Индикаторы и сигнализаторы на микросхеме TL431 (К142ЕН19)

Интегральный стабилизатор TL431 и его российский аналог К142ЕН19, является регулируемым стабилитроном, и применяется в основном в блоках питания. Но возможности микросхемы этим не ограничиваются.

На рис. 1 показана функциональная схема TL431.

Регулируемый стабилитрон на микросхеме TL431 может найти применение в схемах простых и полезных световых индикаторах и сигнализаторах. С помощью подобных устройств на микросхеме TL431 можно отслеживать много различных параметров, например: уровень воды в емкости, температуру и влажность, освещённость и др.

Схема сигнализатора превышения напряжения на микросхеме TL431 представлена на рис. 2.

Работа сигнализатора превышения напряжения основана на том, что при напряжении на управляющем электроде стабилитрона DA1 (вывод 1) менее 2,5 В стабилитрон закрыт, через него протекает лишь небольшой ток, порядка 0,3 – 0,4 мА. Этого тока достаточно только для очень слабого свечения светодиода HL1. Для устранения этого недостатка, при необходимости, параллельно светодиоду подключить резистор сопротивлением порядка 2—3 кОм.

Напряжение на управляющем электроде, при котором загорается светодиод HL1, задается делителем R1, R2.

При достижении напряжения на выводе 1 микросхемы TL431 более 2,5 В, стабилитрон откроется и засветится светодиод HL1. Необходимое ограничение тока через светодиод HL1 и стабилитрон DA1 обеспечивает резистор R3. Сопротивление резистора R3 рассчитывается на прямой ток через светодиод в пределах 5 – 15 мА.

Для более точной настройки порога срабатывания устройства, вместо резистора R2 установить подстроечный, номиналом в полтора раза больше, расчётного. По окончании настойки, его можно заменить постоянным резистором.

Если требуется контролировать несколько уровней напряжения, например напряжение автомобильного аккумулятора, или других источников, напряжением от 4 до 36 В (36 В – предельное напряжение). В этом случае потребуются два, три или более таких сигнализаторов, каждый из которых настроен на свое напряжение. Таким способом можно создать целую линейку индикаторов линейной шкалы.

Индикатор пониженного напряжения на микросхеме TL431 показан на рис. 3.

Отличие схемы на рис. 3 от предыдущей на рис. 2, только в способе подключения светодиода HL1. Такое включение называется инверсным, т. к. светодиод зажигается в том случае, когда микросхема закрыта. Если контролируемое напряжение превышает порог, установленный делителем R1 R2, микросхема открыта, и ток протекает через резистор R3 и выводы 3-2 (катод-анод) микросхемы.

На открытом переходе 3-2 микросхемы присутствует падение напряжения порядка 2 В, которого не достаточно для зажигания светодиода. Чтобы светодиод гарантированно не зажегся, последовательно с ним установлены два диода VD1, VD2. Если напряжение зажигания светодиодов превышает 2,2 В, то установка этих диодов может не понадобиться, а вместо диодов VD1, VD2 устанавливаются перемычки.

Когда контролируемое напряжение станет меньше установленного делителем R1, R2, микросхема закроется, напряжение на ее выходе будет намного больше 2 В, светодиод HL1 будет светиться.

Объединив схемы на рис. 2 и рис. 3 можно настроить индикацию предельных режимов работы любых аккумуляторов напряжением 6, 12 или 24 вольта, или других источников постоянного напряжения.

Если требуется контролировать только изменение напряжения индикатор можно собрать по схеме, представленной на рис. 4.

В этом схеме индикатора применен двухцветный светодиод HL1. Если контролируемое напряжение, заданное резистором R2 превышает пороговое значение - светится красный светодиод, а если напряжение понижено, то горит зеленый.

Когда контролируемое напряжение находится вблизи заданного порога (примерно ±0,05 - 0,1 В) погашены оба индикатора, так как передаточная характеристика стабилитрона имеет определенную крутизну.

На микросхеме TL431 возможно создать устройства, следящие за изменением какой-либо физической величины.

Для этого резистор R2 можно заменить датчиком, изменяющим сопротивление под действием окружающей среды. Подобное устройство показано на рис. 5.

Условно на одной схеме показано сразу несколько датчиков. Если подключить фототранзистор, то получится фотореле. Пока освещенность большая, фототранзистор открыт, и его сопротивление невелико. Поэтому напряжение на управляющем выводе DA1 меньше порогового, вследствие этого светодиод не светит. Настройка порога срабатывания устройства производится в этом случае резистором R1, а конденсатор С1, совместно с резистором R3, служит фильтром для защиты от наводок на провода, соединяющие датчик с остальной схемой.

По мере снижения освещенности сопротивление фототранзистора увеличивается, что приводит к возрастанию напряжения на управляющем выводе DA1. Когда это напряжение превысит пороговое (2,5 В), стабилитрон открывается и зажигается светодиод.

Если вместо фототранзистора к входу устройства подключить терморезистор, например серии ММТ, получится индикатор температуры: при понижении температуры светодиод будет загораться.

Эту же схему можно применить в качестве датчика влажности, например, земли. Для этого вместо терморезистора или фототранзистора следует подключить электроды из нержавеющей стали, которые на некотором расстоянии друг от друга воткнуть в землю. При высыхании земли до уровня, определенного при настройке, светодиод зажжется.

Если в схеме на рис. 5 вместо цепочки со светодиодом HL1 и резистором R3 включить реле, то его контактами можно управлять мощными нагрузками, например: лампы уличного освещения, электронасосы и т.д.

На микросхеме TL431 возможно собрать и звуковой индикатор. Схема такого индикатора представлена на рис. 6.

Для контроля уровня жидкости, например, воды в ванне, к схеме подключается датчик из двух нержавеющих пластин, которые расположены на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга.

Когда вода достигнет датчика, его сопротивление уменьшается, а микросхема через резисторы R1 R2 входит в линейный режим. Поэтому возникает автогенерация на резонансной частоте пьезокерамического излучателя НА1, на которой и зазвучит звуковой сигнал.

В качестве излучателя можно применить излучатель с тремя выводами типа ЗП-З, или другой из дешёвых телефонных аппаратов китайского производства. Питание устройства производится от напряжения 5 - 12 В. Это позволяет питать его даже от гальванических батарей, что делает возможным использование его в разных местах, в том числе и в ванной.

Примечание:

При замене микросхемы TL431 на К142ЕН19 питающее напряжение не должно быть больше 30 вольт.

Источник:

Никулин С.А., Повный А.В

Энциклопедия начинающего радиолюбителя.

СПб.: Наука и Техника, 2011. – 384с.