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恒流二極管與恒流三極管的介紹與應用

更新時(shí)間:2018/4/28 22:04:55    閱讀:41130    分享此文章:
恒流二極管和恒流三極管是近年來(lái)問(wèn)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(dòng)態(tài)阻抗。由于它們的恒流性能好、價(jià)格較低、使用簡(jiǎn)便,因此目前已被廣泛用于恒流源、穩壓源、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(diǎn)

恒流二極管(CRD)屬于兩端結型場(chǎng)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(shí)存在一個(gè)恒流區,在此區域內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(gè)引線(xiàn),靠近管殼突起的引線(xiàn)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(dòng)態(tài)阻抗(Z H),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(jìn)入恒流區所需要的最小電壓。恒流二極管的正向擊穿電壓通常為30~100V。動(dòng)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(shí)ZH 可達數兆歐,I H較大時(shí)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(shí),αT >0;當I H>0.6mA時(shí),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(jìn)人恒流區后降至3~5pF,其頻率響應大致為0~500kHz。當工作頻率過(guò)高時(shí),由于結電容的容抗迅速減小,動(dòng)態(tài)阻抗就降低,導致恒流特性變差。

常用的國產(chǎn)恒流二極管有2DH系列,它分為2DH0、2DH00、2DH100、2DH000四個(gè)子系列。

二、恒流三極管的性能特點(diǎn)

恒流三極管是繼恒流二極管之后開(kāi)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(wú)法改變;而恒流三極管增加了一個(gè)控制端,能在一定范圍內對恒定電流進(jìn)行連續調節,調節范圍為0.08~7.00mA,視具體管子型號而定,這就給用戶(hù)帶來(lái)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(gè)電極:陽(yáng)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(jiàn),當RK =0 時(shí),G-K 極間短路,恒流三極管就變成了恒流二極管,此時(shí)輸出電流為最大,有關(guān)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RK 就能獲得連續變化的恒定電流。

國產(chǎn) 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(shí)用一塊直流電壓表監測工作電壓VI。當VI 從VS 一直上升到VBO 時(shí),IH 應保持恒定。電路中的RL 為負載電阻。

 

實(shí)際測量一只2DH04C型恒流二極管,其標稱(chēng)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型直流穩壓電源代替 E,提供0~30V 的工作電壓。將兩塊500型萬(wàn)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(shí)測數據可以得到,當V ≥1.5V時(shí)管子進(jìn)人恒流區,I =0.34~0.36mA,因此該管子的起始電壓V =1.5V。當V=1.5~15V時(shí),I 恒定不變;當V=1.5~30V時(shí),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(mǎn)足R <

測量時(shí)需注意以下事項:

( 1 )測量恒流二極管時(shí)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(shí),必須使RL <

( 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(xiàn)柱。然后按額定轉速搖動(dòng)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(huì )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(shí)測上例中的ZDH04C,V(BO) =72V,比規定值(70V)略高一點(diǎn)。測量時(shí)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

(1)利用并聯(lián)法擴流、串聯(lián)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(lián)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(lián)后為10mA,電流擴展了一倍。需要指出,將幾只恒流二極管并聯(lián)使用時(shí),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(shí),恒流源的動(dòng)態(tài)阻抗將變小。

利用串聯(lián)法可以提升電壓。例如,將幾只性能相同的恒流二極管串聯(lián)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(jìn)人恒流狀態(tài)。必要時(shí)可給I H值較小的管子并聯(lián)一只分流電阻,使各管子同時(shí)進(jìn)人恒流狀態(tài)。

(2)利用晶體管、場(chǎng)效應管進(jìn)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≈hFEIH

由結型場(chǎng)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(chǎng)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(shí)進(jìn)行擴流和升壓

某些情況下要求對恒流二極管同時(shí)進(jìn)行擴流與升壓,這時(shí)可采用如圖五所示的電路,F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之和(4.65V)。VD1 和VD2 為溫度補償二極管。輸出級采用VMOS管,其柵極電壓由穩壓管VDz1、VDz2和電位器RP所決定。VMOS管屬于高效場(chǎng)效應功率管,其性能遠優(yōu)于雙極型功率管。它具有輸人阻抗高、驅動(dòng)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(yōu)點(diǎn)。該恒流源電路能同時(shí)達到擴展恒定電流與提高工作電壓之雙重目的。在業(yè)余條件下,亦可用3只3DD15型大功率晶體管并聯(lián)后代替VMOS管,但是要求這些管子的hFE 值必須一致,并且要給每只管子加裝合適的散熱器。

 

五、恒流管在測量?jì)x表中的應用

恒流三極管在電子秤中的應用

 

恒流三極管在電子秤中的應用電路如圖六所示。力敏傳感器由4只接作橋路的電阻應變片Ra-Rd 構成。供橋電壓采用了恒流、穩壓供電。輸人電壓為24V 直流電壓。調整電位器RP,可使恒流三極管3DH02B輸出IH=40mA的恒定電流。其中,流過(guò)12V穩壓管的電流Iz =10mA,而流 過(guò)傳感器的電流IL =30mA。在稱(chēng)重時(shí),應變片發(fā)生應變,傳感器就產(chǎn)生相應的輸出電壓Vo,送至二次儀表,最終顯示出被測物體的重量。由于供橋電壓 E是用恒流與穩壓方式獲得的,其穩定度達0.05%,因此可保證稱(chēng)重的準確性。

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