Фотореле с гистерезисом на tl431

миниатюра поста

Микросхема tl431 содержит всего три вывода: катод, анод и управляющий электрод, который, как видно из блок-схемы, является неинвертирующим входом операционного усилителя. ОУ здесь работает как компаратор: на инвертирующий вход подается 2,5В от внутреннего источника опорного напряжения, на неинвертирующий вход подается напряжение от схемы. Если оно достигнет 2,5В, компаратор сработает и выходной транзистор откроется.

tl431 блок-схема

Максимальный ток катода 100мА, напряжение катод-анод не более 36В. Микросхема обладает хорошей термостабильностью: в интервале температур от -40 до +120 градусов напряжение срабатывания изменяется всего на 7мВ.

Распиновка микросхемы tl431, вид сверху:

tl431 распиновка

Проверить исправность tl431 можно мультиметром в режиме прозвонки диодов. Для этого красный щуп мультиметра соединяем с анодом а черный с катодом, мультиметр покажет падение 0,6В на внутреннем диоде. Меняем местами щупы и мультиметр покажет обрыв. Теперь не отсоединяя щупы соединим управляющий электрод с катодом. Мультиметр покажет падение 2,49В

Микросхема применяется в основном в источниках питания в качестве управляемого стабилитрона. Но можно собрать на ней и очень простое фотореле:

схема фотореле на tl431

Схема очень простая, но имеет недостатки. При медленном изменении освещенности светодиод загорается и тухнет плавно, отсутствует гистерезис, требуется высокоомный резистор.

Если поменять местами фотодиод и резистор схема инвертируется: светодиод будет загораться при увеличении освещенности. В этом случае резистор потребуется меньшего номинала, а чтобы светодиод опять загорался при уменьшении освещенности его тоже нужно подключить инверсно - между катодом и анодом tl431:

схема фотореле на tl431 инвертированная

Чтобы еще больше уменьшить сопротивление этого резистора, можно применить фототранзистор. В этом случае будет достаточно сопротивления 100-150кОм:

схема фотореле на tl431 с фототранзистором

Если нет готового фототранзистора можно использовать соединение фотодиода и транзистора. Транзистор можно взять любой маломощный. Подойдет даже кт315. Чем больше коэффициент передачи этого транзистора, тем чувствительнее будет фототранзистор.

фототранзистор эквивалент из фотодиода

Гистерезис и резкое переключение можно получить добавив еще один транзистор.

tl431 гистерезис

При уменьшении освещенности фототранзистора его сопротивление растет, напряжение на нем нарастает. Когда оно начнет приближаться к отметке 2,49В стабилитрон tl431начнет открываться. Вместе с ним начнет открываться транзистор и напряжение на управляющем выводе tl431 начнет нарастать быстрее за счет резистора обратной связи R2. Приоткрывание tl431 вызывает приоткрывание транзистора, а приоткрывание транзистора вызывает еще большее открывание tl431. Процесс происходит лавинообразно.

Транзистор и tl431 полностью открыты, светодиод светится. Если теперь начать плавно увеличивать освещенность фототранзистора, это не вызовет моментального закрытия tl431 и транзистора. Транзистор у нас полностью открыт, к верхнему плечу делителя R1VT1 - резистору R1, оказывается параллельно подключен резистор R2. Этим резистором обеспечивается гистерезис. Сопротивление верхнего плеча делителя стало меньше, и теперь для закрытия tl431 нужно осветить фототранзистор чуть сильнее чем он был освещен в момент включения светодиода. Чем меньше сопротивление резистора R2, тем шире петля гистерезиса, то есть тем сильнее нужно теперь осветить фототранзистор, чтобы светодиод погас.

Намного проще понять что такое гистерезис, собрав схему самому, и наблюдая за ее работой при различных значениях резистора R2.

Чтобы этой схемой включать большую нагрузку можно на место светодиода поставить оптопару и симистор. Для механического реле нужно добавить в схему стабилизатор напряжения для питания делителя, так как при срабатывании реле проседает напряжение питания и реле начинает быстро включатся и выключатся.

tl431 механическое реле

Стабилизатор можно поставить на напряжение от 5 до 9В. Диод D1 отключает резистор R2 от минуса. В предыдущей схеме он был не нужен, так как в коллекторной цепи был резистор 1кОм и светодиод. Сопротивление обмотки реле обычно очень маленькое и при закрытом транзисторе резистор R2 окажется подключен параллельно фототранзистору и схема работать не будет.

Транзистор VT1 должен быть с током коллектора превышающим ток срабатывания реле. Резистор R4 ограничивает базовый ток транзистора. Берем ток, достаточный для срабатывания реле. Пусть это будет скажем 200mA. Коэффициент передачи тока транзистора пусть будет 100. Значит для получения такого тока коллектора, базовый ток должен быть не менее чем 2mA. То есть взяли желаемый ток коллектора и поделили на коэффициент передачи тока транзистора, получили минимальный базовый ток. Этот ток лучше всегда брать с запасом, так как коэффициент передачи транзисторов имеет разброс. Теперь находим нужный номинал резистора. Берем напряжение питания, отнимаем 2,5-3 вольта(столько падает на tl431 и переходе транзистора) и делим на необходимый ток базы. Расчетное сопротивление получилось 4,5кОм. Берем ближайшее меньшее значение 4,3кОм. Резистор R3 служит для надежного закрытия транзистора.

Дата публикацииFri, 27 Aug 2021 09:52:10 GMT Просмотры178
Реклама
Похожие материалы