恒流二極管與恒流三極管的原理及其應用

　　恒流二極管和恒流三極管是近年來問世的半導體恒流器件，而恒流三極管又是在恒流二極管的基礎上發(fā)展而成的。它們都能在很寬的電壓范圍內輸出恒定的電流，并具有很高的動態(tài)阻抗。由于它們的恒流性能好、價格較低、使用簡便，因此目前已被廣泛用于恒流源、穩(wěn)壓源、放大器以及電子儀器的保護電路中。

　　一、恒流二極管的性能特點

　　恒流二極管（CRD）屬于兩端結型場效應恒流器件。其電路符號和伏安特性如圖一所示。恒流二極管在正向工作時存在一個恒流區(qū)，在此區(qū)域內I 不隨VH I而變化；其反向工作特性則與普通二極管的正向特性有相似之處。恒流二極管的外形與3DG6型晶體管相似，但它只有兩個引線，靠近管殼突起的引線為正極。

　　恒流二極管的主要參數有：恒定電流（I H），起始電壓（V S），正向擊穿電壓（V（BO） ），動態(tài)阻抗（ZH），電流溫度系數（α T）。其恒定電流一般為 0.2～6mA。起始電壓表示管子進入恒流區(qū)所需要的最小電壓。恒流二極管的正向擊穿電壓通常為30～100V。動態(tài)阻抗的定義是工作電壓變化量與恒定電流值變化量之比，對恒流管的要求是ZH 愈大愈好，當I H較小時ZH 可達數兆歐，I H較大時Z H降至數百千歐。電流溫度系數由下式確定：

　　αT=［（△IH /IH ）/△T］*100%

　　式中的△I H、△T分別代表恒定電流的變化量與溫度變化量。需要指出，恒流二極管的αT可以為正值，也可以是負值，視IH 值而定。一般講，當IH ＜0.6mA 時，αT ＞0；當I H＞0.6mA時，αT＜0。因此，I H＜0.6mA的恒流管具有正的電流溫度系數，I H＞0.6mA的管子則具有負的電流溫度系數。假如某些管子的I H值略低于0.6mA，那么其αT值伴隨I 的變化既可為正，又可為負，通常就用絕對值表示。αT的單位是％／℃。

　　恒流二極管在零偏置下的結電容近似為10pF，進人恒流區(qū)后降至3～5pF，其頻率響應大致為0～500kHz。當工作頻率過高時，由于結電容的容抗迅速減小，動態(tài)阻抗就降低，導致恒流特性變差。

　　常用的國產恒流二極管有2DH系列，它分為2DH0、2DH00、2DH100、2DH000四個子系列。

　　二、恒流三極管的性能特點

　　恒流三極管是繼恒流二極管之后開發(fā)出的三端半導體恒流器件。前已述及，恒流二極管只能提供固定值的恒定電流，外界無法改變；而恒流三極管增加了一個控制端，能在一定范圍內對恒定電流進行連續(xù)調節(jié)，調節(jié)范圍為0.08～7.00mA，視具體管子型號而定，這就給用戶帶來了方便。

　　恒流三極管的電路符號、典型接法和如圖二所示。與普通晶閘管（SCR）相似，它也有三個電極：陽極（A ），陰極（K ），控制極（G）。在電路中A 極接正電壓，K 極接可調電阻 RK ，G 極接 RK 的另一端。由圖二（b）可見，當RK =0 時，G-K 極間短路，恒流三極管就變成了恒流二極管，此時輸出電流為最大，有關系式：IO =IMAX 接入RK 之后，IH 就減小，并且RK 越大，IH 越小。因此，調節(jié)RK 就能獲得連續(xù)變化的恒定電流。

　　國產 3DH 系列恒流三極管包含 3DH1～3DH15（金屬殼封裝）15 種型號。

　　三、檢測恒流二極管的方法

　　檢測恒流二極管的電路如圖三所示。E是可調直流電源，向恒流二極管提供工作電壓VI 。用直流毫安表測量恒定電流IH ，同時用一塊直流電壓表監(jiān)測工作電壓VI。當VI 從VS 一直上升到VBO 時，IH 應保持恒定。電路中的RL 為負載電阻。

