टीएल431: Difference between revisions

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टीएल431  तीन-टर्मिनल [[द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर]] स्विच है, जो कार्यात्मक रूप से स्थिर 2.5 V स्विचिंग थ्रेशोल्ड और कोई स्पष्ट [[हिस्टैरिसीस]] के साथ आदर्श एन-प्रकार ट्रांजिस्टर के समान है। इस ट्रांजिस्टर के आधार, संग्राहक और उत्सर्जक को पारंपरिक रूप से संदर्भ (आर या आरईएफ), कैथोड (C) और एनोड (A) कहा जाता है।{{sfn|Texas Instruments|2015|pp=20—21}} सकारात्मक नियंत्रण धारा, V<sub>REF</sub>, संदर्भ इनपुट और एनोड के मध्य लगाया जाता है; आउटपुट करंट, I<sub>CA</sub>, कैथोड तक प्रवाहित होता है।{{sfn|Texas Instruments|2015|pp=20—21}}
टीएल431  तीन-टर्मिनल [[द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर]] स्विच है, जो कार्यात्मक रूप से स्थिर 2.5 V स्विचिंग थ्रेशोल्ड और कोई स्पष्ट [[हिस्टैरिसीस]] के साथ आदर्श एन-प्रकार ट्रांजिस्टर के समान है। इस ट्रांजिस्टर के आधार, संग्राहक और उत्सर्जक को पारंपरिक रूप से संदर्भ (आर या आरईएफ), कैथोड (C) और एनोड (A) कहा जाता है।{{sfn|Texas Instruments|2015|pp=20—21}} सकारात्मक नियंत्रण धारा, V<sub>REF</sub>, संदर्भ इनपुट और एनोड के मध्य लगाया जाता है, आउटपुट करंट, I<sub>CA</sub>, कैथोड तक प्रवाहित होता है।{{sfn|Texas Instruments|2015|pp=20—21}}


