Станочные тиски: поворотные и фрезерные тиски. Как выбрать для токарного станка? Как сделать своими руками? Устройство и ГОСТ машинных инструментов

Станочные тиски: назначение, виды и конструкционные особенности

Станочные тиски используются для жесткой фиксации заготовки во время ее технологической обработки. Это препятствует смещению оси во время работы и позволяет соблюсти точную геометрию детали. Тиски отличаются друг от друга габаритами, материалами изготовления, устройством. В статье будут рассмотрены основные виды и особенности изделий:

ГОСТы, материалы и модели станочных тисков

Функциональность и прочность механизма зависит от материалов, используемых при его изготовлении. Допускается применение легированной стали, которая проходит дополнительный цикл закаливания и шлифовки, или чугуна. Ассортимент изделий должен соответствовать требованиям ГОСТ 16518-96, согласно которому выделяют модели неповоротных и поворотных станочных тисков от 7200-0203-02 (80 мм) до 7200-0229-02 (320 мм) с различными размерами паза и максимального хода.

Вне зависимости от рабочих параметров, тиски должны соответствовать одному из классов точности: высокому, повышенному или нормальному. При этом они могут иметь механический или ручной привод.

Классификация и виды механизмов

Все выпускаемые устройства делятся на несколько категорий:

  • ручные;
  • слесарные;
  • станочные;
  • пневматические.

Машинные станочные тиски дополнительно подразделяются на токарные, фрезерные и сверлильные, в зависимости от того, для какого типа станка они разработаны. К станине устройства крепятся посредством шпонок, винта и широкого спектра дополнительных элементов: магнитов, рычагов, эксцентриков. Также они могут иметь съемные губки разных размеров и форм для крепления различных заготовок.

Чаще в промышленности применяются стальные, а не чугунные поворотные станочные тиски с механизированным (гидравлическим или пневматическим) приводом, ускоряющим процесс крепления детали и повышающим надежность фиксации.

Виды и назначение

Изделия делятся на несколько видов в зависимости от того, для какого типа операции они были разработаны:

  • неповоротные;
  • поворотные;
  • прецизионные;
  • универсальные;
  • модульные.

Наиболее удобны поворотные устройства, позволяющие менять угол обработки детали непосредственно в процессе работы (без необходимости ее закрепления в новом положении). Это становится возможным за счет подвижной платформы, двигающейся за счет привода. Однако высокая подвижность отрицательно сказывается на прочности фиксации, поэтому она должна компенсироваться другими параметрами (например, снижением количества оборотов).

Если требуется повышенная точность, используются прецизионные станочные тиски, которые также могут быть:

  • поворотными (заготовка крепится перпендикулярно инструменту);
  • двухосевыми (поддерживается два варианта крепления);
  • синусными (фиксация под произвольным углом).

Они оснащаются губками повышенной прочности с дополнительной шлифовкой, улучшающей сцепление между изделием и заготовкой, и используются при проведении фрезерных работ.

Выбор подходящего оборудования

Правильный выбор поворотных станочных тисков позволяет добиться следующих преимуществ:

  • повысить прочность крепления, что особенно важно при работе с крупными металлическими заготовками;
  • снизить расходы на обслуживание производственной линии: качественное устройство нечувствительно к механическим повреждениям, коррозии, хорошо сопротивляется износу;
  • повысить точность работ без изменения технологического цикла;
  • добиться жесткой фиксации без люфта, что уменьшает риски брака.

При подборе поворотных станочных тисков (например, глобусных) в первую очередь учитываются их размеры: 80, 100, 125, 160, 200, 250, 320 мм. При этом следует помнить, что цифры могут означать разные параметры: например, маркировка «100 мм» говорит о ширине губок, а отметка «200 мм» может показывать их максимальный раствор.

Также необходимо опираться на тип оборудования (фрезерное, шлифовальное или другое), для которого приобретаются тиски, и учитывать особенности заготовок (размер, форма, масса, материал). Это определит предпочтительный материал корпуса и губок (сталь или чугун), подходящие модели, требуемый класс точности.

Если станочные тиски приобретаются впервые, то лучше предварительно получить профессиональную консультацию у производителя – это позволит избежать ошибок при покупке.

Что нужно знать при выборе станочных тисков для фрезерного станка?

В процессе обработки деталей из различных материалов на фрезерных станках практически всегда необходима фиксация обрабатываемого материала.

Читайте также:
Шкаф под лестницей. Своими руками, 500 фото, чертежи, пошаговые инструкции

Именно для этих целей и используют тиски, которые освобождают от необходимости удерживать вручную заготовку, а использовать тиски.

Разновидности и назначение

Главными составляющими тисков являются две губки, которые находятся напротив друг друга. Одна губка плотно закреплена, а вторая перемещается, тем самым зажимая деталь. Фрезерные тиски применяются для перемещения детали лицевой стороной к мастеру, для создания детали в форме круга или для перемещения заготовки на 90 градусов. Их используют как в частных небольших мастерских (например, для изготовления фурнитуры), так и на крупном промышленном производстве для изготовления сложных деталей. По функционалу фрезерные тиски можно разделить на поворотные и неповоротные.

Поворотные

Такие станочные тиски наиболее популярны. Они позволяют менять угол наклона детали во время ее обработки, тем самым избавляя от необходимости закрепления заготовки в новом положении. Однако, здесь есть и свои недостатки. Большая подвижность детали неблагоприятно отражается на ее фиксации. Но этот недостаток, как правило, компенсируется другими параметрами, к примеру, снижением оборотов.

