TL431是一個(gè)三端可調(diào)分流并聯(lián)穩(wěn)壓器，提供良好的溫度穩(wěn)定性。典型的動(dòng)態(tài)輸出阻抗為0.2Ω，陰極電流調(diào)節(jié)范圍為1-100mA，可以實(shí)現(xiàn)2.5V-36V可調(diào)的穩(wěn)壓值。可用作并聯(lián)穩(wěn)壓器，串聯(lián)穩(wěn)壓器、開關(guān)調(diào)整控制電路、參考電壓等，應(yīng)用廣泛。

盡管如此，但我發(fā)現(xiàn)一些對(duì)于TL431的講解并不能讓人一目了然，在應(yīng)用的過程中還是會(huì)有很多疑惑，因此秉著分享經(jīng)驗(yàn)、記錄學(xué)習(xí)的目的和大家討論一下TL431的工作原理和用法。

一、簡(jiǎn)單描述

1.符號(hào)和封裝

圖1.符號(hào) 圖2.封裝形式

431系列基準(zhǔn)穩(wěn)壓源的符號(hào)多如圖1所示，看起來(lái)像穩(wěn)壓二極管，但別穩(wěn)壓二極管的符號(hào)多了一個(gè)參考端R。

根據(jù)不同的生產(chǎn)廠商有不同的封裝形式，具體可參考各個(gè)廠商TL431數(shù)據(jù)手冊(cè)。

2.功能框圖

圖3.功能框圖

如圖3所示，為TL431的內(nèi)部功能框圖，但并不是其真正的內(nèi)部構(gòu)造，只是用來(lái)簡(jiǎn)單輔助說明一下原理。假設(shè)電源正極連接陰極K端，電源負(fù)極連接陽(yáng)極A端。當(dāng)參考端R端電壓>2.5V時(shí)，運(yùn)放輸出低電平“1”，三極管基極電壓為高，則三極管集電結(jié)和發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，相當(dāng)于陰極和陽(yáng)極導(dǎo)通，會(huì)拉低K端電壓，則需要在電源正極和陰極之間接一個(gè)限流電阻；當(dāng)參考端R端電壓<2.5V時(shí)，運(yùn)放輸出低電平“0”，三極管基極電壓為低，則三極管集電結(jié)和發(fā)射結(jié)均反偏，三極管截止，并聯(lián)二極管也截止，此時(shí)VKA=電源電壓。

疑問：這里注意當(dāng)R端電壓>2.5V電壓時(shí)，運(yùn)放輸出為高電平，那此時(shí)三極管處于放大狀態(tài)還是飽和狀態(tài)呢？

后面測(cè)試說明三極管處在飽和區(qū)。

圖3(a).三極管導(dǎo)通時(shí) 圖3(b).三極管截止時(shí)

二、測(cè)試電路

1.門限輸出電壓測(cè)試

圖4.電壓測(cè)試電路圖

如圖4所示，在TL431的參考端接一可調(diào)電壓源，在電源輸入端和K端之間接一限流電阻和LED燈，在輸出端接一萬(wàn)用表檢測(cè)輸出電壓VKA大小。

測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)R端電壓源電壓低于2.5V時(shí)，LED燈不亮，且輸出電壓VKA較大，為17.36V左右，說明VREF<2.5V時(shí)，TL431是截止的；當(dāng)R端電壓源電壓高于2.5V時(shí)，LED燈亮，且輸出電壓VKA較小，為1.9V左右，說明VREF>2.5V時(shí)，TL431是導(dǎo)通的，K端電壓被拉低，LED燈導(dǎo)通發(fā)光。并且隨著VREF（2.5-2.7V）的升高，VKA是降低的，但降低不明顯（1.945-1.8V變化），說明當(dāng)VREF升高時(shí)，圖3(a)中三極管基極電流IB增大，則集電極電流IC增大了一點(diǎn)點(diǎn)，使得限流電阻上分壓也增大了一點(diǎn)點(diǎn)，則VKA的電壓被拉低了一點(diǎn)點(diǎn)，三極管處于飽和或臨界飽和狀態(tài)。