कार्यात्मक स्तर पर टीएल431 में 2.5 वी [[वोल्टेज संदर्भ|धारा संदर्भ]] और  ओपन-लूप [[ऑपरेशनल एंप्लीफायर]] होता है जो संदर्भ के साथ इनपुट नियंत्रण धारा की तुलना करता है।{{sfn|Texas Instruments|2015|pp=20—21}} चूंकि, यह केवल अमूर्तता है, दोनों फलन टीएल431 के फ्रंट एंड के अंदर निरन्तर रूप से जुड़े हुए हैं। कोई भौतिक 2.5 वी स्रोत नहीं है।{{sfn|Basso|2012|p=384}} वास्तविक आंतरिक संदर्भ 1.2 वी [[बैंडगैप वोल्टेज संदर्भ|बैंडगैप धारा संदर्भ]] (ट्रांजिस्टर T3, T4, T5) द्वारा प्रदान किया जाता है, जो इनपुट एमिटर अनुयायियों T1, T6 द्वारा संचालित होता है।{{sfn|Basso|2012|pp=383, 385—386}} यह तब भी सही संचालन को सक्षम बनाता है जब कैथोड-एनोड धारा 2.5 वी से नीचे, लगभग 2.0 वी न्यूनतम तक गिर जाता है। विभेदक एम्पलीफायर दो [[वर्तमान स्रोत|वर्तमान स्रोतों]] (T8, T9) से बना है; उनकी धाराओं का सकारात्मक अंतर T10 के आधार में डूब जाता है।{{sfn|Basso|2012|pp=383, 385—386}} आउटपुट [[ खुला कलेक्टर |विवृत कलेक्टर]] ट्रांजिस्टर, T11, 100 एमए तक की धाराओं को सिंक कर सकता है, और  रिवर्स डायोड के साथ ध्रुवीयता उत्क्रमण से सुरक्षित है।{{sfn|Basso|2012|p=384}}{{sfn|Texas Instruments|2015|pp=20—21}} सर्किट अत्यधिक करंट या ओवरहीटिंग से सुरक्षा प्रदान नहीं करता है।{{sfn|Basso|2012|p=384}}{{sfn|Texas Instruments|2015|pp=20—21}}
कार्यात्मक स्तर पर टीएल431 में 2.5 वी [[वोल्टेज संदर्भ|धारा संदर्भ]] और  ओपन-लूप [[ऑपरेशनल एंप्लीफायर]] होता है जो संदर्भ के साथ इनपुट नियंत्रण धारा की तुलना करता है।{{sfn|Texas Instruments|2015|pp=20—21}} चूंकि, यह केवल अमूर्तता है, दोनों फलन टीएल431 के फ्रंट एंड के अंदर निरन्तर रूप से जुड़े हुए हैं। कोई भौतिक 2.5 वी स्रोत नहीं है।{{sfn|Basso|2012|p=384}} वास्तविक आंतरिक संदर्भ 1.2 वी [[बैंडगैप वोल्टेज संदर्भ|बैंडगैप धारा संदर्भ]] (ट्रांजिस्टर T3, T4, T5) द्वारा प्रदान किया जाता है, जो इनपुट एमिटर अनुयायियों T1, T6 द्वारा संचालित होता है।{{sfn|Basso|2012|pp=383, 385—386}} यह तब भी सही संचालन को सक्षम बनाता है जब कैथोड-एनोड धारा 2.5 वी से नीचे, लगभग 2.0 वी न्यूनतम तक गिर जाता है। विभेदक एम्पलीफायर दो [[वर्तमान स्रोत|वर्तमान स्रोतों]] (T8, T9) से बना है; उनकी धाराओं का सकारात्मक अंतर T10 के आधार में डूब जाता है।{{sfn|Basso|2012|pp=383, 385—386}} आउटपुट [[ खुला कलेक्टर |विवृत कलेक्टर]] ट्रांजिस्टर, T11, 100 एमए तक की धाराओं को सिंक कर सकता है, और  रिवर्स डायोड के साथ ध्रुवीयता उत्क्रमण से सुरक्षित है।{{sfn|Basso|2012|p=384}}{{sfn|Texas Instruments|2015|pp=20—21}} सर्किट अत्यधिक करंट या ओवरहीटिंग से सुरक्षा प्रदान नहीं करता है।{{sfn|Basso|2012|p=384}}{{sfn|Texas Instruments|2015|pp=20—21}}
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* [[तापमान]], बैंडगैप संदर्भ धारा के थर्मल प्लॉट में कूबड़ जैसी आकृति होती है। डिज़ाइन के अनुसार, कूबड़ + {{cvt|25|C}} पर केंद्रित है, जहां V<sub>REF</sub>=2.495 V; ऊपर और नीचे +{{cvt|25|C}}, V<sub>REF</sub> मंद-मंद कुछ मिलीवोल्ट अर्घ्य हो जाता है। चूंकि, यदि कोई विशिष्ट आईसी मानक से अत्यधिक सीमा तक विचलित हो जाता है, तो कूबड़ अर्घ्य या उच्च तापमान पर स्थानांतरित हो जाता है, सबसे निकृष्ट आउटलेर्स में यह नीरस रूप से बढ़ते या गिरते वक्र में परिवर्तित हो जाता है।{{sfn|Camenzind|2005|pp=7—5, 7—6, 7—7}} {{sfn|Texas Instruments|2015|p=14}}
* [[तापमान]], बैंडगैप संदर्भ धारा के थर्मल प्लॉट में कूबड़ जैसी आकृति होती है। डिज़ाइन के अनुसार, कूबड़ + {{cvt|25|C}} पर केंद्रित है, जहां V<sub>REF</sub>=2.495 V; ऊपर और नीचे +{{cvt|25|C}}, V<sub>REF</sub> मंद-मंद कुछ मिलीवोल्ट अर्घ्य हो जाता है। चूंकि, यदि कोई विशिष्ट आईसी मानक से अत्यधिक सीमा तक विचलित हो जाता है, तो कूबड़ अर्घ्य या उच्च तापमान पर स्थानांतरित हो जाता है, सबसे निकृष्ट आउटलेर्स में यह नीरस रूप से बढ़ते या गिरते वक्र में परिवर्तित हो जाता है।{{sfn|Camenzind|2005|pp=7—5, 7—6, 7—7}} {{sfn|Texas Instruments|2015|p=14}}
* सीमित [[आउटपुट प्रतिबाधा]] के कारण, V<sub>CA</sub> धारा में परिवर्तन I<sub>CA</sub> और, अप्रत्यक्ष रूप से, V<sub>REF</sub>, को प्रभावित करते हैं, जैसे वे ट्रांजिस्टर या ट्रायोड में करते हैं। किसी दिए गए निश्चित I<sub>CA</sub> के लिए, V<sub>CA</sub> में 1 V की वृद्धि ≈1.4 mv (सबसे निकृष्ट स्थिति में अधिकतम 2.7 mv) V<sub>REF</sub> कमी के साथ ऑफसेट किया जाना चाहिए।{{sfn|Texas Instruments|2015|pp=5—13}} अनुपात μ = 1 V / 1.4 mv ≈ 300-1000, या ≈ 50-60 db DC और अर्घ्य आवृत्तियों पर सैद्धांतिक अधिकतम ओपन-लूप धारा लाभ है;{{sfn|Tepsa|Suntio|2013|p=94}}
* सीमित [[आउटपुट प्रतिबाधा]] के कारण, V<sub>CA</sub> धारा में परिवर्तन I<sub>CA</sub> और, अप्रत्यक्ष रूप से, V<sub>REF</sub>, को प्रभावित करते हैं, जैसे वे ट्रांजिस्टर या ट्रायोड में करते हैं। किसी दिए गए निश्चित I<sub>CA</sub> के लिए, V<sub>CA</sub> में 1 V की वृद्धि ≈1.4 mv (सबसे निकृष्ट स्थिति में अधिकतम 2.7 mv) V<sub>REF</sub> कमी के साथ ऑफसेट किया जाना चाहिए।{{sfn|Texas Instruments|2015|pp=5—13}} अनुपात μ = 1 V / 1.4 mv ≈ 300-1000, या ≈ 50-60 db DC और अर्घ्य आवृत्तियों पर सैद्धांतिक अधिकतम ओपन-लूप धारा लाभ है;{{sfn|Tepsa|Suntio|2013|p=94}}
* परिमित ट्रांसकंडक्टेंस के कारण, I<sub>CA</sub> में वृद्धि से V<sub>REF</sub> में 0.5-1 mV/mA ​​की दर से वृद्धि होती है।।{{sfn|Basso|2012|pp=383, 387}}
* परिमित ट्रांसकंडक्टेंस के कारण, I<sub>CA</sub> में वृद्धि से V<sub>REF</sub> में 0.5-1 mV/mA ​​की दर से वृद्धि होती है।{{sfn|Basso|2012|pp=383, 387}}


== गति और स्थिरता ==
== गति और स्थिरता ==
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2.5 V से अधिक धारा के विनियमन के लिए बाहरी धारा विभक्त की आवश्यकता होती है। डिवाइडर रेसिस्टर्स R2 और R1 के साथ, कैथोड धारा और आउटपुट प्रतिबाधा 1+R2/R1 गुना बढ़ जाती है।{{sfn|Texas Instruments|2015|p=24}} अधिकतम निरंतर, विनियमित धारा 36 V से अधिक नहीं हो सकता, अधिकतम कैथोड-एनोड धारा 37 V तक सीमित है।{{sfn|Texas Instruments|2015|p=4}} ऐतिहासिक रूप से, टीएल431 को इस एप्लिकेशन को ध्यान में रखते हुए डिजाइन और निर्मित किया गया था, और इसे उच्च व्यय, तापमान-क्षतिपूर्ति वाले जेनर के लिए अत्यधिक आकर्षक प्रतिस्थापन के रूप में विज्ञापित किया गया था।{{sfn|Pippinger|Tobaben|1985|p=6.22}}
2.5 V से अधिक धारा के विनियमन के लिए बाहरी धारा विभक्त की आवश्यकता होती है। डिवाइडर रेसिस्टर्स R2 और R1 के साथ, कैथोड धारा और आउटपुट प्रतिबाधा 1+R2/R1 गुना बढ़ जाती है।{{sfn|Texas Instruments|2015|p=24}} अधिकतम निरंतर, विनियमित धारा 36 V से अधिक नहीं हो सकता, अधिकतम कैथोड-एनोड धारा 37 V तक सीमित है।{{sfn|Texas Instruments|2015|p=4}} ऐतिहासिक रूप से, टीएल431 को इस एप्लिकेशन को ध्यान में रखते हुए डिजाइन और निर्मित किया गया था, और इसे उच्च व्यय, तापमान-क्षतिपूर्ति वाले जेनर के लिए अत्यधिक आकर्षक प्रतिस्थापन के रूप में विज्ञापित किया गया था।{{sfn|Pippinger|Tobaben|1985|p=6.22}}


