LM431 是一款常见的可调式电压基准芯片，广泛应用于电源管理、测量设备和各种电子电路中。它采用了三端子可调设计，能够输出精确的电压参考信号，且具有较好的温度稳定性和调节性能。通过改变外部电阻，LM431 可以提供从 2.495V 到 36V 的输出电压。然而，如果用户希望使用 LM431 生成 12V 的电压输出，可以通过合理的外部电阻配置来实现。

本文将详细介绍 LM431 的工作原理、常见应用、如何实现 12V 输出以及相关的设计和参数选择，力求让读者全面理解 LM431 的特点与应用。

1. LM431的基本介绍

LM431 是由国家半导体（National Semiconductor）公司推出的一款可调式电压参考芯片。它具有三端封装形式：一端为参考端，另一端为输出端，第三端为调节端。LM431 的工作原理基于内部带隙参考电压，提供了一个可调的电压输出。通过外部电阻调节，LM431 可以产生从 2.495V 到 36V 的精确电压。

LM431 的应用场景十分广泛，主要包括电源管理、稳压器、电池充电器以及其他需要精确电压参考的电子设备。它的优点在于其高稳定性、低功耗和可调性，尤其适合在温度变化较大的环境中使用。

2. LM431的工作原理

LM431 的工作原理可以通过其内部结构来理解。芯片内部采用带隙参考电压源，其输出电压约为 2.495V，这一值是 LM431 的基准电压。通过外接电阻配置，LM431 可以调节其输出电压，使其符合实际应用的需求。

LM431 的调节端（通常被标记为 Ref 引脚）用于设定目标输出电压。根据调节端与输出端之间的电压差，芯片会调整输出电压，从而满足预定的电压要求。

当 LM431 工作时，其输出端（Vout）与参考端（Ref）之间的电压差保持恒定。具体来说，LM431 会根据外部电阻的大小来确定输出电压。例如，如果外部电阻设定为适当的值，LM431 可以输出 12V 的电压。输出端的电压大小与参考端的电压和外部电阻的比值有关，因此调节电阻是实现特定输出电压的关键。

3. 实现12V输出的方法

要实现 LM431 输出 12V 电压，首先需要了解 LM431 的工作电压范围以及如何调整其输出。LM431 本身的参考电压约为 2.495V，要输出 12V，必须通过外部电阻来调节输出电压。

以下是实现 12V 输出的一种常见方法，采用反馈电阻分压电路。

3.1 调节电阻网络设计

LM431 的输出电压是由参考端（Ref）与输出端（Vout）之间的电压差决定的。通过设置适当的外部电阻，可以调节 LM431 的输出电压。要得到 12V 输出电压，可以采用如下的电阻配置：

• 设定参考电压为 2.495V。

• 选择适当的反馈电阻 R1 和调节电阻 R2，以保证输出电压为 12V。

根据 LM431 的特性，输出电压与参考电压和电阻的比值有关，可以通过以下公式计算：

$$V_{ ext{out}} = V_{ ext{ref}} imes (1 + frac{R1}{R2})$$Vout=Vref×(1+R2R1)

其中，$V_{ ext{ref}}$Vref 是参考电压（大约 2.495V），$R1$R1 是从输出端到调节端的电阻，$R2$R2 是从调节端到地的电阻。

假设希望输出电压为 12V，代入公式：

$$12 = 2.495 imes (1 + frac{R1}{R2})$$12=2.495×(1+R2R1)

计算得到：

$$frac{R1}{R2} = frac{12}{2.495} - 1 approx 3.81$$R2R1=2.49512−1≈3.81

因此，选择$R1$R1 和$R2$R2 的比例为 3.81，即可实现 12V 的输出电压。根据这一比例，可以选择合适的电阻值，例如 R2 为 1kΩ，R1 可以选择为 3.81kΩ。

3.2 稳定性与温度补偿

在实际应用中，需要确保 LM431 的输出电压具有良好的稳定性。温度变化会影响 LM431 的参考电压，因此需要在设计中考虑温度补偿。为了提高电路的稳定性，可以使用低温系数的电阻，并选择适当的外部电容来滤波，减少噪声干扰。

4. LM431的常见应用

LM431 作为一种可调电压参考芯片，具有广泛的应用场景。以下是一些常见的应用：

4.1 电源稳压器

LM431 可作为电源稳压器的核心部件，提供精确的电压参考。在电源设计中，LM431 可以与外部电路配合，生成稳定的输出电压。例如，在适配器设计中，LM431 可以提供所需的 5V、9V 或 12V 输出电压。

4.2 电池充电器

LM431 可用于电池充电器中，提供充电电压的稳定输出。根据不同的电池类型和要求，设计人员可以调节 LM431 的输出电压，确保电池以正确的电压充电。

4.3 电压监控与测量

LM431 还可以用于电压监控系统中，作为电压参考源。通过调节输出电压，LM431 可以在测量电路中提供精准的基准电压，确保测量结果的准确性。

4.4 精密电路

由于 LM431 具有较高的精度和温度稳定性，它适用于一些需要高精度电压参考的应用，如高端测量设备、实验仪器等。

5. LM431的优缺点

5.1 优点

• 高精度：LM431 提供精确的电压参考，通常具有较低的误差。

• 可调性：用户可以根据需要调整输出电压，满足不同的设计需求。

• 温度稳定性好：与其他电压参考芯片相比，LM431 的温度稳定性较好，适合在不同环境条件下使用。

• 低功耗：LM431 工作时消耗的功率较小，非常适合便携式电子设备使用。

5.2 缺点

• 输出电压范围有限：尽管 LM431 可以调节输出电压，但其最大输出电压通常不会超过 36V，对于一些高压应用，可能需要选择其他更合适的芯片。

• 负载能力有限：LM431 本身的输出电流能力较弱，通常只能驱动小功率负载。如果需要驱动大功率负载，需要搭配其他驱动电路。

6. 总结

LM431 是一款非常实用的可调电压参考芯片，能够在多种电子应用中提供精确的电压输出。通过调整外部电阻配置，可以实现不同的输出电压，诸如 12V 输出就是其中的一种常见应用。LM431 的温度稳定性、低功耗和高精度使其成为设计中不可或缺的元件。虽然 LM431 具有一些局限性，如输出电压范围有限，但对于大多数低功率、精密电压参考应用来说，LM431 都能够提供理想的解决方案。