TL431的负载电容

一、前言

  参考电压源TL431被广泛使用在信号采集电路中。在它的数据手册中，给出了在稳压输出端负载电容对输出稳定性的影响。可以看到，在不同的稳压输出以及工作电流下，输出负载中的电容会使得参考电压输出变得不稳定。需要合理的选择负载电容，才能保证输出参考电压的稳定性。下面利用手边的器件对此进行测试观察。

二、设计电路

  设计测试电路。设计电路的稳压在5V。C1是负载电容，通过改变它测试电路的稳定性。铺设电路板，适合一分钟制板，一分钟之后得到测试电路板。

三、测试结果

  焊接一个 100nF的电容作为负载电容。接下来，将电路焊接完毕，进行清洗。

  使用弹簧夹子给测试电路引入工作电源，信号测试也通过带有屏蔽线的弹簧夹子引入到示波器。下面进行测试。

  将电压输出连接到示波器的探头，同时连接工作电源。利用DH1766提供 7.5V的工作电压。接下来，打开电源。此时，可以看到输出电压非常平稳，只是电压似乎不是5V。实际电压在2.7V左右。这就奇怪了，为什么出现这种情况呢？

  我们看到 TL431系列的管脚有两种类型。主要是阴极和参考电极上下颠倒。现在焊接的是TL431，现在应该是正确的配置呀。为了验证芯片是否工作正常，下面，将分压电阻10k欧姆更换成0欧姆，这样 阴极和参考电极就直接连接了。经过测量，可以看到，输出为 2.5V，这说明稳压芯片是正常的。极有可能是将阴极和参考电极左右颠倒了。

  重新查看刚才设计的电路，发现是自己脑子瓦特了。设计的时候就将阴极和参考电压电极弄反了。下面，将原理图上的引线修改过来，重新制板，好在一分钟制板方法使得PCB制作自由了，一分钟之后就得到了新的测试电路板。给电路板提供 7.5V的工作电压，此时，电路稳压输出没有震荡。稳压为4.9V，这些误差有可能是因为分压电阻的误差带来的。下面再更换一些阻容器件，进一步测试电路是否稳定。

  更换一个新的TL431, 同时将反馈分压电阻上下颠倒，此时稳压电压为  5.12V，这说明的确是分压电阻的误差造成输出与5V之间有差别。下面再测试一下输出电容对于输出电压的影响。

  刚才电路中的负载电容为 0.1微法，下面更换一个 0.9微法的电容。焊接之后测量输出电压，可以看到输出参考电压信号依然是稳定的。

四、稳定分析

  在 TL431数据手册中，给出了负载电容稳定区间。在 负载电容从 0.1 到1 微法之间，稳压在5V的时候，对应输出已经处在不稳定区间了。但是为什么，刚才的电路中并没有发生输出震荡呢？是否是因为自己所使用的器件是 SOT23封装的呢？

  还好，自己手边还是有 TO92封装的 TL431，将它更换到电路板上重新进行测试。现在电容负载为 0.9微法。可以看到，输出电压中存在着纹波。这说明该参考电压开始震荡了。纹波的频率大约为 75kHz，幅度峰峰值为0.2V。下面，将负载电容更换成其他容值再进行观察。

  将输出电容去除。输出是稳定的。将输出电容更换为 0.1微法，输出也没有震荡。但是降低TL431的电流之后，会发现输出产生了震荡。也就是，TL431是否震荡，还与工作电流有关系。从它的数据手册中来看，在稳压电流小的情况下，对应的不稳定区域会增加。这与观察到的现象是一致的。

  将负载电容修改成 10微法，可以看到，在不同的工作电流下，输出都是稳定的，没有震荡。

※ 总  结 ※

  本文通过实验测试了 TL431参考电源的负载电容对输出信号的影响。首先，对于 SOT23封装的参考电源，在带有负载电容的情况下，输出始终是稳定的。但是对于 TO92 直插式的参考电源，不知道为什么，在负载带有 0.1 到 1 微法左右的电容时，输出会产生震荡。稳压电流越小，不稳定的区间就会越大。因此，对于 TL431，在使用的过程中，负载电容要么非常小，或者去除；要么，就超过10微法，这样就可以保证输出是稳定的了。