采用TL431基准的压控振荡器

　　TL431为三端可编程并联稳压二极管，其电压基准如同低温度系数的齐纳管一样运行，通过两个外部电阻就可从2.5V编程到36V。同时，该器件显示出宽工作电流范围，在典型阻抗0.22Ω时为1.0mA~100mA。这些基准的特性使它们能在数字电压表、电源和运放电路等许多需要精密电压基准的应用中代替齐纳二极管。现在，该器件被广泛应用于各种开关电源。

　　在电源电压输入和电容负载等特定条件下，TL431会显示出不稳定性，引发10kHz~1.5MHz的持续振荡（频率大小取决于对输入电压的控制）。其中一部分原因是，在上述条件下存在负阻区。在本设计实例中，不稳定性既不是由内部两极引起的，也不是由与负载电阻串联的外部电容器的第三极引起的。增设了单晶体管输出级提供缓冲，使整个范围内产生TTL输出电平（图1）。

　　

　　压控振荡器的运行

　　要想了解振荡器的运行原理，需从两个方面来考量电路：第一是TL431电压基准的底层操作。如图2所示的振荡器等效电路。电流I1（见图3）是压敏恒流，其大小约为（VCTRL-VKA）/R（VKA为齐纳电压）。假定开始的时候电容器不带电（此时VKA=0V），然后由来自I1处的电流为电容器逐渐充电，直到使电压达到TL431的均衡值，即：VKA=2.49V。只要充电电流存在，电容器就会继续充电。图2中对电路的瞬态模拟显示了电容器电压仅需超过VKA均衡值若干微伏，以启动均衡恢复反馈，具体细节如下：

　　

　　由于Q1的基极直连电容器，因此VKA值的增加会使Q1的发射极电压（也就是Q11的基极电压）值变大，迫使Q11进行更多动作。晶体管Q9和电阻 R8构成Q11的集电极负载。Q11中不断增加的集电极电流会使Q9的集电极电压降低。Q9和Q10同为电流镜的组成部分，因此它们的集电极电流和Q11 的相同，但Q10的动态集电极负载由Q6构成，其通过R5从第二电流镜（由晶体管Q2、Q4和Q12构成）处获得基极电流。因为该电流镜的配置，Q1射极电压的最初增长同样促使VBE升高。这就使Q6的集电极电流增加，进而增强Q10不断增加的集电极电流。因此，产生的整体影响是其集电极电压值升高，该电压也就是达灵顿对（Darlingtonpair）Q7和Q8中第一晶体管的基极电压，迫使Q8进行更多动作，导致其集电极-发射极电压（VCE，实际上就是VKA）骤降。在这一特殊应用中，连接至电容器的基准终端（R）使用硬线连接至阴极端子（K）。因此，迄今为止，当电容器电压超过均衡值时，器件可促使阴极-阳极电压迅速降低，以恢复至均衡值。

　　

　　图 3以结构示意图的形式显示了当TL431器件的内部均衡值受到干扰后，持续振荡是如何开始和增强的。电容器中的电流为小恒流，源于供应电流I1。在图1 中，该充电电流为I3。当电容器的值超过VREF的均衡值时，电流I2快速流动并有效地吸收电容器中储存的充电电流。I2存在的时间较短暂，但却足以使电容器电压再次降低至均衡值。接下来，I1会再次为电容器充电，在这一周期中会保持稳态振荡。由于电容器的放电时间极为短暂，通过以下计算公式可以得知放电期间的电流要远大于源电流I1：I=ΔQ/Δt（其中ΔQ是充电阶段电容器所获得的充电电流）。