2.2.5V穩(wěn)壓電路測(cè)試

圖5.2.5V穩(wěn)壓電路測(cè)試圖

（1）測(cè)試電路

如圖5所示，在輸入端接一可調(diào)電壓源Vin，限流電阻R為2.7K，將TL431的K端與R端接在一起，在輸出端接數(shù)顯萬(wàn)用表測(cè)試VKA。

注：由于431只有拉低電壓的能力，沒有升壓能力，要做到穩(wěn)壓，電壓源Vin必須要>2.5V，這里Vin初始值為20V。

（2）電路分析

起初當(dāng)VKA>2.5V時(shí)，431導(dǎo)通，K端和A端短接，K端電壓被拉低到VKA<2.5V，則431立馬截止，K端和A端斷開，K端電壓又升高到>2.5V，431再次導(dǎo)通，如此循環(huán)往復(fù)，由于導(dǎo)通截止是一個(gè)較快的過程，使得VKA最終穩(wěn)定在2.5V。

（3）測(cè)試結(jié)果

Vin為20V時(shí)，輸出電壓VKA=2.51V，降低或增大Vin，VKA均不變，達(dá)到了穩(wěn)壓效果。

注：Vin的大小需使得IKA在1-100mA之間，即1mA<(Vin-2.5)/R<100mA，保證調(diào)節(jié)Vin使得5.7V<Vin<272.5V即可。

3.可調(diào)穩(wěn)壓電路測(cè)試

圖6.可調(diào)穩(wěn)壓電路測(cè)試圖

（1）測(cè)試電路

如圖6所示，在輸入端接一可調(diào)電壓源Vin（初始設(shè)置為20V），限流電阻R為2.7K，R1為10K電阻，R2為10K可調(diào)變阻器，在輸出端接數(shù)顯萬(wàn)用表測(cè)試VKA。

（2）電路分析

上電后，TL431還未導(dǎo)通之前，IREF=0，根據(jù)串聯(lián)分壓原理，VREF=VIN/(R+R1+R2)*R2=8.81V,則VREF>2.5V，TL431導(dǎo)通，則VKA被拉低。VKA被拉低后，導(dǎo)致R1、R2上分壓降低，則VREF降低，當(dāng)VREF降低到<2.5V后，TL431截止，VKA電壓又上升，R1、R2上分壓增大，VREF電壓又回升，當(dāng)VREF電壓回升到>2.5V后，TL431又導(dǎo)通，VKA又被拉低，如此循環(huán)往復(fù)。因此參考端的電壓始終動(dòng)態(tài)穩(wěn)壓在2.5V。

那么如何分析輸出端VKA的電壓呢？

根據(jù)之前的功能框圖，431參考端R端接在運(yùn)放的同相輸入端，理想情況下，當(dāng)運(yùn)放的輸入阻抗在兆歐以上，可以根據(jù)“虛斷”原則認(rèn)為運(yùn)放的輸入端無(wú)電流，即IREF=0，且VREF=2.5V，因此

查看手冊(cè)可知，Iref最大為4uA，實(shí)際VKA便多了一項(xiàng)Iref*R1，mV級(jí)別（4uA*10KΩ=40mV）的電壓。

（3）測(cè)試結(jié)果

當(dāng)R1=10K，R2=10K時(shí)，輸出電壓VKA=5.094V，調(diào)節(jié)電源電壓Vin的值，輸出穩(wěn)壓值保持不變，始終為5.094V。

調(diào)節(jié)R2，減小R2的阻值，VKA增大，且調(diào)節(jié)電源電壓Vin的值，輸出穩(wěn)壓值保持不變，符合上述分析。

總結(jié)

基于上述三個(gè)測(cè)試電路分析了TL431的工作原理，TL431可實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制、2.5V-36V穩(wěn)壓輸出，實(shí)驗(yàn)者可自行測(cè)試。其實(shí)在實(shí)際使用中，431系列基準(zhǔn)穩(wěn)壓源的工作原理基本一致，比如LTL431，可作為TL431的替代，在之后的博客中，會(huì)分享431基準(zhǔn)穩(wěn)壓源在開關(guān)電源電路中的應(yīng)用。