在现代电子工程中，LM431是一款广泛应用的可调电压参考电源。其可靠性和灵活性使其成为工程师们在设计电源、稳压器和其他精密电路时的首选。本文将深入介绍LM431的各个方面，包括其概述、参数、引脚说明、工作原理、应用领域和电路设计等内容，以帮助工程师更好地理解和应用这一电子元器件。

LM431概述

LM431是一种可调节的三端式电压基准芯片，可以用作稳压器、比较器或误差放大器等电路的参考电压源。它具有高精度、低温漂、低动态阻抗和良好的噪声特性，适用于各种电源、数字电路、模拟电路和混合信号电路等领域。

LM431参数

LM431的主要参数如下：

- 输出电压范围：2.5V ~ 36V

- 输出电压精度：±0.5%（A级）、±1%（B级）、±2%（C级）

- 输出电压温度系数：50ppm/℃（A级）、100ppm/℃（B级）、150ppm/℃（C级）

- 最小导通电流：0.4mA

- 最大导通电流：100mA

- 动态阻抗：0.2Ω

- 工作温度范围：-40℃ ~ +85℃

- 封装形式：TO-92、SOT-23、SOIC-8等

LM431引脚说明

LM431的引脚说明如下：

- 引脚1：阴极（Cathode），输出端，连接到负载电路

- 引脚2：阳极（Anode），输入端，连接到电源电压

- 引脚3：调节端（Reference），调节端，通过分压电阻调节输出电压

LM431工作原理

LM431的工作原理如下：

- LM431是一种基于双极型晶体管的电压基准芯片，其内部结构如图所示。它由一个稳压二极管、一个运算放大器和一个输出晶体管组成。稳压二极管的阴极连接到输出端，阳极连接到输入端，调节端连接到运算放大器的反相输入端。运算放大器的非反相输入端接地，输出端连接到输出晶体管的基极。

- 当输入电压大于输出电压时，稳压二极管导通，输出电压等于稳压二极管的稳压值，约为2.5V。此时，运算放大器的反相输入端电压高于非反相输入端电压，输出端电压低，输出晶体管截止，不影响输出电压。

- 当输入电压小于输出电压时，稳压二极管截止，输出电压等于输入电压。此时，运算放大器的反相输入端电压低于非反相输入端电压，输出端电压高，输出晶体管导通，将多余的电流从输出端引走，保持输出电压稳定。

- 通过在调节端和地之间串联两个分压电阻，可以调节输出电压的大小。分压电阻的比值决定了输出电压与稳压二极管的稳压值的比例关系。输出电压的公式为：

其中，V（ref)为稳压二极管的稳压值，约为2.5V；R1和R2为分压电阻的阻值；I(ref)为调节端的电流，约为1μA。

LM431应用领域和电路

LM431可以用作以下几种电路的参考电压源：

- 稳压器：通过在输出端并联一个稳压电容，可以提高输出电压的稳定性和抗干扰能力。稳压电容的容值一般为0.1μF ~ 10μF，根据输出电流的大小和负载电路的特性进行选择。

- 比较器：通过在调节端和地之间并联一个电位器，可以调节输出电压的大小，实现电压比较的功能。当输入电压高于输出电压时，输出端为高电平；当输入电压低于输出电压时，输出端为低电平。电位器的阻值一般为1kΩ ~ 10kΩ，根据输入电压的范围和精度要求进行选择。

- 误差放大器：通过在调节端和地之间并联一个反馈电阻，可以增加输出电压的增益，实现误差放大的功能。当输入电压高于输出电压时，输出端电压增加；当输入电压低于输出电压时，输出端电压减小。反馈电阻的阻值一般为10kΩ ~ 100kΩ，根据输出电压的范围和增益要求进行选择。

下面为 LM431 简单的应用电路，这里的参考电压（Vref）是运算放大器同相端的电压，参考电压决定了运算放大器是否输出正电压。

此外，Vref 是由两个电阻 R2 和 R3 形成的中点分压器网络的电压，也就是：

Vref = Vo(R3/R2+R3)

通过交换项：

Vo = Vref(R2+R3/R3) = Vref(1+R2/R3) = 2.5(1+R2/R3)

根据等式，你可以调整电路中的两个电阻值以获得所需的输出电压。

LM431元器件替代品和应用建议

LM431是一种常用的电压基准芯片，具有广泛的应用领域和优良的性能。它的替代品有以下几种：

- TL431：与LM431功能相同，但具有更高的输出电压精度和更低的输出电压温度系数，适用于对精度要求更高的场合。

- LM4040：与LM431功能相同，但具有更低的最小导通电流和更低的动态阻抗，适用于对功耗要求更低的场合。

- LM317：与LM431功能相同，但具有更高的最大导通电流和更高的输出电压范围，适用于对电流和电压要求更高的场合。

在使用LM431时，应注意以下几点

- 选择合适的分压电阻，使输出电压在规定的范围内，并保证分压电阻的功率不超过额定值。

- 选择合适的稳压电容，使输出电压具有良好的稳定性和抗干扰能力，并避免产生自激振荡。

- 选择合适的封装形式，使元器件能够适应不同的温度、湿度和机械应力等环境条件，并方便安装和维护。

本文介绍了电子元器件LM431的概述、参数、引脚说明、工作原理、应用领域和电路等工程师必须掌握的内容。有其他想要了解的内容欢迎评论区讨论。