Поворотные тиски могут быть ручными, пневматическими и гидравлическими. Основанием ручных поворотных тисков служит ротационный диск, с помощью которого осуществляется поворот тисков вместе с зажатым в них материалом. На таком диске закреплены с помощью болтов ручные тиски. Расстояние между губками тисков регулируется вручную. Такие тиски используют в основном в небольших мастерских и для обработки хрупких предметов. Они имеют невысокую стоимость и очень практичны.

В основании пневматических тисков также находится ротационный диск. Тиски, прикрепленные на него, состоят из двух пластин и рельсы. К подвижной пластине тисков одним концом прикреплена герметическая трубка. Второй конец трубки соединен с насосом, который может быть электрическим или ручным. Сила зажима тисков регулируется именно насосом, который подает по трубке сжатый воздух.

Гидравлические тиски повторяют принцип действия пневматических, затем лишь исключением, что вместо воздуха по трубке подается жидкость. Как правило, используют воду, но для усиления сжатия используют более вязкие жидкости. Гидравлические тиски являются наиболее популярной разновидностью, их чаще используют в производстве.

Неповоротные

Неповоротные фрезерные тиски, судя по своему названию, не имеют поворотного механизма. Но несмотря на то, что они лишены такой важной функции, неповоротные тиски являются достойным конкурентом для поворотных. Все дело в том, что неповоротные тиски стоят намного дешевле, чем поворотные, поэтому пользуются хорошим спросом. Неповоротные тиски также бывают ручными, с пневматическим и гидравлическим приводом.

Технические требования по ГОСТ

Для изготовления тисков используются прочные материалы, такие как легированная сталь или чугун. Все изделия должны соответствовать ГОСТ 16518-96. Согласно ГОСТ, выделяют станки поворотные и неповоротные с различными размерами максимального хода и паза. В соответствии с техническими требованиями тиски могут быть следующих классов точности:

  • Нормальной точности (Н).
  • Повышенной точности (П).
  • Высокой точности (В).

Части подвижных тисков должны перемещаться плавно, без рывков и не заедать. На поверхностях тисков не должно быть дефектов, таких как трещин, вмятин, коррозии. Применяются требования к шероховатости поверхности, цене деления круговой шкалы в поворотных тисках, сроку службы, ресурсу по точности, безопасности тисков.

Критерии выбора

  1. При выборе нужно руководствоваться несколькими критериями.
  2. Функциональность. Тиски должны полностью соответствовать выполняемым операциям.
  3. Размеры. Зависят от размеров обрабатываемой детали. Чем больше размер инструмента, тем больше его масса.
  4. Материал изготовления. Для изготовления применяются прочные материалы, чем прочнее материал, тем больше вес имеет конструкция.
  5. Возможность поворота детали. В процессе изготовления иногда возникает необходимость повернуть деталь под другим углом.
  6. Качество сборки. Оценивается по внешнему виду, не должно быть перекосов.
  7. Срок гарантии. Гарантия свидетельствует о качестве изделия.
  8. Стоимость. Немаловажный фактор, влияющий на выбор. На стоимость влияют все вышеперечисленные факторы, а также популярность торговой марки.
Читайте также:
Что нужно знать при устанавке акрилового вкладыша в ванну

Для создания любой детали на фрезерном станке необходима точность, которой можно добиться, зафиксировав материал в определенном положении. Неподвижную фиксацию заготовки обеспечивают именно тиски, значительно облегчая работу мастера и повышая качество производимых изделий.

Станочные тиски с конструкцией поворотного устройства

Точность изделий, изготавливаемых на фрезерном станке, достигает 0,1 мм. При этом фрезерование заготовки идет в разных плоскостях. Временами деталь обрабатывается под углом. Это требует надежной фиксации заготовки. Поворотные станочные тиски решают все эти вопросы. В них деталь надежно закрепляется, ведь при помощи поворотного механизма ее можно расположить в любом направлении.

Назначение и применение поворотных тисков

Станочные поворотные фрезерные тиски требуются для того, чтобы иметь возможность обрабатывать деталь с обратной стороны.

Несмотря на то, что в процессе работы движется инструмент, а не заготовка, обработать обратную ее сторону без поворотного механизма невозможно.

Причина в том, что она не видна.

Кроме того, тиски необходимы по следующим причинам:

  • Благодаря такому устройству обрабатываемая поверхность детали всегда будет расположена на переднем плане.
  • В некоторых случаях инструмент перемещать нельзя. Требуется перемещение детали. Например, в случае изготовления круглого изделия.
  • Если тиски развернуть под 90 градусов, то в них удобнее закреплять заготовки. Потом они возвращаются в исходное положение.

Тиски для фрезерного станка, как правило, идут в комплекте с оборудованием. Фрезеровщику значительно удобнее обрабатывать детали при их наличии.

Такие комплекты находят применение:

  • В мастерских с небольшой территорией. Здесь изготавливается фурнитура для мебели или небольшие металлические изделия.
  • В больших заводских цехах. Обрабатываются и изготавливаются крупные изделия. Это могут быть турбины или детали для автомобиля.

Ручное фрезерное приспособление

Поворотные тиски, благодаря ротационному диску, имеют радиус поворота 360 градусов. Вместе с ними поворачивается и зажатая в них деталь. Фиксация диска происходит при помощи стержня, на которым нарезана резьба, а также статичного регулятора, вынесенного за поворотную часть. Для улучшения фиксации в поворотном механизме предусматривается углубление.