एमिटर फॉलोअर जोड़ने से शंट रेगुलेटर श्रृंखला रेगुलेटर में परिवर्तित हो जाता है। दक्षता औसत दर्जे की है क्योंकि ल एनपीएन-प्रकार ट्रांजिस्टर या [[डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर]] को अत्यधिक उच्च कलेक्टर-एमिटर धारा ड्रॉप की आवश्यकता होती है।{{sfn|Dubhashi|1993|p=211}} ल सामान्य-उत्सर्जक पीएनपी-प्रकार ट्रांजिस्टर केवल ≈0.25 वी धारा ड्रॉप के साथ, किन्तु अव्यवहारिक रूप से उच्च आधार धाराओं के साथ, संतृप्ति मोड में सही ढंग से कार्य कर सकता है।{{sfn|Dubhashi|1993|p=212}} पूरक फीडबैक जोड़ी | कंपाउंड पीएनपी-प्रकार ट्रांजिस्टर को अधिक ड्राइव करंट की आवश्यकता नहीं होती है, किन्तु इसके लिए कम से कम 1 वी धारा ड्रॉप की आवश्यकता होती है।{{sfn|Dubhashi|1993|p=212}}  एन-चैनल पावर [[MOSFET]] डिवाइस कम ड्राइव करंट, अधिक कम ड्रॉपआउट धारा और स्थिरता का सर्वोत्तम संयोजन सक्षम करता है।{{sfn|Dubhashi|1993|p=212}} चूंकि, कम-ड्रॉपआउट MOSFET ऑपरेशन के लिए MOSFET#मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर संरचना को चलाने के लिए अतिरिक्त हाई-साइड धारा स्रोत (योजनाबद्ध में ΔU) की आवश्यकता होती है।{{sfn|Dubhashi|1993|p=212}}
एमिटर अनुयायी जोड़ने से शंट रेगुलेटर श्रृंखला रेगुलेटर में परिवर्तित हो जाता है। दक्षता औसत श्रेणी की है क्योंकि एकल एनपीएन-प्रकार ट्रांजिस्टर या [[डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर]] को अत्यधिक उच्च कलेक्टर-एमिटर धारा ड्रॉप की आवश्यकता होती है।{{sfn|Dubhashi|1993|p=211}} एकल सामान्य-उत्सर्जक पीएनपी-प्रकार ट्रांजिस्टर केवल ≈0.25 वी धारा ड्रॉप के साथ, किन्तु अव्यवहारिक रूप से उच्च आधार धाराओं के साथ, संतृप्ति मोड में उचित रूप से कार्य कर सकता है।{{sfn|Dubhashi|1993|p=212}} पीएनपी-प्रकार ट्रांजिस्टर को अधिक ड्राइव करंट की आवश्यकता नहीं होती है, किन्तु इसके लिए कम से कम 1 V धारा ड्रॉप की आवश्यकता होती है।{{sfn|Dubhashi|1993|p=212}}  एन-चैनल पावर [[MOSFET|मोसफेट]] डिवाइस कम ड्राइव करंट, अधिक कम ड्रॉपआउट धारा और स्थिरता का सर्वोत्तम संयोजन सक्षम करता है।{{sfn|Dubhashi|1993|p=212}} चूंकि, कम-ड्रॉपआउट मोसफेट ऑपरेशन के लिए मोसफेट गेट को चलाने के लिए संचलाने के लिए एक अतिरिक्त हाई-साइड वोल्टेज स्रोत (योजनाबद्ध में ΔU) की आवश्यकता होती है।{{sfn|Dubhashi|1993|p=212}} यदि कमी मोड मोसफेट का उपयोग किया जाता है, तो ΔU को रोका जा सकता है।
यदि कमी मोड MOSFET का उपयोग किया जाता है तो ΔU को रोका जा सकता है।


टीएल431 का उपयोग करने वाले संवृत-लूप नियामक सर्किट हमेशा I के साथ उच्च ट्रांसकंडक्टेंस मोड में संचालित करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं<sub>CA</sub> 1 mA से कम नहीं (वर्तमान-धारा वक्र पर बिंदु D)।{{sfn|Texas Instruments|2015|p=19}}{{sfn|Basso|2012|p=388}}{{sfn|Brown|2001|p=78}} बेहतर नियंत्रण लूप स्थिरता के लिए, इष्टतम I<sub>CA</sub> इसे लगभग 5 mA पर सेट किया जाना चाहिए, चूंकि इससे समग्र दक्षता प्रभावित हो सकती है।{{sfn|Tepsa|Suntio|2013|p=93}}{{sfn|Basso|2012|p=388}}
टीएल431 का उपयोग करने वाले संवृत-लूप नियामक सर्किट को सदैव उच्च ट्रांसकंडक्टेंस मोड में संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसमें I<sub>CA</sub> 1mA (वर्तमान-धारा वक्र पर बिंदु D) से कम नहीं है।{{sfn|Texas Instruments|2015|p=19}}{{sfn|Basso|2012|p=388}}{{sfn|Brown|2001|p=78}} उत्तम नियंत्रण लूप स्थिरता के लिए, इष्टतम I<sub>CA</sub> इसे लगभग 5 mA पर सेट किया जाना चाहिए, चूंकि इससे समग्र दक्षता प्रभावित हो सकती है।{{sfn|Tepsa|Suntio|2013|p=93}}{{sfn|Basso|2012|p=388}}


