一、LM431简介

LM431是一款非常常见的三端可调稳压器，也称为可调基准电压源，它被广泛应用于电子电路中，特别是在电压参考、精密电源设计和调节电压等方面。其主要特点是低成本、高精度、宽调节范围，并且具备较高的稳定性。LM431内部结构简单，能够提供从2.495V到36V的可调参考电压，因此在很多需要精密调节电压的应用场合非常适用。

二、LM431的工作原理

LM431的核心工作原理是基于带隙参考电压源和运算放大器的结合，通过外部反馈电路来调节输出电压。它有三个端口：

• Anode（阳极）： 电压输入端

• Cathode（阴极）： 输出端

• Ref（参考端）： 输入参考电压端

当LM431工作时，参考端连接到电压分压器或其他电路，输出电压则通过反馈机制来调节，从而使输出电压稳定在所需值。

LM431的输出电压与外部的电阻网络密切相关，特别是通过参考端的电压分压来调整输出。该电压参考端的电压一般是固定的2.495V，因此电压计算的核心就是通过外部电阻设定参考端的电压，使得输出电压根据需求而变化。

三、电压计算公式

LM431的输出电压由以下公式来计算：

$$V_{out} = V_{ref} imes left( 1 + frac{R_1}{R_2} ight)$$Vout=Vref×(1+R2R1)

其中：

• $V_{out}$Vout 是输出电压。

• $V_{ref}$Vref 是参考端电压，通常为2.495V。

• $R_1$R1 和$R_2$R2 是两个外部电阻，分别连接在参考端和阴极（输出端）之间。$R_1$R1 连接参考端与阴极，而$R_2$R2 连接阴极与地（GND）。

公式解析：

在上述公式中，$R_1$R1 和$R_2$R2 形成了一个电压分压网络，其中$R_1$R1 连接参考端与输出端，而$R_2$R2 连接输出端与地。根据电阻分压定理，参考电压$V_{ref}$Vref 通过$R_1$R1 和$R_2$R2 的比例来控制输出电压。具体来说，输出电压与参考电压成比例，并且可以通过调整电阻值来改变输出电压的范围。

四、电阻的选择与调节

LM431的应用往往依赖于外部电阻的精确选择来获得所需的输出电压。一般来说，外部电阻$R_1$R1 和$R_2$R2 的选择依赖于具体的应用需求：

• 如果需要较高的输出电压，则可以选择较大的$R_1$R1 或较小的$R_2$R2，从而增大电压比例。

• 如果需要较低的输出电压，则可以选择较小的$R_1$R1 或较大的$R_2$R2，从而减小电压比例。

选择电阻时还需要注意两个方面：

1. 精度： 由于LM431的输出电压是通过电阻分压来调节的，电阻的精度直接影响到输出电压的准确性。因此，选择高精度的电阻器可以确保输出电压的稳定性和准确性。

2. 功率： 电阻器的功率必须能够承受通过电流带来的功耗。为了避免过热和损坏电阻器，电阻值的选择需要考虑电流大小。

五、LM431应用实例

1. 可调稳压电源

在电源设计中，LM431被广泛应用于可调稳压电源的设计。通过改变电阻值，可以轻松调整输出电压，满足不同负载的需求。比如，在为不同设备提供稳定电压时，可以通过调节$R_1$R1 和$R_2$R2 来适配不同的电压要求。

2. 电池充电电路

LM431也常用于电池充电电路中，通过调节电压来确保电池充电过程中的电压稳定性。例如，在锂电池充电器中，LM431可以提供精确的电压参考，确保电池充电过程中的电压不会超过设定值。

3. 电流源设计

在一些需要精密电流控制的电路中，LM431还可以与其他元件结合使用，构建电流源。通过适当的电阻配置，可以使LM431提供恒定电压，从而实现电流的精准控制。

六、LM431的优缺点

优点：

1. 高精度： LM431提供稳定的参考电压，误差较小，适合精密电子设计。

2. 易于调节： 通过外部电阻即可实现输出电压的调节，操作简单。

3. 适用范围广： 能够适应各种电压范围，应用灵活。

4. 低功耗： 相比于一些复杂的稳压芯片，LM431的功耗较低，适合低功耗应用。

缺点：

1. 输出电流限制： LM431适用于低功率应用，若需要提供较大输出电流的电源，可能需要选择其他功率更大的稳压器。

2. 温度影响： LM431的性能受温度变化的影响较大，需要额外的温度补偿设计来确保精度。

七、总结

LM431是一款功能强大的可调稳压器，其电压计算公式$V_{out} = V_{ref} imes left( 1 + frac{R_1}{R_2} ight)$Vout=Vref×(1+R2R1) 为实现不同电压输出提供了灵活的方案。通过精确调节外部电阻，用户可以根据需要设定输出电压，广泛应用于电源管理、电流源设计、电池充电等领域。尽管其输出电流有一定的限制，LM431仍然以其低功耗、简单易用和高精度的特点，成为了电子设计中不可或缺的元件之一。