Сверху на диске фиксируются ручные тиски. Они снабжены 2 пластинами с демпфирующим материалом. Перпендикулярно располагаются рельсы. Это направляющие по которым одна из пластин передвигается.

В качестве регулирующего элемента используется стержень с резьбой. Он приваривается к центральной части пластины с внутренней стороны. С другой стороны стержня расположена ручка. Этот конец продет через закрепленный намертво регулятор с резьбой на внутренней стороне.

Расстояние между пластинами тисков составляет около 1 мм, при полностью закрученном стержне. Это нужно для того, чтобы не повредить тиски.

Конструкции тисков могут бывать разных модификаций. Например, с 2 подвижными пластинами. Устройство имеет сложный механизм. В других случаях используется рычаг вместо ручки, а также передаточный узел.

Как правило, такой тисковый прибор применяется в небольших мастерских. Слесарный инструмент быстро поддается ремонту. Его легко разобрать или установить на машинный стол. В использовании он удобен и практичен.

Пневматический поворотный инструмент

Основу пневматической конструкции составляет ротационный диск, на котором устанавливаются станочные тиски.

Основу регулирующей конструкции составляет герметичная труба. Один ее конец соединяется с подвижной пластиной в центральной, наружной ее части. Второй присоединяется к насосу — ручному или электрическому.

Читайте также:
ТОП-12 лучших строительных уровней пузырькового типа

В случае необходимости увеличения силы зажима, в трубу закачивается воздух. В результате пластина под его давлением движется вперед. При ослаблении усилия происходит стравливание воздуха, который перегоняется во вторую трубку, соединенную с другим насосом, выполняющим противоположную функцию.

Пневматический станок создает значительно большее усилие, чем ручной.

Гидравлический тип тисков

Гидравлические тиски обеспечивают наибольшую величину зажима. Принцип действия у них такой же, какой и у пневматических, только вместо воздуха используется вода. При необходимости развития особо большого усилия, заливается вязкая жидкость. Такие приспособления подключаются к резервуару, где залита используемая жидкость. Емкость не является открытой.

Тиски имеют высокую стоимость. Поэтому применяются на предприятиях, изготавливающих высокотехнологичную продукцию. Располагаться они могут на автоматизированных станках.

Установка на станок и хранение

Как правило, установка на оборудование идет непосредственно под фрезу. Станки уже имеют заводское крепление под тиски. Если других вариантов расположения тисков нет, то всегда можно отрегулировать их положение по высоте. Это создает удобство при работе с разного размера деталями.

В некоторых случаях хранение ведется вместе со станком. Это происходит в случае габаритных конструкций. В таком случае они хорошо смазываются при длительном хранении. Если приспособление миниатюрное, то оно снимается и заворачивается в промасленную бумагу.

Существующие виды поворотных тисков применяются в зависимости от размеров производства и сложности изготавливаемых деталей. Если это крупные цеха, то часто устанавливаются гидравлические или пневматические тиски, как самые мощные. В мастерских поменьше лучше применять ручные приспособления. Они более маневренные и лучше подходят для таких площадей.

Самодельные станочные тиски своими руками

Очень сложно держать металлическую заготовку руками и одновременно ее обрабатывать. Если необходимо жестко фиксировать деталь под углом, мастеру и вовсе не позавидуешь. Для такой работы просто необходимы тиски. Но большинство производителей не включают в комплект оснастку, которая автоматически повышает стоимость оборудования. Фабричные фрезерные тиски стоят относительно недорого и, тем не менее, некоторые умельцы умудряются сделать своими руками самодельные аналоги. Хотя это совсем непросто.

Виды и назначение тисков

Дополнительные приспособления для фрезерного станка бывают универсальными и специальными. Поворотные станочные тиски относятся к универсальному типу оснастки, их можно использовать для работы на различном оборудовании с разными заготовками. Существует несколько видов тисков для выполнения специальных операций.

Станочные поворотные тиски предназначены для закрепления деталей на станке во время обработки: фрезерования, сверления, шлифования и других. Их используют в единичном или массовом производстве на оборудовании следующих типов:

  • фрезерных станках;
  • сверлильных станках;
  • обрабатывающих центрах;
  • электроэрозионных станках;
  • плоскошлифовальных станках;
  • станках с числовым программным управлением.

Тиски удобно использовать для измерения деталей и их поверки.

Виды тисков для фрезерных аппаратов:

  • неповоротные тиски;
  • 2-х поворотные;
  • глобусные или 3-х поворотные;
  • поворотные.

Виды тисков для шлифовальных аппаратов:

  • лекальные;
  • прецизионные;
  • модульные;
  • самоцентрирующиеся;
  • синусные.

Тиски фрезерного типа различаются по степени механизации и бывают:

  • с пневматическим приводом;
  • с ручным приводом на винтовой передаче;
  • с гидроусилителем прижима.

Основное требование к универсальной оснастке — точность выполняемых манипуляций. Этот показатель является определяющим для использования тисков на оборудовании различного типа. Поворотные модели пользуются большим спросом, потому что предоставляют большие технические возможности использования и более удобны.

Конструкция и принцип действия поворотных тисков

Изготавливают инструмент из ковкого чугуна или нержавеющей стали. Для дополнительной прочности все функциональные грани закаляются и шлифуются.

