恒流源及恒流管

恒流源及恒流管 △ 编者按:随着电子工业的飞跃发展和国外艽进技术的引进,各种性能优良的新型电子元器件如雨后春笋般出现,为此本刊挎开辟“新型电子屁器件及应用”专栏。本专栏的任务在于:迅速地向电路设计工作者、业佘无线电爱好者提供新型元器件的信息·介绍新型元器件的功能夕指导新型元器件的应用:希望爱好者关心本专栏,热心为本专栏撰稿,尤共欢迎引进线和中外合资经营电子元器件制造厂的有关技术人员来稿,介绍国内最新产品及其应用,以利普及电子技本和推动电子工业的进一步发展。徐治邦无线电爱好者都熟悉稳压管, 但未...

△ 编者按:随着电子工业的飞跃发展和国外艽进技术的引进,各种性能优良的新型电子元器件如雨后春笋般出现,为此本刊挎开辟“新型电子屁器件及应用”专栏。本专栏的任务在于:迅速地向电路设计工作者、业佘无线电爱好者提供新型元器件的信息·介绍新型元器件的功能夕指导新型元器件的应用:希望爱好者关心本专栏,热心为本专栏撰稿,尤共欢迎引进线和中外合资经营电子元器件制造厂的有关技术人员来稿,介绍国内最新产品及其应用,以利普及电子技本和推动电子工业的进一步发展。徐治邦无线电爱好者都熟悉稳压管, 但未必都熟悉恒流管。稳压管在线路设计中有许多应用,而恒流管也可氵l有许多有趣的应用。由于长期来缺乏价廉物美的恒流管,许多电子线路的设计是不够简洁的。理想稳压源和理想恒流源的特性 : 图 1在同一个座标上画了两条图 1 曲线,①是稳压源的特性曲线,② 是恒流源的特性曲线。稳压源的特性是未家所熟悉的,可用一条垂直线来描述。它表明:不管在稳压源中流过多少电流,它两端的电压是恒定不变的值——%。与此相反 ,恒流源的特性则是一条水平线。它表明 ; 不管加在恒流源两端的电压为何值,流过它的电流是恒定的值一t Jzr。上述两种特性,人们从稳压源和恒流源的名称上是很容易体会到的。但是下面的推论,有时却使人感到迷惑,而实际上,它们是很有实用价值的。那就是:对于理想稳它里面的电流是不确定的,或者说 , 是 “悬置的”,取决于外电路。对于理想恒流源,它里面流有恒定的电流,但是它两端的电压降也是 “悬置的”,也取决于外电路。这个性质是一般的线性电阻所没有的,当某一个电阻确定之后 , 它上面的电压和流过它的电流由欧姆定律 R=〃r所确定。从理想稳压源和恒流源的定义引出了第三层意义:对于一个稳压源,它旱面如果流有一个直流电流 r,再附加一个交流电流犭r,则它两端的电压是不变的,即犭7=0。所以对交流来说,等效交流电阻 R~=Z//`r=o。对理想恒流源来说,当它两端有一个直流电压 /,再附加一个交流电压 z7时,它里面的电流是不变的,即 ZF=0。所以对交流来说 , 等效交流电阻 R~=z〃必f=∞。以上几点构成了稳压源和恒流源的特殊用途。本文只分析恒流源的特`龊身应用。恒流源的应用 1.线性欧姆计原理月是和恒流源串联的电路里 , 也一定流有恒定的电流,它如果和某一电阻串联,如图 2所示,将发图 2 的符号 (两个圈)表示恒流源 ,显然 , %=2扌劫。从这个式子可知,适当选择fzr,然后测量 %,就可以求得 `扌的值。在通常的万用表里,是固定 /cg,测量 Rz中的电流r,从而求得 RΙ 的。因为 f和R犭成反比,因此万用表欧姆档刻度是非线性的 , 精度就差。在恒流的情况下 %和 Rz成正比,利用这个原理可以设计成线性欧姆表。 2.锯齿波发生器图 3(召 )是恒流源和电容串接以及电容充电的波形图,图 3(⑴ 是ˉ个电阻和电容串接及电容充电 (。 ) 图 3 图 3(夕)的输出波形是条直线。茵 3(沙 )的输出波形是条指数曲线。这是因为随着 C上电压 7o的上升 , R两端的电压 (/oc /ˉo〉逐渐减小,使充电电流 r刀减小,从而使C 上充电速度逐渐减慢,曲线变平坦了。但是直线性的波形通常更有用,例如示波器的X轴扫描,电视机的行扫描及帧扫描,原则上都应是直线波形扫描。的波形图。压源,它两端电蚤廴上端图 4是利用这原理讠 (b) 齿波发生器。电源V∞ 刚接上时,电容上电压 7c=0,%c便通过两个等阻抗电阻R分压,使 /t=%7cc。因此 , rI不导遍,尼也不导通。恒流源 r左给C充电,α =C/。,=Jr刀滋,由于r刀恒定,所以rc=f歹莎/C,它随时间线性上升。当 %升到比 %9厂 cσ高一个叻结压降时,T· 导通,飞也导通。‰ 因△ 导通而跌落 ,并保持了乙导通;C上的电荷通过 r.、r9放电,/c立刻下降。直到 C上电压不足以使 T=,呢导通时,r=,尼关闭。C的充电过程重新开始。/σ 的波形就是锯齿波,如图4(D)所示。 3.单一增益射极输出器图5是两种射极输出器,图 5 /oσ Q/o¤ 图 5 (饣 )为通常使扁的射极输出器。可以看出:/o=‰馋一‰纟。通常认为 7a纟不变,则 Z/泸犭‰勿,即输入的变化全部变成输出的变化 , 保持增益为 1。但实际上,当 ‰叼加大使 /。也加大时,/拓因电流加大而变大,所以 ∠7。0 (而 7r″固定不变〉则 ⒎ 电流提高到 (F丑/2+-凡)但 f〃仍不变。因为恒流源两端的电压是 “悬置的”, '将升高,因而使几减小,减到 (f歹/2-口 r〃)为止,这样总电流才保持不变。这时巧减小了犭/= R犭f歹,而 ‰ 却上升了 Z/=R必 JJ。原来平衡的输出,现在同时向两个相反的方向变化,且变化幅度柏等。差分放大器单端输入经放大后变成了平衡的双端输出。如果恒流源用普通电阻代替,则不会获得上述结果。 5.高增益单极枚大器一个单管的共发射极放大器, 最大可获得搿大的紫益? 如图 7所示在基极上加上输入电压 ∠‰庞,它引起基极电流的变化 JΙ a=丁丽产 ’ 真 T再 ^万品啐管输入阻抗:z凡引起集电极电流变化 Zrσ=卩 ZJ。 ,助在负载上引起电压变化 ∠%=-Rc厶fc,(负号表示反相)。 . r· 弓等午「=亻 = EJ边型E红 = -夕c卩 ~ (1冫半导体晶体管的理论指出:晶体管的输入阻抗隹牢温下ヵ : R氵勿=γ。+(1+侈〉γ纟 =300+ 其中 %是基区体电阻,r召是发射结动态电阻,(1+卩 )'e是将 `矽折合到基极回路的阻抗。考虑到 : J∶￡≈而丿r。《(1+旧〉“J加 β》1,则有 ‰ '罟 ⑼ ⑵ 这里rr.是晶体管的静态工作电流 (以 Ⅱ趴计),如 rc亍1mA, 卩=iO0时,R枷 =2,6KΩ 。将(2)代入(1)式 ,得 : 扛带 =华 ⑶∶ 若要 F大 ,则应使fc大。但是这两者是矛盾的:因 Rc大,则 Jσ 在它上亩的压降也大,/εc必须用得很高才行,而晶体管一般为低压运用。在 /oc固定情况下,R` 的提高是有限度的。但图 8所示的电路却可获得很大的增益。这里,恒流源作为T的集电极负载,它可以给r~个静态工作电流r歹,理想情珥下,它的交流阻抗为尢穷大,所以放大倍数可达无穷大。实际恒流、管当然不会有无穷大的交流阻抗,而且 ‰作为输出,要带动后面的负载,也不可能为无穷大。