=== स्विच्ड-मोड विद्युत आपूर्ति ===
=== स्विच्ड-मोड विद्युत आपूर्ति ===
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अप्रचलित TL430, टीएल431 की  बदसूरत बहन थी, जिसे टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स द्वारा केवल [[थ्रू-होल तकनीक]] | थ्रू-होल पैकेज में निर्मित किया गया था, और इसमें V था<sub>REF</sub> 2.75 वी का। इसके बैंडगैप संदर्भ को थर्मल रूप से मुआवजा नहीं दिया गया था, और टीएल431 की तुलना में कम सटीक था; आउटपुट चरण में कोई सुरक्षा डायोड नहीं था।<ref>{{cite journal|title=TL430 Adjustable Shunt Regulator|last1=Texas Instruments|date=2005|issue=SLVS050D|journal=Texas Instruments Datasheet|url=http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl430.pdf|access-date=2020-07-04|archive-date=2020-06-20|archive-url=https://web.archive.org/web/20200620160840/https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl430.pdf|url-status=live}}</ref>{{sfn|Pippinger|Tobaben|1985|p=6.21}} टीएल432 विद्युत रूप से टीएल431 के समान है, केवल सतह-माउंट पैकेज में निर्मित होता है, और  अलग पिनआउट होता है।{{sfn|Texas Instruments|2015|p=1}}
अप्रचलित TL430, टीएल431 की  बदसूरत बहन थी, जिसे टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स द्वारा केवल [[थ्रू-होल तकनीक]] | थ्रू-होल पैकेज में निर्मित किया गया था, और इसमें V था<sub>REF</sub> 2.75 वी का। इसके बैंडगैप संदर्भ को थर्मल रूप से मुआवजा नहीं दिया गया था, और टीएल431 की तुलना में कम सटीक था; आउटपुट चरण में कोई सुरक्षा डायोड नहीं था।<ref>{{cite journal|title=TL430 Adjustable Shunt Regulator|last1=Texas Instruments|date=2005|issue=SLVS050D|journal=Texas Instruments Datasheet|url=http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl430.pdf|access-date=2020-07-04|archive-date=2020-06-20|archive-url=https://web.archive.org/web/20200620160840/https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl430.pdf|url-status=live}}</ref>{{sfn|Pippinger|Tobaben|1985|p=6.21}} टीएल432 विद्युत रूप से टीएल431 के समान है, केवल सतह-माउंट पैकेज में निर्मित होता है, और  अलग पिनआउट होता है।{{sfn|Texas Instruments|2015|p=1}}


2015 में, टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स ने Aटीएल431 की घोषणा की, जो अधिक उच्च दक्षता वाले स्विच-मोड नियामकों के लिए टीएल431 का  बेहतर व्युत्पन्न है।{{sfn|Leverette|2015|p=2}} अनुशंसित न्यूनतम ऑपरेटिंग करंट केवल 35 μA (मानक टीएल431: 1 mA) है; अधिकतम I<sub>CA</sub> और वी<sub>CA</sub> मानक (100 mA और 36 V) के समान हैं।{{sfn|Leverette|2015|p=3}} उच्च आवृत्ति तरंगों को कम करने के लिए ता लाभ आवृत्ति को 250 kHz तक कम कर दिया जाता है ताकि वे नियंत्रक को वापस फ़ीड न हों। Aटीएल431 का अस्थिरता क्षेत्र अधिक अलग है।{{sfn|Leverette|2015|p=3}} कम धारा और धाराओं पर यह किसी भी व्यावहारिक कैपेसिटिव लोड के साथ कदापि स्थिर है, बशर्ते कैपेसिटर उच्च गुणवत्ता वाले, कम-प्रतिबाधा प्रकार के हों।{{sfn|Leverette|2015|p=4}}{{sfn|Texas Instruments|2016|pp=7, 8}} श्रृंखला डिकॉउलिंग अवरोधक का न्यूनतम अनुशंसित मान 250 ओम (मानक टीएल431: 1 ओम) है।{{sfn|Texas Instruments|2016|p=17}}
2015 में, टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स ने Aटीएल431 की घोषणा की, जो अधिक उच्च दक्षता वाले स्विच-मोड नियामकों के लिए टीएल431 का  उत्तम व्युत्पन्न है।{{sfn|Leverette|2015|p=2}} अनुशंसित न्यूनतम ऑपरेटिंग करंट केवल 35 μA (मानक टीएल431: 1 mA) है; अधिकतम I<sub>CA</sub> और वी<sub>CA</sub> मानक (100 mA और 36 V) के समान हैं।{{sfn|Leverette|2015|p=3}} उच्च आवृत्ति तरंगों को कम करने के लिए ता लाभ आवृत्ति को 250 kHz तक कम कर दिया जाता है ताकि वे नियंत्रक को वापस फ़ीड न हों। Aटीएल431 का अस्थिरता क्षेत्र अधिक अलग है।{{sfn|Leverette|2015|p=3}} कम धारा और धाराओं पर यह किसी भी व्यावहारिक कैपेसिटिव लोड के साथ कदापि स्थिर है, बशर्ते कैपेसिटर उच्च गुणवत्ता वाले, कम-प्रतिबाधा प्रकार के हों।{{sfn|Leverette|2015|p=4}}{{sfn|Texas Instruments|2016|pp=7, 8}} श्रृंखला डिकॉउलिंग अवरोधक का न्यूनतम अनुशंसित मान 250 ओम (मानक टीएल431: 1 ओम) है।{{sfn|Texas Instruments|2016|p=17}}