Читайте также:
Что такое биокамин и как работает этот прибор

Конструкция любых тисков содержит: основание, пару зажимных губок, одна из которых жестко зафиксирована, вторая подвижна, направляющую и зажимной винт. В дополнение к базовым элементам, поворотные оснащены дополнительными деталями, которые расширяют их функционал.

Основание представляет собой планку, на которую крепятся зажимы, винт и все передаточные механизмы. Губки (по-научному зажимы) располагаются на подшипниках, к одному из них прикрепляется прижимной винт. В самодельных конструкциях можно использовать простой стержень с нарезанной резьбой. Заводская модификация подразумевает размещение на винте шестеренок передачи. Система приведения в движение губок может быть различной. Самая простая — винт вращается в резьбе корпуса и своим концом толкает зажим. То есть при кручении винта вправо губки сближаются, при вращении влево — отодвигаются.

В поворотных моделях механизм перемещения зажимов обычно значительно совершеннее и содержит шестеренки передачи. Шестеренки могут быть конусными или прямоугольными.

Прижимные планки

Одна из особенностей устройства — наличие прижимных планок. Планка захватывает деталь и после этого фиксируется на основании. Планки выполняются разнообразных форм: крестовины, ровной пластинки, угольника, подковы.

На наиболее совершенных поворотных тисках планки оснащены пружинными устройствами, которые позволяют максимально удобно обрабатывать заготовку.

Особенность поворотной конструкции в том, что обычные тиски устанавливают на поворотный стол, который может перемещаться прямо и по кругу. Благодаря этому деталь можно своими руками перемещать на углы от -10 до +90 градусов, крутить в плоскости на 360 градусов и фиксировать в любом необходимом положении. У многих моделей основание съемное.

Жесткость это второе необходимое требование к станочным тискам. Устанавливаются на станок они по шпоночному типу и накрепко фиксируются болтами.

Основные технические характеристики:

  • габариты губок (ширина, высота, развод);
  • высота и длина;
  • усилие зажима;
  • продольное и поперечное перемещение;
  • масса.

От габаритов зависят размеры деталей, которые можно будет надежно удерживать. Усилие зажима у инструмента с ручным приводом варьируется от 20 000 до 55 000 Н. Минимальный вес устройства составляет 7 кг, самые крупные модели весят более тонны.

Изготовление поворотных тисков своими руками

Чтобы своими руками сделать поворотные тиски, необходимы навыки в металлообработке, сварке и соответствующее оборудование. Самодельное устройство своими руками выполняется из нержавеющей стали.

  1. Изготавливается струбцина, которая будет удерживать на верстаке самодельные тиски.
  2. Вырезаем своими руками две стальные пластины, в которых просверливаем по 3 отверстия для направляющих. Свариваем каретку и собираем конструкцию: в среднее отверстие вставляем штырь с резьбой, по краям гладкие штыри — направляющие для прижимной губки. На свободный конец винтового штыря прикрепляем ручку для удобства управления.
  3. Своими руками на болты прикручиваем неподвижную губку, головки болтов утапливаем в касательной поверхности, гайки располагаем с внешней стороны. Чтобы сделать держатель для прижимной губки, используем сварку. Держатель представляет собой уголок с тремя треугольными ребрами жесткости. К каретке горизонтальная часть держателя крепится на болты. Саму губку также фиксируем болтами. Это позволит в будущем менять губки, например, можно сделать дополнительные из уголка для фиксации труб.
  4. Изготавливаем своими руками шарнир для изменения положения заготовки. Для этого опять придется воспользоваться сварочным аппаратом. Положение фиксируется с помощью штыря с резьбой и пары гаек.

Более простую самодельную поворотную конструкцию можно собрать своими руками из обычных столярных тисков, трещотки для плашек, трубореза и шаровой опоры. Токарные работы понадобятся при изготовлении переходника на шаровую опору. Недостаток этой модели в том, что в плашки удобно вставлять только круглые заготовки. Кроме этого, верхняя часть свободно двигается в шаровой опоре, не продуман фиксатор. Но в качестве примера для доработок и размышлений такая конструкция имеет право на жизнь.

Читайте также:
Фольгированный изолон и его применение

Станочные тиски с конструкцией поворотного устройства

Точность изделий, изготавливаемых на фрезерном станке, достигает 0,1 мм. При этом фрезерование заготовки идет в разных плоскостях. Временами деталь обрабатывается под углом. Это требует надежной фиксации заготовки. Поворотные станочные тиски решают все эти вопросы. В них деталь надежно закрепляется, ведь при помощи поворотного механизма ее можно расположить в любом направлении.

Назначение и применение поворотных тисков

Станочные поворотные фрезерные тиски требуются для того, чтобы иметь возможность обрабатывать деталь с обратной стороны.

Несмотря на то, что в процессе работы движется инструмент, а не заготовка, обработать обратную ее сторону без поворотного механизма невозможно.

Причина в том, что она не видна.

Кроме того, тиски необходимы по следующим причинам:

  • Благодаря такому устройству обрабатываемая поверхность детали всегда будет расположена на переднем плане.
  • В некоторых случаях инструмент перемещать нельзя. Требуется перемещение детали. Например, в случае изготовления круглого изделия.
  • Если тиски развернуть под 90 градусов, то в них удобнее закреплять заготовки. Потом они возвращаются в исходное положение.

Тиски для фрезерного станка, как правило, идут в комплекте с оборудованием. Фрезеровщику значительно удобнее обрабатывать детали при их наличии.