所以,放大倍数是ˉ 个有限值,如果 ‰后面带射极输出器,或带场效应晶体管,则这样 ˉ级放大器的放大倍数做到 1009 倍是没有问题的。卜 △ ∷~_~i葫 6.提高大功率管使用时的击穿电压晶体管的 j纟击穿电压视具体接法而不同,图 9所示有三种情况: 图 9(历 )是测基极开路的 c哆间击穿电压,用 B呢纟。表示,图 9(;)为测基极和发射极短路时的″闾击穿电压,用 B‰召s表示,图 9(f〉是测切之间接有电阻时的ε纟间击穿窀.压 , 用 B‰口疣表示。理论和实践都证明:对同一只晶体管,B‰ 'o)B7湖 >B/￠纟。。但是 B/c口s∵般无法利用,困为基极已被短路晶体管不能用做放大。图 9(c)中,R鹋小,B/“朗越接近于 B/。口‘,但 R 越小,对基极输入信号的旁路越严重。利用既有直流通路,但无旁路作用的恒流源就可以满意地解决这个问题,如图】0所示 ,此时其反向耐压接逅于B'。e‘,怛又不会短路基极信号。 2DH系列恒流管恒流管的种类很多,本文只介绍 2DH系列恒流管。 2DH系列两极管实质上是一个栅源短路的长沟道结型场效应管。其特性曲线与理想恒流管稍有差别,可用图】1所示的伏安犄性说明。曲线可分四个区域。 I:正向电压从零上升,到Vk 止,电流线性上升(o'段)。置g电压超过 /z时,曲线慢慢变平,最后变得比较平坦,略向上升,此时电流的值为rz,fΞ可设计在 sO〃A到 10mA之间。在这一段 Z7虽变化较大 ,犭r却变化很小 , ∠L=r,r是它的交流阻抗:其值随 J刀不同而不同。 Ⅲ:当 />/:时 ,电流很快上升,恒流管击穿,不再有恒流特忤。 Ⅲ:当恒流管加反向电压时,电流很快上升,其特性相当于一只普通正向两极管。表 1是南通晶体管厂生产的~ 表 1 型号恒定电流(InA) 起始电压 (V) 动态电阻 (MΩ ) 2DⅡ tXl ≤ 00b (05 ≥ 8 2DΙro1 )1±0∞ (08 ≥ 8 2DⅡ 02 〕.2± O△巧 (15 ≥ 5 2DIΙ 08 ⒊.8土 005 (1,5 ≥ 5 2DHO4 )厶± 00￡ (2 ≥ 25 2D∵H05 ).5:± 0θ5 (2 ≥ 25 2DⅡ 06 D,6± 0GFJ (2 ≥ 2E· 2DHOz ) 7± 0 05 (2 ≥ 15 2DIⅠ 08 )8± 0△滔 (3 ≥ 15 2DHClg3.9±0∞ ( 3 ≥ △ 2DⅡ 1 1=肾 R” <3 ≥ 1 2DIr2 2±05 <8 ≥ 05 2DlI8 3 ±0 5 <<8∶ 5 p~0Ⅱ 2DⅡ4 ⊥±05 (35 ≥ 08 2DH5 Ⅱ5± 05 <45 彡≥025 2I)H6 6±o,5 《=∠ 5 j≥0.15 2DⅡ 7 7:±o5 (5 ,~0.△5 表 2 2DH系列恒流管的主要参数。按击穿电压的高低,分为A、 B、 C、 D四档,如表 2所示。 A档的起珀电压及动态电阻均比同型号的其他档硝差。 ∷ 温度变化时,恒定电流会有ˉ 些变化,用温度系数来标志。它表示温度每变化一度,恒流电流的相对变化量。它一般在 0,1%左右 , 小电流时为正值,大电流时为负值 , 其分界线约在 0。 zrnA。恒流管的图形符号用图 12表示,用 Cnp表示。 2DH系列的外形如图 Ia所? +⑨ . 囤 12 图恒流管性能的扩展 ' l。电流范围的扩展 (￠)电流的缩小 ∷ 2DH00的最小电流为sO#A左右,如欲取得微安级小电流,可用两只性能相近的恒流管,如图 14串接,选择σ血 fˉ助)冈刂好为所需的值即可。