टीएल431 और उसके वंशजों के अलावा, 2015 तक, केवल दो शंट नियामक आईसी को उद्योग में व्यापक उपयोग मिला।{{sfn|Zhanyou Sha|2015|p=153}} दोनों प्रकारों में समान कार्यक्षमता और अनुप्रयोग हैं, किन्तु विभिन्न आंतरिक सर्किट, विभिन्न संदर्भ स्तर, अधिकतम धाराएं और धारा:{{sfn|Zhanyou Sha|2015|p=153}}
टीएल431 और उसके वंशजों के अलावा, 2015 तक, केवल दो शंट नियामक आईसी को उद्योग में व्यापक उपयोग मिला।{{sfn|Zhanyou Sha|2015|p=153}} दोनों प्रकारों में समान कार्यक्षमता और अनुप्रयोग हैं, किन्तु विभिन्न आंतरिक सर्किट, विभिन्न संदर्भ स्तर, अधिकतम धाराएं और धारा:{{sfn|Zhanyou Sha|2015|p=153}}

Revision as of 12:47, 29 July 2023

TL431
Voltage regulator IC
File:TL 431 symbol and basic structure ENG.png
Equivalent (functional level) schematic
TypeAdjustable shunt voltage regulator
Year of introduction1977
Original manufacturerTexas Instruments

टीएल431 तीन-टर्मिनल समायोज्य परिशुद्धता रैखिक नियामक शंट नियामक एकीकृत सर्किट है। बाहरी धारा विभक्त के उपयोग से, टीएल431 100 एमए तक की धाराओं पर 2.5 से 36 वी तक के धारा को नियंत्रित कर सकता है। नाममात्र 2.495 वी स्तर से संदर्भ धारा का विशिष्ट प्रारंभिक विचलन मिलीवोल्ट में मापा जाता है, अधिकतम सबसे निकृष्ट स्थिति विचलन दसियों मिलीवोल्ट में मापा जाता है। सर्किट सीधे पावर ट्रांजिस्टर को नियंत्रित कर सकता है; पावर एमओएस ट्रांजिस्टर के साथ टीएल431 के संयोजन का उपयोग उच्च दक्षता, अधिक अर्घ्य ड्रॉपआउट रैखिक नियामकों में किया जाता है। टीएल431 इनपुट और आउटपुट नेटवर्क के ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक कपलिंग के साथ स्विच-मोड विद्युत आपूर्ति के लिए वास्तविक उद्योग मानक त्रुटि प्रवर्धक सर्किट है।

टेक्सस उपकरण ने 1977 में टीएल431 प्रस्तुत किया। 21वे दशक में, मूल टीएल431 कई क्लोन और डेरिवेटिव (TL432, Aटीएल431, KA431, LM431, TS431, 142ЕН19 और अन्य) के साथ उत्पादन में बना हुआ है। ये कार्यात्मक रूप से समान सर्किट डाई (एकीकृत सर्किट) आकार और लेआउट, परिशुद्धता और गति विशेषताओं, न्यूनतम ऑपरेटिंग धाराओं और सुरक्षित ऑपरेटिंग क्षेत्रों में अत्यधिक भिन्न हो सकते हैं।

निर्माण एवं संचालन

File:TL431 schematic ENG.png
Transistor-level schematic. DC voltages specified for steady-state regulation at VCA=7 V[1]
File:TL431 control curve ENG.svg
Current-voltage curve for small error voltages.[2] The green zone is the recommended high transconductance area, extending upward to maximum current rating. Operation in the yellow zone is possible but not recommended.[3][2][4]

टीएल431 तीन-टर्मिनल द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर स्विच है, जो कार्यात्मक रूप से स्थिर 2.5 V स्विचिंग थ्रेशोल्ड और कोई स्पष्ट हिस्टैरिसीस के साथ आदर्श एन-प्रकार ट्रांजिस्टर के समान है। इस ट्रांजिस्टर के आधार, संग्राहक और उत्सर्जक को पारंपरिक रूप से संदर्भ (आर या आरईएफ), कैथोड (C) और एनोड (A) कहा जाता है।[5] सकारात्मक नियंत्रण धारा, VREF, संदर्भ इनपुट और एनोड के मध्य लगाया जाता है, आउटपुट करंट, ICA, कैथोड तक प्रवाहित होता है।[5]

कार्यात्मक स्तर पर टीएल431 में 2.5 वी धारा संदर्भ और ओपन-लूप ऑपरेशनल एंप्लीफायर होता है जो संदर्भ के साथ इनपुट नियंत्रण धारा की तुलना करता है।[5] चूंकि, यह केवल अमूर्तता है, दोनों फलन टीएल431 के फ्रंट एंड के अंदर निरन्तर रूप से जुड़े हुए हैं। कोई भौतिक 2.5 वी स्रोत नहीं है।[1] वास्तविक आंतरिक संदर्भ 1.2 वी बैंडगैप धारा संदर्भ (ट्रांजिस्टर T3, T4, T5) द्वारा प्रदान किया जाता है, जो इनपुट एमिटर अनुयायियों T1, T6 द्वारा संचालित होता है।[6] यह तब भी सही संचालन को सक्षम बनाता है जब कैथोड-एनोड धारा 2.5 वी से नीचे, लगभग 2.0 वी न्यूनतम तक गिर जाता है। विभेदक एम्पलीफायर दो वर्तमान स्रोतों (T8, T9) से बना है; उनकी धाराओं का सकारात्मक अंतर T10 के आधार में डूब जाता है।[6] आउटपुट विवृत कलेक्टर ट्रांजिस्टर, T11, 100 एमए तक की धाराओं को सिंक कर सकता है, और रिवर्स डायोड के साथ ध्रुवीयता उत्क्रमण से सुरक्षित है।[1][5] सर्किट अत्यधिक करंट या ओवरहीटिंग से सुरक्षा प्रदान नहीं करता है।[1][5]