Такие комплекты находят применение:

  • В мастерских с небольшой территорией. Здесь изготавливается фурнитура для мебели или небольшие металлические изделия.
  • В больших заводских цехах. Обрабатываются и изготавливаются крупные изделия. Это могут быть турбины или детали для автомобиля.

Ручное фрезерное приспособление

Поворотные тиски, благодаря ротационному диску, имеют радиус поворота 360 градусов. Вместе с ними поворачивается и зажатая в них деталь. Фиксация диска происходит при помощи стержня, на которым нарезана резьба, а также статичного регулятора, вынесенного за поворотную часть. Для улучшения фиксации в поворотном механизме предусматривается углубление.

Сверху на диске фиксируются ручные тиски. Они снабжены 2 пластинами с демпфирующим материалом. Перпендикулярно располагаются рельсы. Это направляющие по которым одна из пластин передвигается.

В качестве регулирующего элемента используется стержень с резьбой. Он приваривается к центральной части пластины с внутренней стороны. С другой стороны стержня расположена ручка. Этот конец продет через закрепленный намертво регулятор с резьбой на внутренней стороне.

Расстояние между пластинами тисков составляет около 1 мм, при полностью закрученном стержне. Это нужно для того, чтобы не повредить тиски.

Конструкции тисков могут бывать разных модификаций. Например, с 2 подвижными пластинами. Устройство имеет сложный механизм. В других случаях используется рычаг вместо ручки, а также передаточный узел.

Как правило, такой тисковый прибор применяется в небольших мастерских. Слесарный инструмент быстро поддается ремонту. Его легко разобрать или установить на машинный стол. В использовании он удобен и практичен.

Пневматический поворотный инструмент

Основу пневматической конструкции составляет ротационный диск, на котором устанавливаются станочные тиски.

Основу регулирующей конструкции составляет герметичная труба. Один ее конец соединяется с подвижной пластиной в центральной, наружной ее части. Второй присоединяется к насосу — ручному или электрическому.

В случае необходимости увеличения силы зажима, в трубу закачивается воздух. В результате пластина под его давлением движется вперед. При ослаблении усилия происходит стравливание воздуха, который перегоняется во вторую трубку, соединенную с другим насосом, выполняющим противоположную функцию.

Пневматический станок создает значительно большее усилие, чем ручной.

Гидравлический тип тисков

Гидравлические тиски обеспечивают наибольшую величину зажима. Принцип действия у них такой же, какой и у пневматических, только вместо воздуха используется вода. При необходимости развития особо большого усилия, заливается вязкая жидкость. Такие приспособления подключаются к резервуару, где залита используемая жидкость. Емкость не является открытой.

Читайте также:
Стиль минимализм в оформлении фасада дома

Тиски имеют высокую стоимость. Поэтому применяются на предприятиях, изготавливающих высокотехнологичную продукцию. Располагаться они могут на автоматизированных станках.

Установка на станок и хранение

Как правило, установка на оборудование идет непосредственно под фрезу. Станки уже имеют заводское крепление под тиски. Если других вариантов расположения тисков нет, то всегда можно отрегулировать их положение по высоте. Это создает удобство при работе с разного размера деталями.

В некоторых случаях хранение ведется вместе со станком. Это происходит в случае габаритных конструкций. В таком случае они хорошо смазываются при длительном хранении. Если приспособление миниатюрное, то оно снимается и заворачивается в промасленную бумагу.

Существующие виды поворотных тисков применяются в зависимости от размеров производства и сложности изготавливаемых деталей. Если это крупные цеха, то часто устанавливаются гидравлические или пневматические тиски, как самые мощные. В мастерских поменьше лучше применять ручные приспособления. Они более маневренные и лучше подходят для таких площадей. О том, как самостоятельно изготовить слесарные тиски читайте здесь.

Характеристики и схема включения TL431

Устройство TL431 является стабилизатором напряжения и программируемым источником опорного напряжения. Оно является наиболее популярным в сфере использования импульсных источников питания. В статье объясняется, что это такое, имеется описание того, где и как используются TL431 и TL431A, рассказывается, какие существуют особенности конструкции. Также указаны технические характеристики и прилагаются схемы подключения и применения устройства.

Что это такое

Параллельный стабилизатор TL431 работает так же, как стандартный стабилизатор. Различие уровня напряжения выхода и входа компенсируется благодаря мощному транзистору биполярного типа. Стабилизация будет лучше при условии того, что обратная связь поступает с выхода самого стабилизатора.

Резистор R1 должен быть рассчитан на минимальный ток, который равен 5 мА. Резисторы R2 и R3 рассчитываются аналогично, как для стабилизатора параметрического типа. Через каждый резистор протекает ток, у которого сила обратно пропорциональна значению сопротивления резистора. Существует два типа соединений резисторов: параллельное и последовательное соединение в форме цепи.

Где и как используется

Такие устройства, как правило, используются для компенсации колебаний напряжения в сети. Например, когда включена большая машина, потребность в энергии внезапно становится намного выше. Стабилизатор напряжения компенсирует изменение нагрузки. Стабилизаторы напряжения обычно работают в диапазоне напряжений, например, 150-240 В или 90-280 В.

Стабилизаторы напряжения используются в таких устройствах, как блоки питания компьютеров, где они стабилизируют напряжения постоянного тока. В автомобильных генераторах и центральных электростанциях-генераторах стабилизаторы напряжения контролируют мощность установки.

Выпускать устройство TL431 начали в 1977 году. Оно применяется в качестве источника опорного напряжения в схемах различных блоков питания ТВ, DVD, тюнеров и других разновидностей видео- и аудиотехники.

