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浅谈恒流二极管与恒流三极管的应用 [复制链接]

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sumasemi
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北京苏玛科信科技发展有限公司

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发表于 2009-03-18 13:55 |只看楼主

恒流二极管与恒流三极管的应用





恒流二极管和恒流三极管是近年来问世的半导体恒流器件，而恒流三极管又是在恒流二极管的基础上发展而成的。它们都能在很宽的电压范围内输出恒定的电流，并具有很高的动态阻抗。由于它们的恒流性能好、价格较低、使用简便，因此目前已被广泛用于恒流源、稳压源、放大器以及电子仪器的保护电路中。
一、
恒流二极管的性能特点
恒流二极管（CRD）属于两端结型场效应恒流器件。其电路符号和伏安特性如图一所示。恒流二极管在正向工作时存在一个恒流区，在此区域内IH不随VI而变化；其反向工作特性则与普通二极管的正向特性有相似之处。恒流二极管的外形与3DG6型晶体管相似，但它只有两个引线，靠近管壳突起的引线为正极。
恒流二极管的主要参数有：恒定电流（IH），起始电压（VS），正向击穿电压（V(BO)），动态阻抗（ZH），电流温度系数（αT）。其恒定电流一般为0.2～6mA。起始电压表示管子进入恒流区所需要的最小电压。恒流二极管的正向击穿电压通常为30～100V。动态阻抗的定义是工作电压变化量与恒定电流值变化量之比，对恒流管的要求是ZH愈大愈好，当IH较小时ZH可达数兆欧，IH较大时ZH降至数百千欧。电流温度系数由下式确定：
αT=[(△IH/IH)/△T]*100%
式中的△IH、△T分别代表恒定电流的变化量与温度变化量。需要指出，恒流二极管的αT可以为正值，也可以是负值，视IH值而定。一般讲，当IH＜0.6mA时，αT＞0；当IH＞0.6mA时，αT＜0。因此，IH＜0.6mA的恒流管具有正的电流温度系数，IH＞0.6mA的管子则具有负的电流温度系数。假如某些管子的IH值略低于0.6mA，那么其αT值伴随IH的变化既可为正，又可为负，通常就用绝对值表示。αT的单位是％／℃。
恒流二极管在零偏置下的结电容近似为10pF，进人恒流区后降至3～5pF，其频率响应大致为0～500kHz。当工作频率过高时，由于结电容的容抗迅速减小，动态阻抗就降低，导致恒流特性变差。
常用的国产恒流二极管有2DH系列，它分为2DH0、2DH00、2DH100、2DH000四个子系列。
二、但流三极管的性能特点

恒流三极管是继恒流二极管之后开发出的三端半导体恒流器件。前已述及，恒流二极管只能提供固定值的恒定电流，外界无法改变；而恒流三极管增加了一个控制端，能在一定范围内对恒定电流进行连续调节，调节范围为0.08～7.00mA，视具体管子型号而定，这就给用户带来了方便。
恒流三极管的电路符号、典型接法和如图二所示。与普通晶闸管（SCR）相似，它也有三个电极：阳极（A），阴极（K），控制极（G）。在电路中A极接正电压，K极接可调电阻RK，G极接RK的另一端。由图二（b）可见，当RK=0时，G-K极间短路，恒流三极管就变成了恒流二极管，此时输出电流为最大，有关系式：IO=IHmax ，接入RK之后，IH就减小，并且RK越大，IH越小。因此，调节RK就能获得连续变化的恒定电流。
国产3DH系列恒流三极管包含3DH1～3DH15（金属壳封装）15种型号。
三、检测恒流二极管的方法
检测恒流二极管的电路如图三所示。E是可调直流电源，向恒流二极管提供工作电压VI。用直流毫安表测量恒定电流IH，同时用一块直流电压表监测工作电压VI。当VI从Vs一直上升到V(BO)时，IH应保持恒定。电路中的RL为负载电阻。
实际测量一只2DH04C型恒流二极管，其标称恒定电流IH==0.4mA，正向击穿电压V(BO)=70V。采用如图三所示电路，由HT-1714C型直流稳压电源代替E，提供0～30V的工作电压。将两块500型万用表分别拨到直流1mA挡和2.5V（或10V、50V挡），测量IH与VI值。RL选用10k欧电位器。首先把RL调至零欧，然后改变E值，可测得其特性参数。
从实测数据可以得到，当VI≥1.5V时管子进人恒流区，IH=0.34～0.36mA，因此该管子的起始电压VS=1.5V。当VI=1.5～15V时，IH恒定不变；当VI=1.5～30V时，IH最多只增加0.02mA，变化率小于5.9％。
然后将RL从零欧调至10k欧，重复上述试验。在VI=1.5～30V的范围内，IH=0.34±0.03mA，变化率△IH/IH＜8.9％。由此证明被测恒流二极管的恒流特性良好，在满足RL<<ZH之条件下，IH基本不随负载而变化。
测量时需注意以下事项：
（1）测量恒流二极管时极性不得接反，否则起不到恒流作用，并且还容易烧毁管子。
（2）由恒流二极管组成电路时，必须使RL<<ZH，否则恒流特性无法保证。
（3）恒流二极管的正向击穿电压V(BO)一般为30～100V。利用兆欧表与直流电压表能够测量V(BO)值。具体方法是将恒流二极管的正、负极分别接兆欧表的E、L接线柱。然后按额定转速摇动兆欧表的手柄，使恒流二极管处于正向软击穿状态，借助于直流电压表即可读出V(BO)值。兆欧表的输出电压虽然可达几百至几千伏，但其内阻很高，因此输出电流很小，不会损坏管子。一旦被测管子正向击穿，兆欧表的输出电压就被钳位于击穿电压上。用此法实测上例中的ZDH04C，V(BO)=72V，比规定值（70V）略高一点。测量时管子极性亦不得接反。
四、恒流管的应用技巧
1、扩展电流或电压的方法
（1）利用并联法扩流、串联法升压
使用一只恒流二极管只能提供几毫安的恒定电流，若将几只恒流管并联使用，则可以扩大输出电流。例如2DH5C型恒流管的IH=5mA，两只管子并联后为10mA，电流扩展了一倍。需要指出，将几只恒流二极管并联使用时，恒流源的起始电压等于这些管子中的最大值，而正向击穿电压则等于这些管子中的最小值。此外，在扩展电流的同时，恒流源的动态阻抗将变小。
利用串联法可以提升电压。例如，将几只性能相同的恒流二极管串联使用，可将耐压值提高到100V以上。假如每只管子的恒流值不等，那末恒流值较小的管子将首先进人恒流状态。必要时可给IH值较小的管子并联一只分流电阻，使各管子同时进人恒流状态。
（2）利用晶体管、场效应管进行扩流及升压
扩流及升压电路分别如图四（a）、（b）所示。
图四是由晶体管JE9013和恒流二极管构成的扩流电路。设恒流管的恒定电流为IH ；JE9013的共发射极电流放大系数为hFE，扩展后的恒流值由下式确定：
IH ‘=(hFE +1)IH≈hFE IH
由结型场效应管3DJ6与恒流二极管组成的升压电路如图四（b）所示。R1、R2均为偏置电阻，阻值应取几十兆欧。令恒流二极管的正向击穿电压为V(BO)，结型场效应管的漏--源极击穿电压为V1，则恒流源的耐压值V2=V(BO)＋V1
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