जब VREF 2.5 V थ्रेशोल्ड (वर्तमान-धारा वक्र पर बिंदु A) से सुरक्षित रूप से नीचे होता है, तो आउटपुट ट्रांजिस्टर संवृत हो जाता है। अवशिष्ट कैथोड-एनोड वर्तमान ICA, फ्रंट-एंड सर्किट को फीड करते हुए, 100 और 200 μA के अंदर रहता है।[7] जब VREF सीमा के निकट पहुंचता है, तो ICA 300-500 μA तक बढ़ जाता है, किन्तु आउटपुट ट्रांजिस्टर संवृत रहता है।[7] अपनी सीमा (बिंदु B) पर पहुंचने पर, आउटपुट ट्रांजिस्टर मंद गति से विवृत होता है, और ICA लगभग 30 mA/V की दर से बढ़ना प्रारम्भ होता है।[7] जब VREF सीमा से लगभग 3 mV अधिक है, और ICA 500 तक पहुँच जाता है–600 μA (बिंदु C), ट्रांसकंडक्टेंस तीव्रता से 1.0 –1.4 A/V तक बढ़ जाता है।[7] इस बिंदु से ऊपर टीएल431 अपने सामान्य, उच्च ट्रांसकंडक्टेंस मोड में कार्य करता है और सरलता से और सिंगल-एंडेड से वर्तमान कनवर्टर मॉडल के के अंतर धारा के साथ सरलता से अनुमान लगाया जा सकता है।[8][7] करंट तब तक बढ़ता है जब तक कैथोड को नियंत्रण इनपुट से जोड़ने वाला नकारात्मक फीडबैक लूप VREF को स्थिर नहीं कर देता। यह बिंदु (Vref) वास्तव में, संपूर्ण नियामक का संदर्भ धारा है।[2][9] वैकल्पिक रूप से, टीएल431 तुलनित्र के रूप में फीडबैक के बिना, या श्मिट ट्रिगर के रूप में सकारात्मक फीडबैक के साथ कार्य कर सकता है; ऐसे अनुप्रयोगों में ICA केवल एनोड लोड और विद्युत आपूर्ति क्षमता द्वारा सीमित है।[10]

संदर्भ इनपुट वर्तमान IREF ICA से स्वतंत्र है और लगभग 2 μA पर अत्यधिक स्थिर है। नेटवर्क फीडिंग संदर्भ इनपुट इस मात्रा (4 μA या अधिक) से अर्घ्य से अर्घ्य दोगुना स्रोत प्राप्त करने में सक्षम होना चाहिए। हैंगिंग आरईएफ इनपुट के साथ संचालन निषिद्ध है, किन्तु इससे टीएल431 को सीधे हानि नहीं होगी।[10] यह किसी भी पिन पर विवृत सर्किट, किसी भी पिन के ग्राउंड पर शॉर्ट सर्किट, या पिन के किसी भी जोड़े के मध्य शॉर्ट सर्किट से बचेगा, संयोजक कि पिनों पर धारा सुरक्षा सीमा के अंदर रहे।[11]

परिशुद्धता

File:Tl431 abs temp chart ENG.png
परीक्षण स्थितियों में संदर्भ धारा बनाम मुक्त-वायु तापमान। डिज़ाइन-केंद्र (मध्य प्लॉट) और सबसे निकृष्ट स्थिति में ±2% का विचलन (ऊपरी और निचले प्लॉट)[12]

डेटाशीट में बताए गए नाममात्र संदर्भ VREF=2.495 V, का परीक्षण जेनर मोड में +25 °C (77 °F) और ICA=10 एमए के परिवेश तापमान पर किया जाता है।[13] थ्रेसहोल्ड धारा और निम्न-ट्रांसकंडक्टेंस और उच्च-ट्रांसकंडक्टेंस मोड के मध्य की सीमा निर्दिष्ट नहीं है और परीक्षण नहीं किया गया है।[7] वास्तविक VREF वास्तविक विश्व के अनुप्रयोग में विशिष्ट टीएल431 द्वारा बनाए रखा गया चार कारकों के आधार पर 2.495 V से अधिक या अर्घ्य हो सकता है:

  • किसी विशिष्ट चिप का व्यक्तिगत प्रारंभिक विचलन, टीएल431 के विभिन्न ग्रेडों के लिए, सामान्य परिस्थितियों में विचलन ±0.5%, ±1%, या ±2% के अंदर है।[14]
  • तापमान, बैंडगैप संदर्भ धारा के थर्मल प्लॉट में कूबड़ जैसी आकृति होती है। डिज़ाइन के अनुसार, कूबड़ + 25 °C (77 °F) पर केंद्रित है, जहां VREF=2.495 V; ऊपर और नीचे +25 °C (77 °F), VREF मंद-मंद कुछ मिलीवोल्ट अर्घ्य हो जाता है। चूंकि, यदि कोई विशिष्ट आईसी मानक से अत्यधिक सीमा तक विचलित हो जाता है, तो कूबड़ अर्घ्य या उच्च तापमान पर स्थानांतरित हो जाता है, सबसे निकृष्ट आउटलेर्स में यह नीरस रूप से बढ़ते या गिरते वक्र में परिवर्तित हो जाता है।[15] [12]
  • सीमित आउटपुट प्रतिबाधा के कारण, VCA धारा में परिवर्तन ICA और, अप्रत्यक्ष रूप से, VREF, को प्रभावित करते हैं, जैसे वे ट्रांजिस्टर या ट्रायोड में करते हैं। किसी दिए गए निश्चित ICA के लिए, VCA में 1 V की वृद्धि ≈1.4 mv (सबसे निकृष्ट स्थिति में अधिकतम 2.7 mv) VREF कमी के साथ ऑफसेट किया जाना चाहिए।[13] अनुपात μ = 1 V / 1.4 mv ≈ 300-1000, या ≈ 50-60 db DC और अर्घ्य आवृत्तियों पर सैद्धांतिक अधिकतम ओपन-लूप धारा लाभ है;[16]
  • परिमित ट्रांसकंडक्टेंस के कारण, ICA में वृद्धि से VREF में 0.5-1 mV/mA ​​की दर से वृद्धि होती है।[17]

