深入解析 onsemi TL431A, B 系列可编程精密电压基准源

在电子设计领域，电压基准源是许多电路的核心组件，它为整个系统提供稳定、精确的参考电压。onsemi 的 TL431A, B 系列、NCV431A, B 系列以及 SCV431A 可编程精密电压基准源，凭借其出色的性能和广泛的应用场景，成为了工程师们的热门选择。今天，我们就来深入了解一下这款产品。

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一、产品概述

TL431A, B 系列集成电路是三端可编程并联稳压器二极管。这些单片式 IC 电压基准源就像一个低温系数的齐纳二极管，通过两个外部电阻，可以将输出电压从 (V_{ref}) 编程到 36V。其工作电流范围宽，为 1.0 mA 至 100 mA，典型动态阻抗仅为 0.22Ω。这种特性使得它在许多应用中都能出色地替代齐纳二极管，比如数字电压表、电源和运算放大器电路等。而且，它的 2.5V 基准电压方便从 5.0V 逻辑电源中获得稳定的参考电压，同时由于它作为并联稳压器工作，既可以用作正电压基准，也可以用作负电压基准。

二、产品特性

2.1 可编程输出电压

能够将输出电压编程到 36V，这为电路设计提供了极大的灵活性。工程师可以根据具体的应用需求，精确地调整输出电压，满足不同的设计要求。

2.2 高精度电压基准

在 25°C 时，TL431B 的电压基准公差典型值为 ±0.4%，这意味着它能够提供非常精确的参考电压，确保电路的稳定性和准确性。

2.3 低动态输出阻抗

典型动态阻抗为 0.22Ω，这使得它在面对负载变化时，能够快速响应并保持输出电压的稳定，减少电压波动对电路的影响。

2.4 宽电流范围

具有 1.0 mA 至 100 mA 的灌电流能力，能够适应不同的负载电流需求，无论是小功率还是大功率的应用场景都能胜任。

2.5 温度补偿

在整个额定工作温度范围内进行了温度补偿，典型的等效全范围温度系数为 50 ppm/°C，这使得它在不同的环境温度下都能保持稳定的性能。

2.6 低输出噪声电压

低噪声的特性使得它在对噪声敏感的应用中表现出色，比如音频电路、高精度测量电路等。

2.7 汽车级应用

NCV/SCV 前缀适用于汽车和其他需要独特现场和控制变更要求的应用，并且经过 AEC - Q100 认证和具备 PPAP 能力，确保了产品在汽车等恶劣环境下的可靠性。

2.8 环保设计

这些器件无铅、无卤/无溴化阻燃剂，并且符合 RoHS 标准，符合现代环保要求。

三、电气特性

3.1 参考输入电压

在不同的温度和工作条件下，参考输入电压会有所变化。例如，在 (V{KA}=V{ref})，(I{K}=10 mA)，(T{A}=25°C) 的条件下，参考输入电压的典型值为 2.495V。同时，在不同的温度范围内，参考输入电压的偏差也有相应的规定，这需要工程师在设计时充分考虑温度对电压的影响。

3.2 参考输入电压偏差

参考输入电压在温度范围内的偏差是衡量其稳定性的重要指标。通过设计保证，偏差参数 (Delta V{ref}) 被定义为在整个工作环境温度范围内获得的最大值和最小值之间的差值。平均温度系数 (alpha V{ref}) 可以根据公式 (alpha V{ref}=frac{Delta V{ref}×10^{6}}{Delta T{A}(V{ref}@25°C)}) 计算得出，它可以是正的也可以是负的，具体取决于 (V_{ref}) 的最小值或最大值在较低环境温度下的出现情况。

3.3 参考输入电流

参考输入电流也会随着温度和工作条件的变化而变化。在 (I{K}=10 mA)，(R{1}=10 k)，(R_{2}=∞) 的条件下，参考输入电流在不同温度下有相应的范围。了解参考输入电流的特性，有助于工程师合理设计电路，确保其正常工作。

