恆流二極體

概述

恆流二極體和恆

恆流二極體

流三極體是近年來問世的半導體恆流器件，而恆流三極體又是在恆流二極體的基礎上發展而成的。它們都能在很寬的電壓範圍內輸出恆定的電流，並具有很高的動態阻抗。由於它們的恆流性能好、價格較低、使用簡便，因此目前已被廣泛用於恆流源、穩壓源、放大器以及電子儀器的保護電路中。

一、恆流二極體的性能特點

恆流二極體（CRD）屬於兩端結型場效應恆流器件。其電路符號和伏安特性如圖一所示。恆流二極體在正向工作時存在一個恆流區，在此區域內IH不隨VI而變化；其反向工作特性則與普通二極體的正向特性有相似之處。恆流二極體的外形與3DG6型電晶體相似，但它只有兩個引線，靠近管殼突起的引線為正極。

恆流二極體的主要參數有：恆定電流（IH），起始電壓（VS），正向擊穿電壓（V(BO)），動態阻抗（ZH），電流溫度係數（αT）。其恆定電流一般為0.2～6mA。起始電壓表示管子進入恆流區所需要的最小電壓。恆流二極體的正向擊穿電壓通常為30～100V。動態阻抗的定義是工作電壓變化量與恆定電流值變化量之比，對恆流管的要求是ZH愈大愈好，當IH較小時ZH可達數兆歐，IH較大時ZH降至數百千歐。電流溫度係數由下式確定：
αT=[(△IH/IH)/△T]*100%
式中的△IH、△T分別代表恆定電流的變化量與溫度變化量。需要指出，恆流二極體的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IH>0.6mA時，αT<0。因此，IH<0.6mA的恆流管具有正的電流溫度係數，IH>0.6mA的管子則具有負的電流溫度係數。假如某些管子的IH值略低於0.6mA，那么其αT值伴隨IH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%/℃。
恆流二極體在零偏置下的結電容近似為10pF，進入恆流區後降至30～50pF，其頻率回響大致為0～5000kHz。當工作頻率過高時，由於結電容的容抗迅速減小，動態阻抗就升高，導致恆流特性變差。
常用的進口恆流二極體，主要以日本跟韓國為代表，日本做為全球第一家恆流二極體生產國，目前市場占有率為最高，主要用於儀器儀表，機器設備及LED套用照明領域，恆流區間可提供（0.01MA-18MA)；韓國公司做為後起之秀他們提供更高電流，更高耐壓的恆流二極體，主要套用於照明市場，可提供18-60MA,耐壓100V恆流二極體，對於LED照明套用廠商來說是降低成本跟簡化電路的一個比較理想的選擇。

型號	恆定電流MA	啟動電壓VK	最大耐壓V	適用範圍
E-101	0.09-0.11	0.4	100	儀器儀表，感測器
E-301	0.28-0.32	0.5	100	麥克風，感測器，儀表
E-501	0.49-0.54	0.8	100	儀器儀表，感測器，機器設備
E-701	0.66-0.72	1.1	100	儀器儀表，感測器，機器設備
E-202	1.97-2.10	2.3	100	儀器儀表，感測器，機器設備
E-272	2.66-2.80	2.7	100	儀器儀表，感測器，機器設備
E-352	3.50-3.60	3.2	100	儀器儀表，感測器，機器設備
E-452	4.47-5.10	3.7	100	LED小信號燈，交通標識燈
S-562T	5.32-5.78	4.5	100	LED小信號燈，交通標識燈，LED日光燈
S-103T	8.75-9.87	3;1	50	LED小信號燈，燈條，LED日光燈
S-123T	10.0-13.0	3.8	50	LED日光燈，RGB燈，LED燈帶
S-153T	12.0-16.0	4.3	50	LED日光燈，LED跑馬燈，LED燈條
S-183T	15.0-18.0	4.5	50	LED日光燈，LED跑馬燈，LED球泡燈
RCD203	18.0-20.0	3.1	100	LED日光燈，LED球泡燈，LED小功率產品
RCD253	23.0-27.0	3.6	100	LED日光燈，LED球泡燈，LED小功率產品
RCD303	27.0-30.0	4.4	100	LED日光燈，LED球泡燈，LED小功率產品
RCD403	37.0-40.0	5.0	100	LED日光燈，LED硬燈條，LED汽車燈
RCD503	45.0-50.0	5.0	100	LED日光燈，LED硬燈條，LED汽車燈
RCD603	56.0-60.0	5.0	100	LED日光燈，LED球泡燈，LED汽車燈