　　實際測量一只2DH04C型恒流二極管，其標稱恒定電流IH =0.4mA，正向擊穿電壓 VBO=70V。采用如圖三所示電路，由HT-1714C型直流穩(wěn)壓電源代替 E，提供0～30V 的工作電壓。將兩塊500型萬用表分別撥到直流1mA擋和2.5V（或10V、50V 擋），測量IH 與VI 值。RL 選用10k 歐電位器。首先把RL 調至零歐，然后改變 E 值，可測得其特性參數。

　　從實測數據可以得到，當V ≥1.5V時管子進人恒流區(qū)，I =0.34～0.36mA，因此該管子的起始電壓V =1.5V。當V=1.5～15V時，I 恒定不變；當V=1.5～30V時，I 最多只增加0.02mA，變化率小于5.9％。

　　然后將R 從零歐調至10k歐，重復上述試驗。在V=1.5～30V的范圍內，I =0.34±0.03mA，變化率△I /I ＜8.9％。由此證明被測恒流二極管的恒流特性良好，在滿足R Z 之條件下，I隨負載而變化。

　　測量時需注意以下事項：

　　（ 1 ）測量恒流二極管時極性不得接反，否則起不到恒流作用，并且還容易燒毀管子。

　　（ 2 ）由恒流二極管組成電路時，必須使RL ZH ，否則恒流特性無法保證。

　　（ 3 ）恒流二極管的正向擊穿電壓V （BO）一般為30～100V。利用兆歐表與直流電壓表能夠測量V （BO）值。具體方法是將恒流二極管的正、負極分別接兆歐表的E、L 接線柱。然后按額定轉速搖動兆歐表的手柄，使恒流二極管處于正向軟擊穿狀態(tài)，借助于直流電壓表即可讀出V（BO）

　　值。兆歐表的輸出電壓雖然可達幾百至幾千伏，但其內阻很高，因此輸出電流很小，不會損壞管子。一旦被測管子正向擊穿，兆歐表的輸出電壓就被鉗位于擊穿電壓上。用此法實測上例中的ZDH04C，V（BO） =72V，比規(guī)定值（70V）略高一點。測量時管子極性亦不得接反。

　　四、恒流管的應用技巧

　　1、擴展電流或電壓的方法

　?。?）利用并聯法擴流、串聯法升壓

　　使用一只恒流二極管只能提供幾毫安的恒定電流，若將幾只恒流管并聯使用，則可以擴大輸出電流。例如2DH5C型恒流管的IH =5mA，兩只管子并聯后為10mA，電流擴展了一倍。需要指出，將幾只恒流二極管并聯使用時，恒流源的起始電壓等于這些管子中的最大值，而正向擊穿電壓則等于這些管子中的最小值。此外，在擴展電流的同時，恒流源的動態(tài)阻抗將變小。

　　利用串聯法可以提升電壓。例如，將幾只性能相同的恒流二極管串聯使用，可將耐壓值提高到100V以上。假如每只管子的恒流值不等，那末恒流值較小的管子將首先進人恒流狀態(tài)。必要時可給I H值較小的管子并聯一只分流電阻，使各管子同時進人恒流狀態(tài)。

　?。?）利用晶體管、場效應管進行擴流及升壓

　　擴流及升壓電路分別如圖四（ a ）、（ b ）所示。

　　圖四是由晶體管JE9013和恒流二極管構成的擴流電路。設恒流管的恒定電流為I H ；JE9013的共發(fā)射極電流放大系數為hFE ，擴展后的恒流值由下式確定：

　　I H ‘=（hFE +1）I H≈hFE IH

　　由結型場效應管3DJ6與恒流二極管組成的升壓電路如圖四（b）所示。R1、R2 均為偏置電阻，阻值應取幾十兆歐。令恒流二極管的正向擊穿電壓為V（BO） ，結型場效應管的漏--源極擊穿電壓為V1 ，則恒流源的耐壓值V2=V（BO） ＋V 1

　　2．同時進行擴流和升壓

　　某些情況下要求對恒流二極管同時進行擴流與升壓，這時可采用如圖五所示的電路。現由NPN型高反壓管 VT （3DG407 ）、恒流二極管

　　2DH560、輔助電源EB 構成擴流電路。2DH560的IH =5.60mA，起始電壓VS =4.0V，設VT的發(fā)射結壓降VBE＝0.65V，EB 應大于VS 與V BE之