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恒流二极管与恒流三极管的介绍与应用

更新时间:2018-4-28 22:04:55    阅读:155    分享此文章:
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I 不随VH I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(I H),起始电压(V S),正向击穿电压(V(BO) ),动态阻抗(Z H),电流温度系数(α T)。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I H较小时ZH 可达数兆欧,I H较大时Z H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△I H、△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I H>0.6mA时,αT<0。因此,I H<0.6mA的恒流管具有正的电流温度系数,I H>0.6mA的管子则具有负的电流温度系数。假如某些管子的I H值略低于0.6mA,那么其αT值伴随I 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、恒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 =IMAX 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VBO 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 VBO=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V ≥1.5V时管子进人恒流区,I =0.34~0.36mA,因此该管子的起始电压V =1.5V。当V=1.5~15V时,I 恒定不变;当V=1.5~30V时,I 最多只增加0.02mA,变化率小于5.9%。

然后将R 从零欧调至10k欧,重复上述试验。在V=1.5~30V的范围内,I =0.34±0.03mA,变化率△I /I <8.9%。由此证明被测恒流二极管的恒流特性良好,在满足R <

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 <

( 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I H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I H ;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:

I H ‘=(hFE+1)I H≈hFEIH

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) +V 1

2.同时进行扩流和升压

某些情况下要求对恒流二极管同时进行扩流与升压,这时可采用如图五所示的电路。现由NPN型高反压管 VT (3DG407 )、恒流二极管

2DH560、辅助电源EB 构成扩流电路。2DH560的IH =5.60mA,起始电压VS=4.0V,设VT的发射结压降VBE =0.65V,EB 应大于VS与V BE之和(4.65V)。VD1 和VD2 为温度补偿二极管。输出级采用VMOS管,其栅极电压由稳压管VDz1、VDz2和电位器RP所决定。VMOS管属于高效场效应功率管,其性能远优于双极型功率管。它具有输人阻抗高、驱动电流小、耐压高(最高可承受1200V 的高压)、工作电流大(1.5~100A)、输出功率高(1~250W)等优点。该恒流源电路能同时达到扩展恒定电流与提高工作电压之双重目的。在业余条件下,亦可用3只3DD15型大功率晶体管并联后代替VMOS管,但是要求这些管子的hFE 值必须一致,并且要给每只管子加装合适的散热器。

 

五、恒流管在测量仪表中的应用

恒流三极管在电子秤中的应用

 

恒流三极管在电子秤中的应用电路如图六所示。力敏传感器由4只接作桥路的电阻应变片Ra-Rd 构成。供桥电压采用了恒流、稳压供电。输人电压为24V 直流电压。调整电位器RP,可使恒流三极管3DH02B输出IH=40mA的恒定电流。其中,流过12V稳压管的电流Iz =10mA,而流 过传感器的电流IL =30mA。在称重时,应变片发生应变,传感器就产生相应的输出电压Vo,送至二次仪表,最终显示出被测物体的重量。由于供桥电压 E是用恒流与稳压方式获得的,其稳定度达0.05%,因此可保证称重的准确性。

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