TL431是一种高精度低温漂电压基准器件目前已得到广泛应用.DOC

TL431是一种高精度、低温漂电压基准器件，目前已得到广泛应用。TL431具有很高的电压增益，实际应用中易发生自激等问题，造成许多困惑，本文系统分析TL431的内部电路，并给出利用计算机分析计算的方法，使设计人员对关于TL431电路的稳定性有准确的整体把屋。 一、基本参数估计 （1）静态电流分配： TL431的最小工作电流为0.4mA，此时V10基本上没有电流（取0.03mA，be压降0.6）。 V9射极电流为0.6V/10k=0.06mA。 设V3的be压降为0.67V ，V1、V2的集电极电压均为0.67V，所计算时把R1、R2看作并联，，则算得V3射极电流为(2.5-0.67*2)/(3.28+2.4//7.2)=0.228mA。 剩余电流0.4-0.228-0.06-0.03=0.52mA，提供给V7、V8电流镜，V7、V8各获得0.04mA。 V4、V5、V6、V7、V8工作电流均为0.04mA。 （2）假内部三极管的fT值为100—200MHz，当工作电流小的时候fT为10—100MHz，由此间接估计三极管内部的等效电容。cb结电容均假设为1—2pF。V4、V7 、V8、V9等三极管工作电流小，所以fT要小很多（结电容为主，扩散电容较小）。 （3）V4、V5工作电流较小，通常小电流时电流放大倍数也较小。设V4的放大倍数为50倍左右。 （4）为方便计算，设V9、与V10的电流放大系数相同，V9、V10与电流增益直接相关，它们的放大倍数可由TL431数据表间接计算出来。 注1：晶体管的低频放大倍数与直流放大倍数是不相同的，静态工作电流小时二者相差不大，静态电流大时二者可能相差很大，具体与该晶体管的特性有关。 二、TL431带隙基准电压产生原理 带隙基准产生的原理不是本文要阐述的主要问题，但TL431内部的基准电路与增益和关，所以有必要对其分析。 1、Vbe压降在室温下有负温度系数约C=-1.9至-2.5mV/K，通常取-2mV/K，而热电压UT=DT在室温下有正温度系数D=0.0863 mV/K，将UT乘以适当倍率并与Vbe相加可大大消除温度影响。 注：UT=KT/q，式中K为波尔兹曼常数，T为绝对温标中的温度，q为单位电荷，常温下UT=26mV。 2、正温度系数电压基准的产生： （1）I2的性质： Is1、Is2与温度有关，但它们的比值基本上与温度无关，当I1/I2为常数，则a为常数，那么Ure、I2与热电压UT成正比，因Ud2与I2成正比，所以Ud2也与UT成正比，Ud2成为正温度系数的电压参考。Ube是负温度系数的电压参考，ΔU是V1、V2极电极压差，那么Ur=Ube+Ud2+ΔU，适当调整R2可使得Ube与Ud2温漂相互补偿，得到零温漂电压参考Uref=Ube+Ud2，Uref是一个特殊的内部电压参考，在电路中被分为二部分，中间被ΔU隔开。适当调整Ur，可使得ΔU=0，此时Ur=Uref，反之，当Ur≠Uref时，ΔU≠0。可见通过ΔU可察觉Ur是否与内部的Uref相等。通过深度负反馈电路调整Ur，容易使得ΔU=0，Ur=Uref，实际应用中，电路可能是浅反馈的，甚至是开环的，ΔU不一定为零，此时Ur与Uref存在一定的差值，设差值为Ui，通过分析I1与I2的微变关系可得到Ui与ΔU关系。 TL431内部的电压参考模型可理解为Ur=2Ube1+UR2+UR3+ΔU，Uref= 2Ube+UR2+UR3 Uref实际上是外推禁带能隙电压，外推到T=0时，Ud2=0，则Uref=Ube。 （2）I1与I2的微变关系： 设电路中V1、V2的be结微变电阻为r1、r2 可见当I1发生变化时，I2会跟着发生变化，但二者变化率是不相同的。因此I1变化时，Ud1与Ud2电压变化率也不相同，如果Ud1、Ud2的初值相同，当I1变化时，Ud1与Ud2将因变化率不同而产压差。微变电阻反映电压与电流的微变关系，并不反映温度与电流、电压的微变关系，所以温度引起的I1、I2变化不满足上一等式，实际上温度引起的I1变化不会造成I1、I2变化率不同，如果I1的变化是Ur引起的，那么上式成立。 空载时压差： 对于图（1） 图（2）计算麻烦一些，但结果类似，压差比图（1）的要小一半多。 可见a值越大压差越大。a值也不是越大越好，当a值大于2以后，压差增加不明显，而a值增大，意味关I2要减小很多（二者存在指数关系），对比较器的输入阻抗要求很高。通过调整Re可改变a。实际电路是有负载的，产生的压差要小一些。 3、温度补偿的计算： 对于TL431，设Ube1+Ube2的温度系数为-2*2=4mV/K，下文计算表明，由于电流变化造成V1、V2的be结分别多产生0.0863mV/K的正温度系数补偿，Ube1+Ube2的实际温度系数为(2-0.0863)*