गति और स्थिरता

टीएल431 की ओपन-लूप आवृत्ति प्रतिक्रिया को प्रथम-क्रम लो पास फिल्टर के रूप में विश्वसनीय रूप से अनुमानित किया जा सकता है। आवृत्ति क्षतिपूर्ति आउटपुट चरण में अपेक्षाकृत बड़ी आवृत्ति क्षतिपूर्ति द्वारा प्रदान की जाती है।[16][10] समकक्ष मॉडल में आदर्श 1 A/V धारा-टू-करंट कनवर्टर होता है, जो 70 एनएफ कैपेसिटर के साथ शंट किया जाता है।[16] 230 ओम के विशिष्ट कैथोड लोड के लिए, यह 10 किलोहर्ट्ज़ की ओपन-लूप कटऑफ आवृत्ति और 2 मेगाहर्ट्ज की एकता लाभ आवृत्ति में अनुवाद करता है।[16][18] विभिन्न दूसरे क्रम के प्रभावों के कारण, वास्तविक एकता लाभ आवृत्ति केवल 1 मेगाहर्ट्ज है, व्यवहार में, 1 और 2 मेगाहर्ट्ज के मध्य का अंतर महत्वहीन है।[18]

ICA VCA की निर्धारित दरें और VREF का निपटान समय निर्दिष्ट नहीं हैं। टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स के अनुसार, पावर-ऑन क्षणिक लगभग 2 μs तक रहता है। प्रारंभ में, VCA तीव्रता से ≈2 V तक बढ़ जाता है, और तत्पश्चात इस स्तर पर लगभग 1 μs के लिए लॉक हो जाता है। आंतरिक कैपेसिटेंस को स्थिर-अवस्था धारा में चार्ज करने में 0.5-1 μs अधिक लगता है।[19]

कैपेसिटिव कैथोड लोड (CL) अस्थिरता और दोलन का कारण बन सकता है।[20] मूल डेटाशीट में प्रकाशित स्थिरता सीमा चार्ट के अनुसार, सी होने पर टीएल431 कदापि स्थिर है, जब CL या तो 1 nF से अर्घ्य है, या 10 μF से अधिक है।[21][22] 1 nF-10 μF रेंज के अंदर दोलन की संभावना कैपेसिटेंस ICA और VCA के संयोजन पर निर्भर करती है,[21][22] सबसे निकृष्ट स्थिति निम्न ICA और VCA पर होती है। इसके विपरीत, उच्च ICA और उच्च VCA, का संयोजन जब टीएल431 अपनी अधिकतम अपव्यय रेटिंग के निकट संचालित होता है, तो कदापि स्थिर होता है।[22] चूंकि, उच्च ICA और उच्च VCA के लिए डिज़ाइन किया गया नियामक भी पावर-ऑन पर दोलन कर सकता है, जब VCA अभी तक स्थिर अवस्था के स्तर तक नहीं पहुंचा है।[21]2014 के आवेदन नोट में, टेक्सास उपकरण ने स्वीकार किया कि उनके स्थिरता सीमा चार्ट अनुचित रूप से आशावादी हैं।[22] वे शून्य चरण मार्जिन पर विशिष्ट IC नमूने का वर्णन करते हैं; व्यवहार में, ठोस डिज़ाइनों को अर्घ्य से अर्घ्य 30 डिग्री चरण अंतर का लक्ष्य रखना चाहिए।[22] सामान्यतः, कैथोड और लोड कैपेसिटेंस के मध्य श्रृंखला प्रतिरोध डालना, पश्चात के समतुल्य श्रृंखला प्रतिरोध को प्रभावी रूप से बढ़ाना, अवांछित दोलनों को दबाने के लिए पर्याप्त है। श्रृंखला प्रतिरोध अपेक्षाकृत अर्घ्य आवृत्ति पर अर्घ्य आवृत्ति वाले शून्य और ध्रुव का परिचय देता है, जो अकेले लोड कैपेसिटेंस के कारण होने वाले अधिकांश अवांछित चरण अंतराल को रद्द कर देता है। श्रृंखला प्रतिरोधकों का न्यूनतम मान 1 ओम (उच्च CL) और 1 कोहम (अर्घ्य CL, उच्च VCA) के मध्य होता है।[23]

अनुप्रयोग

रैखिक नियामक

File:TL431 basic linear regulator options ENG.png
बुनियादी रैखिक नियामक विन्यास। चौथे सर्किट को कम-ड्रॉपआउट ऑपरेशन के लिए अतिरिक्त सकारात्मक विद्युत आपूर्ति धारा, ΔU की आवश्यकता होती है। श्रृंखला अवरोधक आरए गेट कैपेसिटेंस से टीएल431 को अलग करता है।

सबसे सरल टीएल431 रेगुलेटर सर्किट कैथोड में नियंत्रण इनपुट को अल्प करके बनाया गया है। परिणामी दो-टर्मिनल नेटवर्क में ज़ेनर डायोड जैसी वर्तमान-धारा विशेषता होती है, जिसमें स्थिर थ्रेशोल्ड धारा VREF≈2.5 V, और लगभग 0.2 ओम की अर्घ्य आवृत्ति प्रतिबाधा होती है।[24] प्रतिबाधा लगभग 100 किलोहर्ट्ज़ पर बढ़ने लगती है और लगभग 10 मेगाहर्ट्ज पर 10 ओम तक पहुंच जाती है।[24]

2.5 V से अधिक धारा के विनियमन के लिए बाहरी धारा विभक्त की आवश्यकता होती है। डिवाइडर रेसिस्टर्स R2 और R1 के साथ, कैथोड धारा और आउटपुट प्रतिबाधा 1+R2/R1 गुना बढ़ जाती है।[25] अधिकतम निरंतर, विनियमित धारा 36 V से अधिक नहीं हो सकता, अधिकतम कैथोड-एनोड धारा 37 V तक सीमित है।[26] ऐतिहासिक रूप से, टीएल431 को इस एप्लिकेशन को ध्यान में रखते हुए डिजाइन और निर्मित किया गया था, और इसे उच्च व्यय, तापमान-क्षतिपूर्ति वाले जेनर के लिए अत्यधिक आकर्षक प्रतिस्थापन के रूप में विज्ञापित किया गया था।[27]

