TL431芯片的使用

TL431是一款高性价比的常用分流式电压基准，有很广泛的用途。通俗的说就是用来生成一个非常稳定的基准电压源，例如在使用AD进行电压采集的时候，如果参考电压不够稳定，收到电网的干扰，就会导致测量的结果有误差，这时候就需要一个很稳定的参考电压源。市面上有很多类似的电压基准芯片，但是TL431的性价比很高，所以使用的很广泛。下面是我个人的使用心得，欢迎讨论。
TL431的数据手册在alldatesheet上有，芯片有3个主要的管脚：CATHODE（负极），ANODE（正极），REF（参考电压）。TL431有很多应用场景，可以参考文章：https://wenku.baidu.com/view/50e673bfa8114431b80dd895.html?from=search，我只用到作为参考电压源的用法。
如下图所示是我的一个PT100温度电阻检测电路：

其中左半部分是信号发生部分，右半部分是信号放大电路，只看左边的部分。电路中电压、电流、电阻都有明确的标注。通过调节滑动变阻器来改变Ra和Rb的阻值以达到调节输出电压的目的，TL431的输出电压计算公式为：
Vout = (Ra+Rb)*Vref/Rb （其中Vref是TL431内部基准电压2.5V）
规定Rc的数值应该满足：
1mA < (Vcc-Vout)/Rc < 500mA（这个500mA的值我没在数据手册上找到）
当没有负载时，也就是Rd为正无穷大的时候，Ib近似为0mA，Ia一定大于Ib，只要Ia大于1mA就能通过调节滑动变阻器得到预期的电压值。这时候加上负载的话Ib增大，如果Rc的阻值过大会导致Ia < Ib，这是不对滴，这时候输出电压就会降低，无法输出正确的期望电压。这时候就要通过计算来得出Rc电阻的合理取值。
根据电工知识我们知道，Ia=Ib+Ic+Id，Id为固定值且较小，可以忽略，那么Ia=Ib+Ic，所以Ia>Ib，而Ib=Vout/Rd，Ia=(Vcc-Vout)/Rc，那么(Vcc-Vout)/Rc > Vout/Rd，Rc的取值要根据这个式子来。例如Rd取1000Ω，Vout取4.096V，那么Ib≈4mA，那么Ia>(Vcc-Vout)/Rc，即Rc>(Vcc-Vout)/Ia，Rc<(5-4.096)/4mA=226Ω，取一个略小于226欧姆的标准电阻即可，但是不能太小，因为Ic的范围是1mA~100mA，如果Rc取5欧，那么Ia=(5-4.096)/5=180.8mA，但是这时候Ib的电流只有10mA以下，而Ic=Ia-Ib=170mA左右，这就超过了芯片cathode管脚的Sink-Current的范围1~100mA，是不允许的！如果这个VREF还在其他地方用上了，那么电流Ib的值就是各部分电流的总和了。