　常用的國產恆流二極體有2DH系列，它分為2DH0、2DH00、2DH100、2DH000四個子系列。

型號	恆定電流(ma)	起始電壓Us(V)	動態電阻(MΩ)	耐壓分檔(UHV)
2DH00	≤0.05	<0.5	≥8	A:≥20
2DH01	0.1±0.05	<0.8	≥8	​
2DH02	0.2±0.05	<1.5	≥5	​
2DH03	0.3±0.05	<1.5	≥5	B:≥30
2DH04	0.4±0.05	<2	≥2.5	​
2DH05	0.5±0.05	<2	≥2.5	​
2DH06	0.6±0.05	<2	≥2.5	C:≥40
2DH07	0.7±0.05	<2	≥1.5	​
2DH08	0.8±0.05	<3	≥1.5	​
2DH09	0.9±0.05	<3	≥1	D:≥50
2DH1	1±0.05	<3	≥1	​
2DH2	2±0.05	<3	≥0.5	​
2DH3	3±0.05	<3.5	≥0.4	​
2DH4	4±0.05	<3.5	≥0.3	​
2DH5	5±0.05	<4.5	≥0.25	​
2DH6	6±0.05	<4.5	≥0.15	​
2DH7	7±0.05	<5	≥0.15	​

二、檢測恆流二極體的方法

檢測恆流二極體的電路如圖三所示。E是可調直流電源，向恆流二極體提供工作電壓VI。用直流毫安表測量恆定電流IH，同時用一塊直流電壓表監測工作電壓VI。當VI從Vs一直上升到V(BO)時，IH應保持恆定。電路中的RL為負載電阻。
實際測量一隻2DH04C型恆流二極體，其標稱恆定電流IH==0.4mA，正向擊穿電壓V(BO)=70V。採用如圖三所示電路，由HT-1714C型直流穩壓電源代替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，然後改變e值，可測得其特性參數。
從實測數據可以得到，當VI≥1.5V時管子進入恆流區，IH=0.34～0.36mA，因此該管子的起始電壓VS=1.5V。當VI=1.5～15V時，IH恆定不變；當VI=1.5～30V時，IH最多只增加0.02mA，變化率小於5.9%。
然後將RL從零歐調至10k歐，重複上述試驗。在VI=1.5～30V的範圍內，IH=0.34±0.03mA，變化率△IH/IH<8.9%。由此證明被測恆流二極體的恆流特性良好，在滿足RL<<ZH之條件下，IH基本不隨負載而變化。

三、測量時需注意以下事項

（1）測量恆流二極體時極性不得接反，否則起不到恆流作用，並且還容易燒毀管子。
（2）由恆流二極體組成電路時，必須使RL<<ZH，否則恆流特性無法保證。
（3）恆流二極體的正向擊穿電壓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。具體方法是將恆流二極體的正、負極分別接兆歐表的E、L接線柱。然後按額定轉速搖動兆歐表的手柄，使恆流二極體處於正向軟擊穿狀態，藉助於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於擊穿電壓上。用此法實測上例中的ZDH04C，V(BO)=72V，比規定值（70V）略高一點。測量時管子極性亦不得接反。

四、恆流管的套用技巧

1、擴展電流或電壓的方法

（1）利用並聯法擴流、串聯法升壓
使用一隻恆流二極體只能提供幾毫安的恆定電流，若將幾隻恆流管並聯使用，則可以擴大輸出電流。例如2DH5C型恆流管的IH=5mA，兩隻管子並聯後為10mA，電流擴展了一倍。需要指出，將幾隻恆流二極體並聯使用時，恆流源的起始電壓等於這些管子中的最大值，而正向擊穿電壓則等於這些管子中的最小值。此外，在擴展電流的同時，恆流源的動態阻抗將變小。
利用串聯法可以提升電壓。例如，將幾隻性能相同的恆流二極體串聯使用，可將耐壓值提高到100V以上。假如每隻管子的恆流值不等，那末恆流值較小的管子將首先進入恆流狀態。必要時可給IH值較小的管子並聯一隻分流電阻，使各管子同時進入恆流狀態。
（2）利用電晶體、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。
圖四是由電晶體JE9013和恆流二極體構成的擴流電路。設恆流管的恆定電流為IH ；JE9013的共發射極電流放大係數為hFE，擴展後的恆流值由下式確定：
IH ‘=(hFE +1)IH≈hFE IH
由結型場效應管3DJ6與恆流二極體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。令恆流二極體的正向擊穿電壓為V(BO)，結型場效應管的漏―源極擊穿電壓為V1，則恆流源的耐壓值V2=V(BO)+V1

2．同時進行擴流和升壓

某些情況下要求對恆流二極體同時進行擴流與升壓，這時可採用如圖五所示的電路。現由NPN型高反壓管VT（3DG407）、恆流二極體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的發射結壓降VBE=0.65V，EB應大於VS與VBE之和（4.65V）。VD1和VD2為溫度補償二極體。輸出級採用vmos管，其柵極電壓由穩壓管VDz1、VDz2和電位器RP所決定。VMOS管屬於高效場效應功率管，其性能遠優於雙極型功率管。它具有輸人阻抗高、驅動電流小、耐壓高（最高可承受1200V的高壓）、工作電流大（1.5～100A）、輸出功率高（1～250W）等優點。該恆流源電路能同時達到擴展恆定電流與提高工作電壓之雙重目的。在業餘條件下，亦可用3隻3DD15型大功率電晶體並聯後代替VMOS管，但是要求這些管子的hFE值必須一致，並且要給每隻管子加裝合適的散熱器。