像低温度系数的齐纳管相同运转,经过两个外部电阻就可从2.5V编程到36V。一起,该器材显现出宽作业电流规模,在典型阻抗0.22Ω时为1.0mA~100mA。这些基准的特性使它们能在数字电压表电源和运放电路等许多需求精细电压基准的运用中替代齐纳二极管。现在,该器材被广泛运用于各种开关电源

  在电源电压输入和电容负载等特定条件下,TL431会显现出不稳定性,引发10kHz~1.5MHz的继续振动(频率巨细取决于对输入电压的操控)。其间一部分原因是,在上述条件下存在负阻区。在本规划实例中,不稳定性既不是由内部南北极引起的,也不是由与负载电阻串联的外部电容器的第三极引起的。增设了单晶体管输出级供给缓冲,使整个规模内发生TTL输出电平(图1)。

  

  压控振动器的运转

  要想了解振动器的运转原理,需从两个方面来考量电路:榜首是TL431电压基准的底层操作。如图2所示的振动器等效电路。电流I1(见图3)是压敏恒流,其巨细约为(VCTRL-VKA)/R(VKA为齐纳电压)。假定开端的时分电容器不带电(此刻VKA=0V),然后由来自I1处的电流为电容器逐步充电,直到使电压到达TL431的均衡值,即:VKA=2.49V。只需充电电流存在,电容器就会继续充电。图2中对电路的瞬态模仿显现了电容器电压仅需超越VKA均衡值若干微伏,以发动均衡康复反应,详细细节如下:

  

  由于Q1的基极直连电容器,因而VKA值的添加会使Q1的发射极电压(也便是Q11的基极电压)值变大,迫使Q11进行更多动作。晶体管Q9和电阻 R8构成Q11的集电极负载。Q11中不断添加的集电极电流会使Q9的集电极电压下降。Q9和Q10同为电流镜的组成部分,因而它们的集电极电流和Q11 的相同,但Q10的动态集电极负载由Q6构成,其经过R5从第二电流镜(由晶体管Q2、Q4和Q12构成)处取得基极电流。由于该电流镜的装备,Q1射极电压的开端添加相同促进VBE升高。这就使Q6的集电极电流添加,从而增强Q10不断添加的集电极电流。因而,发生的全体影响是其集电极电压值升高,该电压也便是达灵顿对(Darlingtonpair)Q7和Q8中榜首晶体管的基极电压,迫使Q8进行更多动作,导致其集电极-发射极电压(VCE,实践上便是VKA)骤降。在这一特别运用中,衔接至电容器的基准终端(R)运用硬线衔接至阴极端子(K)。因而,迄今为止,当电容器电压超越均衡值时,器材可促进阴极-阳极电压敏捷下降,以康复至均衡值。

  

  图 3以结构示意图的办法显现了当TL431器材的内部均衡值遭到搅扰后,继续振动是怎么开端和增强的。电容器中的电流为小恒流,源于供给电流I1。在图1 中,该充电电流为I3。当电容器的值超越VREF的均衡值时,电流I2快速活动并有用地吸收电容器中贮存的充电电流。I2存在的时刻较时刻短,但却足以使电容器电压再次下降至均衡值。接下来,I1会再次为电容器充电,在这一周期中会坚持稳态振动。由于电容器的放电时刻极为时刻短,经过以下核算公式可以得知放电期间的电流要远大于源电流I1:I=ΔQ/Δt(其间ΔQ是充电阶段电容器所取得的充电电流)。  充电与放电时刻预算

  由于充电和放电电流为已知量,可得出充电期间取得的电荷及流入TL431输出极的电荷的近似表达式。在稳态振动(相似于两步斗链式器材的进程)期间,这两个表达式是持平的。也便是说,充电期间取得的电荷与放电期间损耗的电荷持平。在图1中,

  

  TL431中IBIAS的值高出VCTRL约260μA。依据榜首性原理,可得出下列微分方程式:

  

  电阻Rs为衔接至操控电压的串联电阻。在稳态振动期间,对含VC(从低阈值到高阈值)的微分方程进行求解,可得出充电时刻:

  

  放电时刻的预算要略微杂乱一些,由于放电是经过动态电阻来完成的。在放电期间,所取得的电荷经过有用电阻开释,而有用电阻的预算办法见后。仿真与试验成果显现,在稳态振动期间,VKA的值不会低于1.60V或超越2.74V。细心检查TL431数据表,图1展现了比如二极管等器材的动态电阻是怎么改变的。

  该特性为相似二极管的正向偏压特性,可依据其功用得出近似值

  

  和正常的结式二极管不同的是,由于TL431坐落带隙基准源邻近,其电流没有显着的温度系数。动态电阻核算办法如下:

  

  依据数据表特征的线性拟合办法可得出R0≈135.9kΩ,α≈2.304V/kΩ。因而,在振动区域,电阻值会在1.7kΩ~246Ω这一规模内改变。在电容性放电的状况下,这就意味着,当操控电压值增大时,放电速度就会更快,由于有用放电通路的电阻值较低。因而,估计放电时刻将缩短,即:频率会跟着操控电压值的增大而增大。事实上,这一点是经过实践运用的振动器调查得出。仿真成果显现,放电会触及源自电容器的大电流,因而,放电时刻一般极短,可以忽略不计。

  输出电流可直接从电容器中获取,因而在这种状况下有必要选用外部缓冲避免电容器的加载。运用不同的模型对图1所示电路进行仿真,会发现一切模型都出现共同的振动。在实践试验中,运用了不同出产商出产的平等设备,对TL431A、TL431B、KA431和LM431都进行了试验,成果显现:虽然这些器材均发生振动,但振动开端时的电压输入和频率振动的规模各有所异。此外,这些器材的基准电压在2.43V~2.53V这一规模内改变。

  据调查,图1中OSC点振动器的输出电压值随操控输入电压V1的改变而改变,V1值变大时,该输出电压也变大。在运用实践电路中电流的状况下,频率输出和操控电压输入呈正比,但在运用特定电流的状况下,测量值会出现出和特定操控电压(区域1)相同的改变,振动的频率随操控电压的增大而下降(区域2)。关于线性区域1,表1给出了元件值及不同测验器材的频率规模和操控输入电压值。

  

  虽然在TL431数据表中写明其可吸收高达100mA的电流,但是在这些试验中,操控电压值仍被限定在12V左右,以保证可以将阴极电流约束在10mA。此外,仅LM431出现了区域2的状况,即:频率跟着操控电压值的变大而下降。当操控输入值坐落5.20V~7.04V之间且相应的频率值处于 433kHz~602kHz这一规模时,上述现象才会发生。此刻,C1的值为100nF。依据数据表1,当%&&&&&%值处于10nF~100nF这一规模内时 (与该表中的规模相同),不稳定的现象会发生(图3、图4)。

  

  该振动器可运用于超低本钱的试验室TTL脉冲发生器和适用于中波波段的低频锁相环压控振动器。该设备已成功运用于二极环混频电路,使AM波段可运用软件无线电技能。

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