Также устройство необходимо для реализации обратной связи: выходное напряжение очень большое или же очень маленькое. Эксплуатируя участок цепи, который называется бандгап (источник опорного напряжения; его величина определяется шириной запрещённой зоны), TL431 является стабильным источником опорного напряжения в широких температурных диапазонах.

Особенности конструкции

У TL431 есть альтернативная версия TL43LI, у которой более лучшая стабильность, а также более низкий температурный дрейф (VI (dev)). Также у улучшенной версии более низкий опорный ток, которой необходим для повышения уровня точности всей системы.

Устройство TL431 является трёхконтактным и регулируется шунтирующим регулятором с термической стабильностью. Напряжение на выходе может устанавливаться между значением источника опорного напряжения (Vref) 2.5 и 36 В с двумя внешними резисторами. У устройства на выходе стандартный электрический импенданс – 0,2 Ом. Схема активного выхода обеспечивает очень точный способ включения. Эта возможность делает аппарат превосходной заменой диодов Зенера (стабилитронов) во многих областях применения, таких как встроенное регулирование и переключение источников питания.

Читайте также:
Штраф за незаконную врезку в канализацию: незаконное подключение, кто дает разрешение

Другая версия устройства – TL432 – имеет те же функциональные и технические характеристики, что и верися TL431, но имеет различные выводы для цоколевки DBV, DBZ и PK. Обе версии TL431 и TL432 представлены в трех классах с изначальными температурными пределами (при 25 градусах) 0.5%, 1% и 2% для B, A и стандартного класса соответственно. Более того, низкий дрейф на выходе в зависимости от температуры обеспечивает хорошую стабильность во всем диапазоне рабочих температур.

Цоколевка TL431 имеет следующий вид:

Распиновка TL431 выглядит так:

Технические характеристики TL431 и TL431A

У TL431A и TL431 такие параметры:

  • Мощность составляет 0.2 Вт.
  • Электрический ток на выходе достигает 100 мА.
  • Напряжение на выходе варьируется от 2,5 до 36 В.
  • Рабочая температура TL431 в диапазоне от 0 до +70 градусов.
  • Рабочая температура TL431A варьируется от -40 до +85 градусов.

Также важны другие параметры.

Выходное напряжение

Оно может поддерживаться постоянным только в указанных пределах.

Регулировка нагрузки

Эта характеристика является изменением выходного напряжения для данного текущего тока нагрузки

Линейное регулирование или регулирование на входе

Это степень, в которой выходное напряжение претерпевает изменения с изменением входного (питающего) напряжения. Это аналогично отношению изменения выходного сигнала к входному или изменению выходного напряжения за весь промежуток времени.

Температурный коэффициент выходного напряжения

Это показатель изменения температуры (усредненное по заданному температурному диапазону).

Изначальная точность регулятора напряжения (или точность напряжения)

Оно отображает ошибку в выходном напряжении для заданного регулятора без учета температурного фактора на точность вывода.

Падение напряжения

Показатель – минимальная разница между входным и выходным напряжением. Для этой разницы регулятор все еще может подавать указанный ток. Дифференциальный ток ввода-вывода, при котором регулятор напряжения не будет выполнять свою функцию, – падение напряжения. Дальнейшее снижение входного напряжения может привести к понижению выходного напряжения. Данное значение зависит от тока нагрузки и температуры перехода.

Пусковой ток или импульсный входной ток

Также называется импульсный выброс при включении. Данный параметр отображает максимальный мгновенный входной ток, который потребляется устройством во время первого включения. Период длительности пускового тока – полсекунды (или несколько миллисекунд), тем не менее он почти всегда высок. Учитывая это, он является опасным, так как может постепенно сжигать детали (в течение нескольких месяцев), особенно если нет соответствующей защиты от такого типа тока.

Ток покоя в цепи регулятора

Этот электрический ток потребляется внутри цепи. Он недоступен для нагрузки и измеряется как входной ток без подключения нагрузки.

Переходная реакция

Эта реакция происходит, когда случается внезапное изменение электротока нагрузки или же входного напряжения.

Расчёт напряжения TL431

Схемы применения TL431

Для того, чтобы правильно подключить, важно соблюдать технику безопасности и следовать последовательности, как, например, при применении схемы подключении двухклавишного выключателя или при применении схемы подключения узо.

Работа микросхемы

Извне принцип работы аппарата выделяется довольно несложно. Если подать на контакт ref напряжение, которое превышает 2 В, тогда выходной транзистор проведёт электрически ток между анодом и катодом. Ток, который идёт к микросхеме, в блоке питания в таком случае увеличивается. Это вызывает уменьшение мощности блока питания. Затем происходит уменьшение напряжения до допустимого уровня. Следовательно, для блока питания применяют TL431 с целью того, чтобы поддерживалось стабильное выходное напряжение.

Читайте также:
Что лучше паркет или паркетная доска - сравнительная характеристика

Одна из самых важных частей микросхемы – источник опорного напряжения. Он эквивалентен ширине запрещённой зоны. Основные составляющие есть на фото кристалла – пространство эммитера транзистора Q5 в восемь раз превышает Q4. Так, два транзистора имеют разные реакции на температуру. Объединение выходных сигналов с транзисторов происходит посредство объединения через резисторы R4, R3 и R2 в необходимой пропорции с целью компенсации эффектов температуры. Итого, формируется стабильный опорный сигнал.

