TL431是一個三端可調分流并聯穩(wěn)壓器，提供良好的溫度穩(wěn)定性。典型的動態(tài)輸出阻抗為0.2Ω，陰極電流調節(jié)范圍為1-100mA，可以實現2.5V-36V可調的穩(wěn)壓值。可用作并聯穩(wěn)壓器，串聯穩(wěn)壓器、開關調整控制電路、參考電壓等，應用廣泛。

盡管如此，但我發(fā)現一些對于TL431的講解并不能讓人一目了然，在應用的過程中還是會有很多疑惑，因此秉著分享經驗、記錄學習的目的和大家討論一下TL431的工作原理和用法。

一、簡單描述

1.符號和封裝

圖1.符號 圖2.封裝形式

431系列基準穩(wěn)壓源的符號多如圖1所示，看起來像穩(wěn)壓二極管，但別穩(wěn)壓二極管的符號多了一個參考端R。

根據不同的生產廠商有不同的封裝形式，具體可參考各個廠商TL431數據手冊。

2.功能框圖

圖3.功能框圖

如圖3所示，為TL431的內部功能框圖，但并不是其真正的內部構造，只是用來簡單輔助說明一下原理。假設電源正極連接陰極K端，電源負極連接陽極A端。當參考端R端電壓>2.5V時，運放輸出低電平“1”，三極管基極電壓為高，則三極管集電結和發(fā)射結導通，相當于陰極和陽極導通，會拉低K端電壓，則需要在電源正極和陰極之間接一個限流電阻；當參考端R端電壓<2.5V時，運放輸出低電平“0”，三極管基極電壓為低，則三極管集電結和發(fā)射結均反偏，三極管截止，并聯二極管也截止，此時VKA=電源電壓。

疑問：這里注意當R端電壓>2.5V電壓時，運放輸出為高電平，那此時三極管處于放大狀態(tài)還是飽和狀態(tài)呢？

后面測試說明三極管處在飽和區(qū)。

圖3(a).三極管導通時 圖3(b).三極管截止時

二、測試電路

1.門限輸出電壓測試

圖4.電壓測試電路圖

如圖4所示，在TL431的參考端接一可調電壓源，在電源輸入端和K端之間接一限流電阻和LED燈，在輸出端接一萬用表檢測輸出電壓VKA大小。

測試結果表明，當R端電壓源電壓低于2.5V時，LED燈不亮，且輸出電壓VKA較大，為17.36V左右，說明VREF<2.5V時，TL431是截止的；當R端電壓源電壓高于2.5V時，LED燈亮，且輸出電壓VKA較小，為1.9V左右，說明VREF>2.5V時，TL431是導通的，K端電壓被拉低，LED燈導通發(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VREF升高時，圖3(a)中三極管基極電流IB增大，則集電極電流IC增大了一點點，使得限流電阻上分壓也增大了一點點，則VKA的電壓被拉低了一點點，三極管處于飽和或臨界飽和狀態(tài)。

2.2.5V穩(wěn)壓電路測試

圖5.2.5V穩(wěn)壓電路測試圖

（1）測試電路

如圖5所示，在輸入端接一可調電壓源Vin，限流電阻R為2.7K，將TL431的K端與R端接在一起，在輸出端接數顯萬用表測試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VKA>2.5V時，431導通，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再次導通，如此循環(huán)往復，由于導通截止是一個較快的過程，使得VKA最終穩(wěn)定在2.5V。

（3）測試結果

Vin為20V時，輸出電壓VKA=2.51V，降低或增大Vin，VKA均不變，達到了穩(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，保證調節(jié)Vin使得5.7V<Vin<272.5V即可。

3.可調穩(wěn)壓電路測試

圖6.可調穩(wěn)壓電路測試圖

（1）測試電路

如圖6所示，在輸入端接一可調電壓源Vin（初始設置為20V），限流電阻R為2.7K，R1為10K電阻，R2為10K可調變阻器，在輸出端接數顯萬用表測試VKA。

（2）電路分析

上電后，TL431還未導通之前，IREF=0，根據串聯分壓原理，VREF=VIN/(R+R1+R2)*R2=8.81V,則VREF>2.5V，TL431導通，則VKA被拉低。VKA被拉低后，導致R1、R2上分壓降低，則VREF降低，當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VREF電壓回升到>2.5V后，TL431又導通，VKA又被拉低，如此循環(huán)往復。因此參考端的電壓始終動態(tài)穩(wěn)壓在2.5V。

那么如何分析輸出端VKA的電壓呢？

根據之前的功能框圖，431參考端R端接在運放的同相輸入端，理想情況下，當運放的輸入阻抗在兆歐以上，可以根據“虛斷”原則認為運放的輸入端無電流，即IREF=0，且VREF=2.5V，因此

查看手冊可知，Iref最大為4uA，實際VKA便多了一項Iref*R1，mV級別（4uA*10KΩ=40mV）的電壓。

（3）測試結果

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

調節(jié)R2，減小R2的阻值，VKA增大，且調節(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

基于上述三個測試電路分析了TL431的工作原理，TL431可實現開關控制、2.5V-36V穩(wěn)壓輸出，實驗者可自行測試。其實在實際使用中，431系列基準穩(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，會分享431基準穩(wěn)壓源在開關電源電路中的應用。