恒流二极管的工作原理及其优缺点

恒流二极管是近年来问世的半导体恒流器件，与稳压二极管相对偶的基础电子元器件。在恒流二极管的基础上增加控制脚端，进而发展成为恒流三极管。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、什么是恒流二极管？   

用于将电流限制或改变到设备最高值的二极管称为恒流二极管或CCD。该二极管也称为电流调节二极管或 CRD 和限流二极管或 CLD。恒流二极管符号如下所示。恒流二极管的功能是为电路提供短路保护。    

▲ 图1.1 恒流二极管的符号   

二、恒流二极管工作原理   

恒流二极管的内部结构如下图所示。该二极管包括一个 N 沟道 JFET 晶体管，其中晶体管的栅极端子与源极短路，因此它的工作原理类似于一个两端限流器或电流源，相当于一个限压齐纳二极管。

▲ 图2.1 恒流二极管内部结构     

与齐纳二极管不同，这些类型的二极管将保持电流稳定而不是电压恒定。一旦电压发生变化，这些二极管就不会改变流经它们的电流。在正向偏置条件下，这些二极管使用 1.5 伏至 6 伏的电压工作。这种偏置产生的电流称为正向电流 (Ip)。即使差异发生在输入电压和负载电阻内，该二极管也能够保持电流值。  

三、恒流二极管特点   

恒流二极管的特点包括以下。  

其公差为±10%。

其工作电压范围为 1V 至 100V。

当温度值变化时，它的行为是稳定的。

其峰值工作电压为 100 伏。

热阻值为 100 C/w。

其储存温度等级范围为-55至200摄氏度。

其功耗为 30 mW。

电流范围为 0.192mA 至 5.6mA。

峰值电压额定值范围为 50V 至 100V。

它的阻抗范围从 20 兆欧到几千欧。

该二极管不需要任何偏置并提供良好的温度稳定性。

四、恒流二极管电路   

顾名思义，这个二极管将流经它的电流调节到一些最高水平。如果你在这个二极管上施加的电流超过了它的电流调节点，那么它会通过降低更多的电压来反击。恒流二极管的应用电路如下图所示。该二极管适用于 LED 或激光二极管电路，以限制流经 LED 或激光二极管的电流。    

以下电路由电池、恒流二极管和激光二极管或 LED 构成。在以下电路中，恒流二极管与激光二极管串联。一旦通过电压源向该二极管施加电压，该二极管就会限制电流的流动并向激光二极管提供所需的电压，从而使电路中的激光二极管或 LED 二极管开启。  

▲ 图4.1 恒流二极管电路   

五、恒流二极管特性   

恒流二极管的特性包括以下：   

▲ 图5.1 恒流二极管电气特性   

上述恒流二极管特性曲线分为不同区域。

在上图中，曲线的右侧部分在正向偏置条件下运行。因此，正向电流值对于 0V 至 6V 范围内的电压是稳定的。

在这里，该电流称为调节器电流，用“Ip”表示。例如，1N5283 至 1N5314 系列二极管的稳压器电流值范围为 220 mA 至 4.7 mA。

这些二极管用于并联组合以获得大电流值。

与其他二极管相比，该二极管在反向偏置条件下工作。在正向偏置中，二极管的调节过程将从“VL”（限制电压）开始到“POV”（峰值工作电压）。

从上面的曲线我们可以观察到Vk和POV两点之间的电流是稳定的。

对于 IP 和 ZT 电压，VT 是测试电压。

对于 1N5283 到 1N5314 二极管，像“ZT”这样的阻抗值范围从 235 KΩ 到 25 MΩ。

六、恒流二极管优缺点

1、优点

不需要任何额外的电压源。

这个电路很容易设计。

即使有电压波动，这些二极管也能保持稳定的电流流动。

尺寸小，重量轻。

二极管在低压下连续工作，并为高压谐波提供安全性。

2、缺点

这些二极管在正向偏置条件下工作。

这些二极管对高温很敏感。

它提供了较差的响应。

在高频下，噪音水平很高。

七、恒流二极管用途   

恒流二极管或限流二极管的应用包括以下内容：  

限流二极管用于不同的电路，如电池充电器、定时和波形发生器电路。

这些二极管也可以用作恒流源，主要用于驱动 LED。

这些二极管取代了电话连接设备中的保持线圈。

这些二极管适用于使用大长度 LED 灯串的电路和灯泡等电压可变源。

稳压二极管与稳压二极管限压一样主要用于调节电流。

这些二极管用于为固态继电器提供输入。

它用于保护电路免受过压。

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