В компаратор по температуре из стабилизированной запрещённой зоны посылается напряжение. Входом компаратора служат Q9 и Q8, Q1 и Q6. Выход же компатора идёт через Q10, чтобы управлять резистором Q11 (выходной).

Схема включения TL431

Схема включения и контроля напряжения TL431A

Нередко терморезистор выполняет функцию датчика температуры, уменьшая степень своего сопротивления в случае возрастания температуры. Это происходит по причине отрицательного температурного коэффициента сопротивления (ТКС). Те резисторы, у которых сопротивление увеличивается вместе с увеличением температуры (с положительным значением ТКС), имеют название позисторы. В этом терморегуляторе в случае превышения температуры заданного лимита, заработает реле или любое другое устройство с подобными функциями. Оно сразу же отключит нагрузку или включит систему охлаждения в зависимости от ситуации.

Данная схема имеет малый гистерезис, и чтобы его увеличить, нужно ввести ООС (отрицательная обратная связь) между выводами 1-3. К примеру, подстроченный резистор с сопротивлением 1.0-0.5 мОм. Надо подобрать экспериментальным путём подобрать в зависимости от требуемого гистерезиса. Если требуется, чтобы устройство срабатывало во время температурного снижения, тогда следует поменять местами регуляторы и датчик. Иначе говоря, включить в верхнее плечо термистор, а в нижнее – переменное сопротивление с самим резистором.

Подключение устройства TL431 требует внимания и является ответственной операцией, при которой важно не пренебрегать правилами безопасности, как например при подключении электроплиты.

Как работает микросхема TL431, схемы включения, описание характеристик и проверка на работоспособность

При разработке электронных схем часто появляется потребность в маломощном стабилизаторе напряжения или в источнике образцового напряжения. Ряд фиксированных напряжений закрывается нерегулируемыми интегральными стабилизаторами. Регулируемые строят на микросхеме LM317, но у нее имеются определенные врожденные недостатки и зачастую излишний функционал. Во многих случаях проблему решит микросхема TL431, позволяющая получить маломощный источник стабильного напряжения, которое можно регулировать в пределах от 2,5 до 36 В.

Что из себя представляет микросхема TL431

Эту микросхему, разработанную в 70-х годах ХХ века, часто называют «регулируемым стабилитроном», и на схеме обозначают, как стабилитрон с двумя классическими выводами – анодом и катодом. Также имеется третий вывод, о назначении которого позже. На вид микросборка стабилитрон совсем не напоминает. Выпускается, как обычная микросхема, в нескольких вариантах корпуса. Изначально изготавливались варианты только под плату с отверстиями (true hole), с развитием SMD-технологий TL431 стали «упаковывать» и в корпуса для поверхностного монтажа, включая популярные SOT с различным количеством выводов. Минимально необходимое для работы количество ног – 3. Некоторые корпуса содержат большее количество выводов. Излишние ножки либо никуда не подключены, либо задублированы.

Основные характеристики TL431

Основные характеристики, знание которых достаточно для выполнения 90+ процентов задач, возникающих при разработке электронных схем:

  • пределы выходного напряжения – 2,5…36 В (это можно отнести к минусам, так как современные регуляторы имеют нижний лимит от 1,5 В);
  • наибольший ток – 100 мА (он невелик, сравним со стабилитроном средней мощности, поэтому перегружать микросхему не стоит, защиты у неё нет);
  • внутреннее сопротивление (импеданс эквивалентного двухполюсника) – около 0,22 Ом;
  • динамическое сопротивление – 0,2…0,5 Ом;
  • паспортное значение Uref=2,495 В, точность – в зависимости от серии, от ±0,5% до ±2%;
  • рабочий диапазон температур для TL431С – 0…+70 °С, для TL431A – минус 40…+85 °С.
Читайте также:
Трубы ПВХ для наружной канализации: виды, достоинства и недостатки, сортамент

Прочие характеристики, включая графики зависимости параметров от температуры, можно посмотреть в даташите. Но в большинстве случаев они не понадобятся.

Назначение выводов и принцип работы

При анализе внутренней структуры микросхемы становится понятно, что сравнение со стабилитроном довольно условно.

Больше всего строение TL431 напоминает компаратор. На инвертирующий выход подано опорное напряжение Vref, равное 2,5 В. Это напряжение стабилизировано, поэтому выходное также будет стабильным. Неинвертирующий выход выведен наружу. Если поданное на него напряжение не превышает опорного, на выходе компаратора ноль , транзистор закрыт, ток не течёт. Если на прямом входе напряжение превышает 2,5 В, то на выходе дифференциального усилителя появляется положительный уровень, транзистор открывается, через него начинает течь ток. Этот ток ограничивается внешним сопротивлением. Такое поведение напоминает лавинный пробой стабилитрона при приложении к нему обратного напряжения. Диод предназначен для защиты от обратного включения микросхемы.

Важно! Вывод опорного напряжения нельзя оставлять никуда неподключенным, он требует тока минимум 4 мкА.

Фактически и эта схема условна – она пригодна только для объяснения характера работы. Реально всё реализовано по другим принципам. Так, внутри схемы нельзя найти точку с опорным напряжением 2,5 В.

Примеры схем включения

Один из вариантов схемы включения TL431 – обычный компаратор. На нём можно построить какие-нибудь пороговые реле – например, реле уровня, реле освещения и т.д. Только источник опорного напряжения у неё встроенный и регулировке не подлежит, поэтому регулируют ток и падение напряжения через датчик.