【·D)电流的扩大如扩大的倍数不大,可用几个恒流管并联获得,如图 15所示,此 , 时 ,J刀 =r刀|+J夕a十r刀3。如希望扩大的倍薮较大,则可采用图 16的形式。显然,r刀=(β +1〉 f刀。这种形式的恒流源构成很简分档￡ B C D /:(V) ≥ ⒛ 冫 80 ≥ ⒛ ≥ bf【 rz=r,fIJˉz2 图17 囹 18 单,怛受卩值的影响较大。温度变化时卩变化,r刀也会变化,.稳定性就较差 ,在要求较高的场合,可采取图夕和图 18的形式。图夕中,CRD给稳压管弓供电,在晶体管 r的基极产生一个电压 7z,这个电压非常稳定,通过 Γ 的汕结,在 R上产生的压降为 :(/多 -0.7)。所以R上的电流为:Fヵ = /z-o.7 R /° 总恒流电流为:r=Jz十ri 图 18采用了有强烈负反馈作用的电略,GRD给乙提供偏置。如几不导通,R上压降将会很大;从而迫使 %导通珐几导通使r刀分流,最终导致平衡,使 :f刀·R≈ ‰召z ≈o,丙 ∴r刀≈甘由于采用负反馈,这个线路具有很好的稳定性。 2.电压的扩展 ∷ 恒流管都有一个击穿电压,若要高压运用,则必需另考虑对策,图 19就是这样的单元线路。图中晶体管 Γ的击穿电压要满足高压的需要。αD2提供了要求的恒流电流,在基极回路中接人独立电源E 及限流电阻R,它们与 r的汤结、恒流管 αD9组成田路,结果使晶体管 r也流有电流 rΞ2,而恒流菅 GRD2的耐压仅需达到电源 E的两端电压值,解决了恒流管高压运用的困难。CRD.用来提高 r的击穿电压,原理如前所述,其 rm值取 100rJA即T丁。 o+ CRD. |r“ oRD; |rヵ图 20 恒流管串联使用也可提高耐压,如图⒛所示。此时,应尽量使 JⅡェ=r夕2,并各自并联 1MΩ 左右的电阻作为均压电阻,但这个结构只能使耐压提高一倍。 3.交流电路中的使用上述 αD的恒流特性都是单向的,图纽的线路可以获得双向恒 \ 流特性。图21@)是用两只恒流管CRD· 和 CRD” 反向串联,利用恒流管反向联接时,其特性相当于一只正向的 P-N结 ,它只稍微影响加在另一管上的电压,而不影响其恒流特性。根据需要,'Erk和rΞ么的选择可以相同也可以不同。 ∶ 图21 图 21(犭 )是利用桥式两极管堆的整流特性,使用一只恒流管而获得交流特性的,且正反向恒流值相同。 4.非 i叵流区的应用在实际应用恒流管时,应特别注意加在它上面的实际电压是否会过小,当电压小于 /z时,它就失去恒流特性。但是利用这一点,却又可获得新的应用。对于普通的射极输出器,如果 7忉保持不变,雨 ‰ 偶而短路时,晶体管将因流过极大的电流而损坏。现在 r的集电极中接入恒流管,如图夕 (￠ )所示,并使其恒流值大于了的正常工作电流,则在了正常工作时,恒流管上压降小于 /z,不影响 r的正常工作 ;当输出短路时,电流增大,一旦达到恒流值时·恒流管起了限流作用,恒流管上压降增大,使 r饱和, 因而对 Tˉ 起到保护作用。图 22(D〉为在小电流电流表中串入恒流管,当被测电流大于表头指示值时,恒流管起限流保护作用。当然恒流管的串入 ,∷ 会使被测电流略微有些误差。 ∷ (” 图 22 ^ρ 两个简单的实例图⒛是使用恒流管的最简单的稳压电路。图⒛是使用恒流管的 Oc乙电路,其原理及优越性如上所述。 ??? 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