3.4 动态阻抗

动态阻抗 (Z{KA}) 定义为 (|Z{KA}|=frac{Delta V{KA}}{Delta I{K}})。当使用两个外部电阻 R1 和 R2 对器件进行编程时，电路的总动态阻抗定义为 (|Z{KA}'| approx |Z{KA}|(1+frac{R1}{R2}))。动态阻抗的大小直接影响着电路对负载变化的响应能力，工程师需要根据具体的应用需求来选择合适的电阻值。

四、典型应用

4.1 并联稳压器

这是最常见的应用之一，通过外部电阻编程，可以实现稳定的输出电压。公式 (V{out}=(1+frac{R1}{R2})V{ref}) 可以用来计算输出电压，(V{out(min)}=V{ref}) 则给出了最小输出电压。

4.2 高电流并联稳压器

在需要大电流输出的场合，可以使用高电流并联稳压器。通过合理选择外部元件，可以满足高功率负载的需求。

4.3 三端固定稳压器的输出控制

可以对三端固定稳压器的输出进行精确控制，提高输出电压的稳定性和灵活性。

4.4 串联调整稳压器

在串联调整稳压器中，TL431A, B 系列可以作为参考电压源，为电路提供稳定的基准电压，确保输出电压的稳定。

4.5 恒流源和恒流阱

可以实现恒流源和恒流阱的功能，为电路提供稳定的电流输出。

4.6 电压监控器

用于监控电压是否在设定的上下限范围内，当电压超出范围时，可以通过 LED 指示灯进行提示。

4.7 单电源比较器

作为单电源比较器，具有温度补偿的阈值，适用于对温度敏感的应用场景。

4.8 线性欧姆表

可以用于线性欧姆表的设计，通过测量电压和电流的关系来计算电阻值。

4.9 简单的 400 mW 唱机放大器

在音频电路中，TL431A, B 系列可以作为参考电压源，为唱机放大器提供稳定的电压，确保音频信号的质量。

4.10 高效降压开关转换器

在开关转换器中，它可以提高转换效率，减少能量损耗。通过测试数据可以看到，在不同的输入电压和负载电流下，转换器具有良好的线性调整率、负载调整率和输出纹波性能，效率也较高。

五、应用信息

在实际应用中，保持器件在各种工作电流和负载电容下的稳定性至关重要。电路设计师可以根据图 15 提供的稳定性边界条件曲线来估算稳定电容，但这些典型曲线仅提供了特定阴极电压和特定负载条件下的稳定性信息。为了确定优化相位裕度或允许工艺变化所需的电容，还需要更多的信息。

通过对 TL431 的简化模型分析，可以了解电路的极点和零点位置，以及直流电压增益。例如，(P1=frac{1}{2pi R{GM}C{P1}})，(P2=frac{1}{2pi R{P2}C{P2}})，(Z1=frac{1}{2pi R{Z1}C{P1}}) 分别表示电路的极点和零点，而 (G = G{M}R{GM}G_{R}) 则表示直流电压增益。通过这些参数的计算和分析，工程师可以更好地设计电路，确保其稳定性和性能。

六、订购信息

产品提供了多种封装形式和不同的工作温度范围可供选择，同时还有不同的公差等级。工程师可以根据具体的应用需求，选择合适的器件型号、封装形式和公差等级。在订购时，还需要注意胶带和卷轴规格等相关信息，可以参考《Tape and Reel Packaging Specifications Brochure, BRD8011/D》。

七、机械尺寸

文档中详细给出了 TO - 92、PDIP - 8、SOIC - 8 和 Micro8 等不同封装形式的机械尺寸和标记信息。这些信息对于 PCB 设计非常重要，工程师需要根据封装尺寸来合理布局电路板，确保器件的安装和连接。

总的来说，onsemi 的 TL431A, B 系列可编程精密电压基准源是一款性能出色、应用广泛的产品。在实际设计中，工程师需要充分了解其特性和应用信息，根据具体的需求选择合适的器件和设计方案，以确保电路的稳定性和性能。大家在使用过程中遇到过哪些问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。