Как только на датчике упадет 2,5 В, выходной транзистор микросхемы откроется, через светодиод пойдет ток и он загорится. Вместо LED можно использовать маломощное реле или транзисторный ключ, коммутирующий нагрузку. Резистором R1 можно подстроить уровень срабатывания компаратора. R2 служит балластом и ограничивает ток через светодиод.

Но подобное включение не дает возможности использовать все возможности TL431 – компаратор можно построить на любой другой микросхеме, более подходящей для таких реле. Эта же сборка разработана для других целей.

Самая простая схема включения TL431 в режиме параллельного стабилизатора – источника опорного напряжения 2,5 В. Для этого нужен лишь балластный резистор, который ограничит ток через выходной транзистор.

Важно! В отличие от классической схемы включения стабилитрона, не стоит параллельно выходу устанавливать конденсатор. Это может привести к возникновению паразитных колебаний. В целом он и не нужен, так как разработчики приняли меры по снижению шумов на выходе. Но из-за этого микросхему нельзя использовать в качестве основы для генератора шума, как обычный стабилитрон.

Более полно возможности микросхемы используются в схеме с обратной связью, образованной резисторами R1 и R2.

При подаче питания напряжение на выходе возрастает и стабилизируется в течение нескольких микросекунд (скорость нарастания не нормируется). Uстаб задается делителем, его можно вычислить по формуле Uстаб=2,495*(1+R2/R1). При расчетах надо иметь в виду, что внутреннее сопротивление при таком включении возрастает в (1+R2/R1) раз.

Читайте также:
Температура плавления бронзы и особенности литья в домашних условиях

Можно увеличить нагрузочную способность стабилизатора классическим способом, включением дополнительного биполярного транзистора.

Важно! Транзистор обязательно включается в цепь петли обратной связи.

Такое включение преобразует схему в параллельный стабилизатор, требующий превышения входного напряжения над выходным. Его КПД не может превышать отношения Uвых/Uвх. Это ухудшает параметры стабилизатора, поэтому лучше применить полевой транзистор, на нём падение напряжения меньше.

Здесь КПД выше за счёт меньшей потребной разницы между входным и выходным напряжением, но понадобится дополнительный источник питания для затвора транзистора – его напряжение должно превышать Uвх.

На TL431 можно собрать стабилизатор тока.

Ток в цепи коллектора транзистора будет равен Iстаб=Vref/R1.

Если эту же схему включить в виде двухполюсника, то получится ограничитель тока.

Ток будет ограничиваться на уровне Io=Vref/R1+Ika. Номинал балластного резистора надо выбирать из условий Rб=Uвх(Io/hfe+Ika), где hfe – коэффициент усиления транзистора. Его можно замерить мультиметром, имеющим такую функцию.

Радиолюбители используют микросхемы и в нестандартных включениях. TL431 имеет склонность к самовозбуждению, что является недостатком. Но это дает возможность её использования в качестве генераторов, управляемых напряжением. Для этого на выход устанавливают конденсатор.

Какие существуют аналоги

Микросхема имеет высокую популярность в мире профессионалов и любителей электроники. Поэтому её выпускают многие изготовители. Всемирно известные фирмы Texas Instruments (как разработчик), Motorola, Fairchild Semiconductor и другие производят микросхему под оригинальным названием. Нельзя не упомянуть выпускавшийся ранее стабилизатор TL430, с Vref=2,75 В и увеличенным в полтора раза максимальным рабочим током. Но эта микросхема была менее востребована, и до начала эпохи SMD-монтажа не дожила.

Другие производители выпускают регулятор напряжения с другими буквенными индексами, но обязательно имеющими в своих названиях цифры 431 (в противном случае потребитель просто не обратит внимания на неизвестную микросхему). На рынке присутствуют:

  • KA431AZ;
  • KIA431;
  • HA17431VP;
  • IR9431N

и другие микросхемы, сходные по функционалу. Но изделия малоизвестных и неизвестных производителей не гарантируют соответствие параметров.

Существует отечественный аналог – КР142ЕН19А, выпускается в корпусе КТ-26 (похож на транзистор малой мощности). Полностью аналогичен оригинальной микросхеме, но некоторые характеристики немного отличаются. Так, внутреннее сопротивление нормируется в пределах Как проверить работоспособность микросхемы TL431

Микросхема имеет достаточно сложную внутреннюю структуру, поэтому проверить её одним тестером нельзя. В любом случае придется собирать какую-то схему. Если есть регулируемый источник питания, то потребуется три резистора и светодиод.

Напряжение источника питания должно быть не более 36 В. R1 выбирается так, чтобы при максимальном напряжении ток через светодиод не превысил 10-15 мА. Соотношение R1 и R3 должно быть таким, чтобы при максимальном напряжении источника на R3 падало более 2,5 В, а лучше – больше 3. При повышении выходного напряжения от 0 В до достижения на R3 порога светодиод вспыхнет, а значит микросхема исправна. Светодиод можно не устанавливать, а просто замерить напряжение на катоде – оно должно скачкообразно измениться.

Если регулируемого источника нет, а есть блок питания с постоянным напряжением, придется вместо R3 применить потенциометр. При вращении движка в обе стороны, светодиод должен загораться и гаснуть.

Рынок электронных компонентов предлагает очень широкий спектр интегральных стабилизаторов напряжения. Но и область применения очень обширна, поэтому свою нишу на рынке имеют многие типы микросхем. Включая TL431.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: