采用TL431基準的壓控振蕩器

　　TL431為三端可編程并聯(lián)穩(wěn)壓二極管，其電壓基準如同低溫度系數(shù)的齊納管一樣運行，通過兩個外部電阻就可從2.5V編程到36V。同時，該器件顯示出寬工作電流范圍，在典型阻抗0.22Ω時為1.0mA~100mA。這些基準的特性使它們能在數(shù)字電壓表、電源和運放電路等許多需要精密電壓基準的應用中代替齊納二極管。現(xiàn)在，該器件被廣泛應用于各種開關電源。

　　在電源電壓輸入和電容負載等特定條件下，TL431會顯示出不穩(wěn)定性，引發(fā)10kHz~1.5MHz的持續(xù)振蕩（頻率大小取決于對輸入電壓的控制）。其中一部分原因是，在上述條件下存在負阻區(qū)。在本設計實例中，不穩(wěn)定性既不是由內部兩極引起的，也不是由與負載電阻串聯(lián)的外部電容器的第三極引起的。增設了單晶體管輸出級提供緩沖，使整個范圍內產生TTL輸出電平（圖1）。

　　壓控振蕩器的運行

　　要想了解振蕩器的運行原理，需從兩個方面來考量電路：第一是TL431電壓基準的底層操作。如圖2所示的振蕩器等效電路。電流I1（見圖3）是壓敏恒流，其大小約為（VCTRL-VKA）/R（VKA為齊納電壓）。假定開始的時候電容器不帶電（此時VKA=0V），然后由來自I1處的電流為電容器逐漸充電，直到使電壓達到TL431的均衡值，即：VKA=2.49V。只要充電電流存在，電容器就會繼續(xù)充電。圖2中對電路的瞬態(tài)模擬顯示了電容器電壓僅需超過VKA均衡值若干微伏，以啟動均衡恢復反饋，具體細節(jié)如下：

　　由于Q1的基極直連電容器，因此VKA值的增加會使Q1的發(fā)射極電壓（也就是Q11的基極電壓）值變大，迫使Q11進行更多動作。晶體管Q9和電阻 R8構成Q11的集電極負載。Q11中不斷增加的集電極電流會使Q9的集電極電壓降低。Q9和Q10同為電流鏡的組成部分，因此它們的集電極電流和Q11 的相同，但Q10的動態(tài)集電極負載由Q6構成，其通過R5從第二電流鏡（由晶體管Q2、Q4和Q12構成）處獲得基極電流。因為該電流鏡的配置，Q1射極電壓的最初增長同樣促使VBE升高。這就使Q6的集電極電流增加，進而增強Q10不斷增加的集電極電流。因此，產生的整體影響是其集電極電壓值升高，該電壓也就是達靈頓對（Darlingtonpair）Q7和Q8中第一晶體管的基極電壓，迫使Q8進行更多動作，導致其集電極-發(fā)射極電壓（VCE，實際上就是VKA）驟降。在這一特殊應用中，連接至電容器的基準終端（R）使用硬線連接至陰極端子（K）。因此，迄今為止，當電容器電壓超過均衡值時，器件可促使陰極-陽極電壓迅速降低，以恢復至均衡值。

　　圖 3以結構示意圖的形式顯示了當TL431器件的內部均衡值受到干擾后，持續(xù)振蕩是如何開始和增強的。電容器中的電流為小恒流，源于供應電流I1。在圖1 中，該充電電流為I3。當電容器的值超過VREF的均衡值時，電流I2快速流動并有效地吸收電容器中儲存的充電電流。I2存在的時間較短暫，但卻足以使電容器電壓再次降低至均衡值。接下來，I1會再次為電容器充電，在這一周期中會保持穩(wěn)態(tài)振蕩。由于電容器的放電時間極為短暫，通過以下計算公式可以得知放電期間的電流要遠大于源電流I1：I=ΔQ/Δt（其中ΔQ是充電階段電容器所獲得的充電電流）。