介紹了三種精密電壓調節器TL431的應用電路：不平衡直流電橋輸出信號的穩定和線性化電路，恒流源電路，4～20mA/0～5V電流電壓轉換電路。分析了電路工作原理，給出了電路設計方法。所設計的電路簡單、新穎、實用。可廣泛用于模擬電子電路，特別是傳感器的信號調理電路中。由于采用了精密電壓調節器TL431做基準電壓源，因此電路精度高，穩定性能好。

　　1、TL431簡介

　　TL431是精密電壓調節器，利用兩只外部電阻可設定2.5～36V范圍內的任何基準電壓值。其電壓溫度系數很小，為30×10-6℃，動態阻抗低，典型值為0.2Ψ。TL431的等效電路如圖1所示。圖中A為陽極，使用時需接地，K為陰極，需經限流電阻接正電源;VREF是輸出電壓U的設定端，外接電阻分壓器。其中誤差放大器A同相輸入端接從電阻分壓器得到的取樣電壓，反相輸入端則接內部2.5V基準電壓UREF，VREF端的電壓常態下應為2.5V，因此也稱基準端。晶體管VT在電路中起到調節負載電流的作用。

　　圖1 ?TL431等效電路

　　TL431性能優良，價格低廉，現廣泛用于開關電源或線性穩壓電源中，本文用TL431構成輸出穩定和線性化的電橋電路、精密恒流源電路、IV轉換電路。

　　2、電橋輸出信號的穩定和線性化電路

　　圖2 ? 不平衡直流電橋電路

　　傳感器的信號調理電路經常要用到單臂不平衡直流電橋，如圖2（a）所示［2］。某一非電量，例如壓力或溫度引起橋臂電阻變化ΔR，電橋失去平衡，產生輸出電壓ΔU0，通過測量該不平衡輸出電壓可以求得ΔR，從而求出非電量的大小。圖2（a）中ΔU0為：

　　由于電橋輸出ΔU0與ΔR是非線性關系，需作線性化處理。在測控技術中通常的硬件處理辦法是增加非線性校正電路，結果使信號調理電路變得很復雜。圖2（b）所示電路，利用TL431設計了線性化的不平衡直流電橋，很簡單地解決了非線性的問題。圖2（b）中ΔU0為

　　可見電橋輸出ΔU0與ΔR成線性關系。從上式還可以看到輸出與供橋電壓無關，供橋電壓的變化不會影響輸出電壓。也即，電橋采用四線制長電纜的長短、導線周圍的環境溫度以及供橋電壓的變化不會影響電橋的輸出。因此圖2（b）所示電橋電路輸出電壓穩定，并且實現了線性化輸出。

　　3、恒流源電路

　　圖3 ?恒流源電路

　　恒流源是模擬集成電路中廣泛使用的一種單元電路，傳感器的信號調理電路也經常要用到恒流源。采用TL431可以構成精密恒流源電路。電路如圖3所示。輸出電流為

　　式中β為三極管的電流放大倍數。應選取β較大的三極管，例如9015，其β約為150，也可以選用復合管。β值越大，溫漂系數越小，恒流值越穩定。運放A應選用高輸入阻抗的運算放大器，例如CA3140。

　　4、IV轉換電路

　　在計算機自動測控系統的設計中，經常選用具有一定功能的電動組合單元作為系統的一部分，對于電動組合單元DDZ-Ⅲ型，其輸出信號的標準為4～20mADC。而一般單片機應用系統信號輸出只是電壓信號，它能處理的也只有電壓信號，因此需要電流電壓轉換。

　　圖4為采用TL431設計的4～20mA0～5V電流電壓轉換電路。該電路設計思路如下：

　　圖4 ? 4～20mA/0～5V轉換電路

　　首先4～20mA電流經過電阻x變為（4～20mA）x的電壓，再減去基準電壓y，得到輸出電壓UO=（4～20mA）x（kΨ）-y（V）。因為4mA電流對應輸出電壓0V，20mA電流對應輸出電壓5V，所以

　　解上述兩個方程，得到x=5/16kΨ，y=5/4V

　　于是輸出電壓U0=（4～20mA）×5/16（kΨ）-5/4（V）

　　圖4中U0=（4～20mA）R（1+Rf/R1）-Rf/R1*VREF=（4～20mA）R×1.5-0.5×2.5，式中R=（5/16）/1.5=208.33Ψ，R采用200Ψ固定電阻和10Ψ微調電阻串聯。

　　5、結束語

　　本文采用TL431設計了輸出電壓穩定的線性不平衡電橋、精密恒流源和IV轉換電路，電路結構設計簡單、新穎、實用，可廣泛用于模擬電子電路，特別是傳感器的信號調理電路中。由于精密電壓調節器TL431在電路中做基準電壓，因此電路精度高，穩定性能好。