Diamantes são eternos, TL431 também.
Diamantes são eternos, TL431 também.
Neste mundo da tecnologia que vai tornando os produtos descartáveis a cada minuto, alguns circuitos integrados, como o TL431, que é o foco deste post, me fazem lembrar o filme de 1971, “Diamantes são eternos”, do espião mais famoso do mundo, com o James Bond “original”, Sean Connery, protagonizando a genial criação de Ian Fleming.
Quem viveu naqueles bons tempos onde as únicas ameaças do mundo eram apenas o comunismo, a União Soviética e a guerra fria (éramos felizes e não sabíamos) e não teve uma maleta 007, “marca registrada” do James Bond?
Eu tive a minha, uma Samsonite, que chic!. Quem diria?
Já que resolvi entrar no túnel do tempo vou para 1978 quando a Texas Instruments colocou no mercado um pequeno CI de três terminais, batizado de TL431, e que se tornaria eterno como os diamantes do 007.
Trinta e oito anos não parece uma eternidade, mas neste mundo efêmero dos componentes eletrônicos pode-se considerar que este CI é um ancião como 555, para citar apenas mais um “idoso” famoso.
Quem está chegando agora na eletrônica certamente já encontrou um “431” na, onipresente fonte chaveada de qualquer equipamento, e só como curiosidade vale informar que ele também estava lá na fonte do Apple II.
A turma da velha guarda já viu muito este “bichinho” de “três patitas”, como dizem os hermanos, nas fontes de vídeo cassetes e que alguns, menos avisados, confundiram com um transistor “tipo BC” (não é mesmo?).
Pois bem, o TL431, caiu no mundo e hoje pode ser encontrado com prefixos, tais como LM431, KIA431, KA431, ZR431, BR431, CJ431 e AZ431 (é possível que existam outros).
Ops! Cuidado com este último, alguns AZ 431 nem sempre pode substituir os seus “clones” e já-já direi por quê.
Mas o que o 431 tem de tão especial?
Alguns o chamam de “Zener de precisão” ou “Zener programável” e os mais sofisticados dizem que ele é uma “referência tensão de precisão programável”.
Eu gosto deste último nome, porque diz exatamente o que ele faz numa fonte, ou seja, fornece uma tensão de referência, tal como um Zener o faz, entretanto com duas vantagens.
A primeira é ser “de precisão” e todo nós que lidamos com os Zener sabemos que a tensão que eles fornecem não é “cravada”, ou seja, um Zener de 5,1V pode fornecer 4,7 ou 5,3V, por exemplo, e ficamos felizes assim mesmo.
A segunda vantagem do 431 sobre os Zener é que com apenas dois resistores externos podemos programar a tensão de saída desde 2,5V até um valor máximo que pode chegara 36V (dependendo do fabricante).
A tensão de referência é 2,5V pode apresentar uma variação entre 0,5% e 2% dependendo do fabricante e da letrinha que o acompanha como sufixo. Nada mal, se comparado com um Zener comum, não é mesmo?
Como polarizar o 431
Comecemos dando uma olhada no circuito da fig.1 onde temos o 431 com os resistores de polarização e um capacitor na saída que, geralmente, é de tântalo.
Fig.1 – Circuito do 431
Note que de modo similar a um Zener o ânodo é ligado ao terminal negativo da fonte (ground) e entre a tensão de entrada e o cátodo temos um resistor shunt (RS).
Um divisor resistivo, formado por R1 e R2 é ligado entre K e A e ao pino marcado como REF, permite ajustar a tensão de saída desde 2,5V até…, bem aí depende do fabricante como eu já disse e veremos mais detalhadamente daqui a pouco.
Entretanto, é bom que fique bem claro para os iniciantes que o 431 é muito mais do que um simples Zener e dentro do minúsculo encapsulamento deste CI (que já existe na versão SMD) tem um montão de componentes como se vê na fig.2 como mera curiosidade.
Fig.2 – Por dentro do 431
Antes de passarmos ao cálculo dos resistores de polarização veja na fig.3 algumas configurações de encapsulamento mais comuns para este CI.
Fig.3 – Encapsulamento do 431
Calculando R1 e R2
Na fig.1 vemos uma fórmula para calcular os valores dos resistores R1 e R2 que irá nos fornecer o valor de tensão de saída desejado.
Não precisa se assustar só porque eu falei em fórmula, existe uma maneira muito fácil de fazer estas contas usando um programa que você encontra num post que publiquei anteriormente aqui no site (CLIQUE AQUI).
Observe que Vo depende do valor da tensão de referência VREF que para efeitos práticos será considerada 2,5V que é o valor típico desta tensão para este CI, seja lá qual for o fabricante.
O valor de Vo (tensão de saída poderá variar desde 2,5V (se R1 for igual a zero, ou seja, VREF for ligado diretamente a K – ver fig.4) até um valor máximo que dependerá da relação entre R1 e R2 e é sobre este “valor máximo de Vo” que precisamos ter uma conversa séria.
Fig.4 – Circuito para teste do 431
E o valor de RS, como calculá-lo?
O valor de Rs dependerá de algumas condições. A primeira obviamente é o valor mínimo e máximo da tensão de entrada que queremos aplicar ao CI para obter uma tensão estabilizada e de precisão em Vo.
Por Rs irá passar a corrente de carga somada a corrente IK necessária para que o CI funcione corretamente e este valor pode ser encontrado no data sheet do CI de modo semelhante ao que acontece com um Zener.
Não irei me estender n cálculo no momento, voltaremos a ele mais adiante até porque você deve estar querendo perguntar: por que eu precisarei saber fazer estes cálculos se eu for um técnico reparador?