एमिटर अनुयायी जोड़ने से शंट रेगुलेटर श्रृंखला रेगुलेटर में परिवर्तित हो जाता है। दक्षता औसत श्रेणी की है क्योंकि एकल एनपीएन-प्रकार ट्रांजिस्टर या डार्लिंगटन ट्रांजिस्टर को अत्यधिक उच्च कलेक्टर-एमिटर धारा ड्रॉप की आवश्यकता होती है।[28] एकल सामान्य-उत्सर्जक पीएनपी-प्रकार ट्रांजिस्टर केवल ≈0.25 वी धारा ड्रॉप के साथ, किन्तु अव्यवहारिक रूप से उच्च आधार धाराओं के साथ, संतृप्ति मोड में उचित रूप से कार्य कर सकता है।[29] पीएनपी-प्रकार ट्रांजिस्टर को अधिक ड्राइव करंट की आवश्यकता नहीं होती है, किन्तु इसके लिए कम से कम 1 V धारा ड्रॉप की आवश्यकता होती है।[29] एन-चैनल पावर मोसफेट डिवाइस कम ड्राइव करंट, अधिक कम ड्रॉपआउट धारा और स्थिरता का सर्वोत्तम संयोजन सक्षम करता है।[29] चूंकि, कम-ड्रॉपआउट मोसफेट ऑपरेशन के लिए मोसफेट गेट को चलाने के लिए संचलाने के लिए एक अतिरिक्त हाई-साइड वोल्टेज स्रोत (योजनाबद्ध में ΔU) की आवश्यकता होती है।[29] यदि कमी मोड मोसफेट का उपयोग किया जाता है, तो ΔU को रोका जा सकता है।

टीएल431 का उपयोग करने वाले संवृत-लूप नियामक सर्किट को सदैव उच्च ट्रांसकंडक्टेंस मोड में संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसमें ICA 1mA (वर्तमान-धारा वक्र पर बिंदु D) से कम नहीं है।[3][2][4] उत्तम नियंत्रण लूप स्थिरता के लिए, इष्टतम ICA इसे लगभग 5 mA पर सेट किया जाना चाहिए, चूंकि इससे समग्र दक्षता प्रभावित हो सकती है।[30][2]

स्विच्ड-मोड विद्युत आपूर्ति

File:TL431 and opto SMPS control loop ENG.png
एसएमपीएस में टीएल431 का विशिष्ट उपयोग। शंट रेसिस्टर R3 न्यूनतम टीएल431 करंट बनाए रखता है, सीरीज रेसिस्टर R4 फ्रीक्वेंसी कंपंसेशन नेटवर्क (C1R4) का हिस्सा है[31][32]

21वीं सदी में, ऑप्टो आइसोलेटर के प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) से सुसज्जित टीएल431, विनियमित स्विच-मोड विद्युत आपूर्ति|स्विच्ड-मोड विद्युत आपूर्ति (एसएमपीएस) के लिए वास्तविक तकनीकी मानक समाधान है।[8][4][9] टीएल431 के नियंत्रण इनपुट को चलाने वाला प्रतिरोधक धारा विभक्त, और एलईडी का कैथोड सामान्य रूप से नियामक के आउटपुट से जुड़ा होता है; ऑप्टोकॉप्लर का phototransistor पल्स चौड़ाई उतार - चढ़ाव (पीडब्लूएम) नियंत्रक के नियंत्रण इनपुट से जुड़ा हुआ है।[33] रोकनेवाला आर3 (लगभग 1 कोहम), एलईडी को शंट करते हुए, आई को बनाए रखने में मदद करता हैCA 1 mA सीमा से ऊपर।[33] लैपटॉप के साथ आपूर्ति की जाने वाली विशिष्ट विद्युत आपूर्ति/चार्जर में, औसत ICA लगभग 1.5 mA पर सेट किया गया है, जिसमें 0.5 mA LED करंट और 1 mA शंट करंट (2012 डेटा) शामिल है।[2]

टीएल431 के साथ मजबूत, कुशल और स्थिर SMPS का डिज़ाइन सामान्य किन्तु जटिल कार्य है।[34] सबसे सरल संभव कॉन्फ़िगरेशन में, आवृत्ति मुआवजा जोड़नेवाला C1R4 द्वारा बनाए रखा जाता है।[34] इस स्पष्ट क्षतिपूर्ति नेटवर्क के अलावा, नियंत्रण लूप की आवृत्ति प्रतिक्रिया आउटपुट चौरसाई संधारित्र , टीएल431 और फोटोट्रांसिस्टर की परजीवी कैपेसिटेंस से प्रभावित होती है।[35] टीएल431 नहीं, बल्कि दो नियंत्रण लूपों द्वारा नियंत्रित होता है: मुख्य, धीमी लेन लूप धारा डिवाइडर के साथ आउटपुट कैपेसिटर से जुड़ा होता है, और माध्यमिक फास्ट लेन एलईडी के साथ आउटपुट रेल से जुड़ा होता है।[36] एलईडी की अधिक कम प्रतिबाधा से भरी आईसी, वर्तमान स्रोत के रूप में कार्य करती है; अवांछनीय तरंग (विद्युत) आउटपुट रेल से कैथोड तक लगभग बिना किसी बाधा के गुजरता है।[36] यह तेज़ लेन मध्य-बैंड आवृत्तियों (लगभग 10 किलोहर्ट्ज़-1 मेगाहर्ट्ज) पर हावी है,[37] और सामान्यतः जेनर डायोड के साथ आउटपुट कैपेसिटर से एलईडी को अलग करने से टूट जाता है[38] या कम-पास फ़िल्टर।