rily が 2026年03月11日03時58分55秒 に編集
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アナログ回路を作っているときに、あると便利なICの一つを紹介します。 シャントレギュレータTL431
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> https://akizukidenshi.com/img/goods/3/112018.jpg こんなトランジスタみたいな三本の足だけ生えたICですが色んな使い方が出来ます。 > https://www.ti.com/jp/lit/ds/symlink/tl431.pdf 簡単な等価回路はこんな感じになっており、内部にオペアンプや基準電圧Vrefが内蔵されています。ちなみにVrefは2.5Vです。REF端子はオペアンプの入力に繋がっています。 つまり2.5Vを基準に様々な電圧を生成したり比較することができるICです。そして端子数が少ないので、オペアンプのように8足分配線するような苦労を減らすことができます。
仕様 -
> > https://www.ti.com/jp/lit/ds/symlink/tl431.pdf 基準電圧Vrefがおおよそ2.5[V]です。カソードアノード間電圧Vkaは最低2.5~最大36[V]まで、またカソードアノード間電流Ikaは最低1~最大100[mA]まで流せます。この範囲内で使用しないといけません。またこのICの損失はVka*Ikaですね。VkaとIkaが大きいほど発熱しますのでご注意ください。基本的にIkaは5[mA]以下がいいかもしれません。
ここでは色々な使い方を紹介しておきます。ちなみに発振する可能性があるので位相補償は各自してください。
動作 -  こんな感じで12[V]の電源を用意し、REF端子には0~5[V]まで振れる信号を入力しました。  REF端子に入力された信号Vrefが2.5[V]を超えると、TL431がオンしR1に電流が流れているのがわかります。 このときVkaは0になってますが、正式には2.5[V]になります。SPICEモデルが不正確なので気にしないでください。つまりオンしたときのVkaは2.5[V]まで下がります。 ということでREF端子の電圧が2.5Vになるとオンすることがわかりました。コンパレータのような動作をしていますね。 ここでは色々な使い方を紹介しておきます。発振する可能性があるので位相補償は各自お願いします。
回路例 =
コンパレータ -   さっきのコンパレータを応用します。 信号電圧Vsigが一定電圧を超えると、カソードの電圧が2.5Vまで下がってR3とカソードアノードに電流が流れます。この原理はスイッチング電源のエラーアンプとしてめちゃくちゃ使われています。(私が作ったコンバータもそうです) REFの電圧が2.5[V]になればTL431がオンするので、分圧前のオン電圧Vsig(on)との方程式を組み $${\frac{R_1V_{sig(on)}}{R_1+R_2}=2.5}$$ つまり、信号電圧Vsigがある電圧を超えたときに電流が流れ出す電圧Vonは $${V_{sig(on)}=2.5(1+\frac{R_2}{R_1})}$$ 非反転増幅回路の式になっちゃいましたね。Vsigがこの電圧を超えるとR3に電流が流れます。 サージ電圧検出回路 -   ちょっとわかりにくいですけど、Vsigがある電圧を超えるとVsgの電圧が12[V]まで上昇してるのがわかります。 このときの信号電圧Vonは、同じく $${V_{sig(on)}=2.5(1+\frac{R_2}{R_1})}$$ となりますね。 フォトカプラを使って絶縁することもできます。
(可変)基準電圧 -   抵抗三本で自由な電源電圧から、一定の電圧となる基準電圧Vthが生成できる回路です。2.5V以上のあれば好きな基準電圧を作れます。
Vthは、非反転増幅回路の式を用いて
Vthは、さっきの非反転増幅回路の式を用いて
$${V_{th}=2.5(1+\frac{R_2}{R_1})}$$ となります。 (可変)リニアレギュレータ・安定化電源 -   さっきの応用して、トランジスタを追加してさらに電流を流せるようにしたものです。 めっちゃシンプルだけどカスタマイズし放題なリニアレギュレータが作れちゃいます。 出力電圧Voutは $${Vout=2.5(1+\frac{R_2}{R_1})}$$ ですね。そしてQ1を大きくしたりダーリントンにすれば大電流に対応できます。またR1やR2を可変抵抗にすれば可変電源も作れますね。 (可変)定電流回路 -   これもさっきのを応用したものです。Rloadの抵抗値などや電源電圧に関わらず一定の電流を流し続けます。Rloadに流れる電流IRは $${I_R=\frac{2.5}{R_4}(1+\frac{R_2}{R_1})}$$ です。 もちろんR1やR2を可変抵抗にすると可変定電流回路にすることができます。
コンパレータ -   中身はオペアンプなのでもちろんコンパレータとしても使えます。 信号電圧Vsigが一定電圧を超えると、カソードの電圧が2.5Vまで下がってR3とカソードアノードに電流が流れます。この原理はスイッチング電源のエラーアンプとしてめちゃくちゃ使われています。(私が作ったコンバータもそうです) 信号電圧Vsigがある電圧を超えたときに電流が流れ出す電圧Vonは $${V_{on}=2.5(1+\frac{R_2}{R_1})}$$ さっきと同じですね。この電圧を超えるとR3に電流が流れます。
サージ電圧検出回路 -   ちょっとわかりにくいですけど、Vsigがある電圧を超えるとVsgの電圧が12[V]まで上昇してるのがわかります。 このときの信号電圧Vonは、同じく $${V_{on}=2.5(1+\frac{R_2}{R_1})}$$ となりますね。 フォトカプラを使って絶縁することもできます。