O que me interessa é descobrir o que está queimado, trocar, colocar para funcionar e receber meu dinheirinho.
Pois é, mas nem sempre é tão simples assim.
Vamos tomar como exemplo uma parte da fonte do som Philips NRTX-500 que já foi objeto de análise aqui no site.
Fig.5 – Fonte do som Philips NRTX-500
Você saberia dizer qual o valor da tensão no cátodo U2 que é um TL431?
Chi! O projetista “esqueceu” de colocar no esquema, e agora José?
Comparando com a nossa fig. 1 concluímos que quem faz o papel de R1 é o R29 de 24k ohms e o R2 é o paralelo entre R27 (22k) e R28 (100k) que equivale a 18k.
Substituindo estes valores na fórmula que aparece na fig. 1 teremos (1 + 24k/18k) x 2,5 = (1 + 1,33) x 2,5 = 2,33 x 2,5 = 5,8V que é o valor que deverá ser medido no cátodo do U2 chova ou faça sol porque a finalidade o TL431 é fornecer uma tensão de referência “cravada”!
Simples, não é?
Todo 431 é igual?
Em princípio deveria ser, mas nem sempre (assim como remédio genérico) e é aí que o técnico precisa ficar atento.
Pelo que andei pesquisando parece que o TL431 e o LM431, que são os primitivos, podem ser utilizados no lugar dos demais (se não for falsificado, é claro) já a recíproca nem sempre é verdadeira.
Fiz um levantamento de diversos CIs destes e coloco na tabela abaixo os principais parâmetros para comparação.
Tabela com parâmetros do 431
Existem pequenas variações na tensão de referência em função da tolerância que pode ser de 0,5%, 1% e 2% o que costuma ser indicado pela letra sufixo. Dependendo do projeto da fonte este parâmetro pode ser crítico e o técnico deve levá-lo em consideração no caso de substituição.
Outro parâmetro muito importante é a tensão ânodo/cátodo como se vê na tabela alguns destes CIs têm um valor bem menor por isso, repito, na dúvida, o TL431 ou LM431 é “pau pra toda obra” como diz o ditado.
E os 431 tipo SMD invadiram a Terra!
Fig.5 – Encapsulamento TO-92 para o 431
O tipo de encapsulamento mais comum para este CI é o TO-92 que lembra os famosos transistores BC.
Neste caso a pinagem é a mostrada na fig. 6 onde o terminal correspondente ao ânodo fica no centro (para o TO-92) e, geralmente, está ligado ao ground.
Mas é claro que já tem muito 431 por aí em SMD e neste caso parece que não há padronização na pinagem que fica no estilo “casa da mãe Joana” e cada um faz o que quer.
Na figura 6 temos uma tabela que pode ser útil onde temos inclusive a nomenclatura que aparece estampada no corpo do componente (vale imprimir e deixar a mão).
Fig.6 – KIA 431
Vi alguns comentários a respeito das letrinhas sufixos do AZ431 dizendo que a tensão de referência pode ser diferente.
Até onde consegui apurar isto não procede, todos os 431 têm tensão de referência igual a 2,5V. Na fig. 7 coloco um quadro mostrando o significado destas letras retirado do data sheet do fabricante.
Fig.7 – AZ4r31
Se alguém encontrar um diferente e não estiver defeituoso ou for falsificado, por favor, relate nos comentários onde foi obtido para que se possa averiguar.
Usando a teoria para testar o 431
O sonho de todo técnico é poder testar o componente sem precisar retirá-lo da placa, principalmente se for um SMD.
Sendo assim, lá vai uma sugestão para você realizar este sonho, pelo no menos no que diz respeito a testar o 431 e para tal vamos usar a teoria.
Comece dando uma olhada na fig. 5 que nos mostra que se ligarmos o pino REF ao pino K, ou seja, fazendo o R1 que aparece na fig. 4 igual a zero, a tensão entre cátodo e ânodo (ground) será aproximadamente igual a 2,5V.
Baseado nesta “teoria” sugiro que você construa a jig de teste mostrada na fig. 8.
Fig.8 – Jig de teste para 431
Além disso, você deverá ligar o negativo de uma fonte de 5V DC e o negativo do voltímetro no ground da placa onde está o 431 a ser testado.
Se você não tem uma fonte que forneça 5V na sua oficina (deveria ter) use uma fonte de celular abandona.
ATENÇÃO – A PLACA DEVERÁ OBRIGATORIAMENTE ESTAR DESLIGADA DA REDE ELÉTRICA (FORA DA TOMADA).
As ponteiras amarelas da jig deverão ser ligadas aos terminais Ref e K do 431 que no caso do encapsulamento TO-92 (apenas) eles correspondem aos pinos externos, pois o terminal central é o ânodo que está conectado ao ground.
Se o CI estiver OK o voltímetro apresentará uma leitura próxima a 2,5V que a tensão de referência.
Na fig. 9 temos um CI OK e um defeituoso.
Fig.9 – Testando o 431 na placa do circuito
IMPORTANTE – Antes de aplicar o jig no CI verifique se não há curto entre os terminais REF e K que pode ser por causa do capacitor em curto.
Tentei resumir os fatos mais importantes sobre este “diamante eterno” que certamente ainda estará presente por muitos anos nas fontes chaveadas e cujo funcionamento correto é primordial para o funcionamento da fonte.
É possível que alguma coisa tenha ficado esquecida nesta análise. Se alguém tiver algo mais a dizer ficarei feliz que coloque nos comentários.
Até sempre
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