恒流二極管（以下簡稱 CRD）全稱為 Current Regulative Diode，是一種能夠在廣泛電壓范圍內提供穩定電流的半導體器件。從低至 1V 以下到高達 100V 的電壓區間，CRD 都能可靠地為負載供應恒定電流。即便面臨所附加電壓的波動、負載阻抗的改變以及異常電壓的干擾等復雜情況，CRD 依然能夠確保電流輸出的穩定性。傳統穩定的電流線路往往結構復雜，由多個零部件構成，設計過程也頗具挑戰性。然而，CRD 的出現極大地簡化了這一局面，僅需這一個部件，就能輕松實現恒流特性。
一、恒流二極管的定義
恒流二極管是一種用于將電流限制或調節至設備最高值的二極管，也常被稱為電流調節二極管（CRD）、限流二極管（CLD）等。其電路符號如下圖所示，在電路設計中，它發揮著為電路提供短路保護的關鍵作用。
圖 1.1 恒流二極管的符號
二、恒流二極管工作原理
恒流二極管的內部結構包含一個 N 溝道 JFET 晶體管，且晶體管的柵極端子與源極短路。基于這種結構，它的工作原理類似于一個兩端限流器或電流源，與限壓齊納二極管有相似之處，但獨特之處在于，它保持電流穩定而非電壓恒定。在正向偏置條件下，這些二極管的工作電壓范圍為 1.5 伏至 6 伏，產生的電流被稱為正向電流 (Ip)。
當輸入電壓和負載電阻發生變化時，該二極管能夠自動調節，維持穩定的電流值。其內部的 JFET 結構使得在電壓變化時，通過調整自身的電阻來穩定電流，確保電路中其他部分能夠獲得可靠的電流供應，從而保障整個電路的穩定運行。
圖 2.1 恒流二極管內部結構
三、恒流二極管特點
公差為±10%，保證了電流輸出的精度在一定范圍內，為電路設計提供了可靠的參數保障。
工作電壓范圍廣泛，涵蓋 1V 至 100V，適用于多種不同的電路環境和應用場景。
具有良好的溫度穩定性，在溫度變化時仍能保持穩定的工作狀態，確保電流輸出不受溫度波動的影響。
峰值工作電壓可達 100 伏，能夠承受較高電壓的沖擊，提升了器件的可靠性和安全性。
熱阻值為 100℃/W，有利于器件在工作過程中有效散熱，延長使用壽命。
儲存溫度范圍寬泛，從 - 55℃至 200℃，適應各種惡劣的存儲和工作環境條件。
功耗較低，僅為 30mW，有助于降低整個電路的能耗，提高能源利用效率。
電流范圍在 0.192mA 至 5.6mA 之間，能夠滿足不同電流需求的電路設計。
峰值電壓額定值范圍為 50V 至 100V，為電路提供了充分的電壓保護和穩定支持。
阻抗范圍從 20 兆歐到幾千歐，使其能夠在不同的電路阻抗環境下正常工作。
無需任何偏置就能提供良好的溫度穩定性，簡化了電路設計和使用過程。
四、恒流二極管電路
恒流二極管通過將流經它的電流調節至設定的最高水平來實現其功能。若施加在其上的電流超過電流調節點，它會通過降低更多的電壓來進行調節。該二極管廣泛應用于 LED 或激光二極管電路中，用于限制流經這些器件的電流，確保其安全穩定地工作。
典型的應用電路由電池、恒流二極管和激光二極管或 LED 構成。在電路中，恒流二極管與激光二極管串聯。當通過電壓源向該二極管施加電壓時，恒流二極管開始發揮作用，限制電流的流動并向激光二極管提供所需的電壓，從而使電路中的激光二極管或 LED 二極管正常開啟并工作。
圖 4.1 恒流二極管電路
五、恒流二極管特性
恒流二極管的電氣特性曲線能夠直觀地展示其性能特點。曲線分為不同區域，其中在正向偏置條件下運行的部分位于曲線的右側。對于 0V 至 6V 范圍內的電壓，正向電流值保持穩定，這一電流被稱為調節器電流，用 “Ip” 表示。例如，1N5283 至 1N5314 系列二極管的穩壓器電流值范圍為 220mA 至 4.7mA。這些二極管可以通過并聯組合來獲取更大的電流值，以滿足不同電路需求。
與其他二極管不同，該二極管主要在反向偏置條件下工作。在正向偏置中，二極管的調節過程從 “VL”（限制電壓）開始，一直持續到 “POV”（峰值工作電壓）。從特性曲線可以觀察到，在 Vk 和 POV 兩點之間的電流保持穩定。對于 IP 和 ZT 電壓，VT 表示測試電壓。對于 1N5283 到 1N5314 二極管，阻抗值 “ZT” 的范圍從 235KΩ 到 25MΩ。
圖 5.1 恒流二極管電氣特性
六、恒流二極管用途
在電池充電器、定時和波形發生器電路等各種不同電路中，恒流二極管作為限流元件，確保電路中的電流不超過設定的安全閾值，保護電路中的其他元件免受過大電流的損害。
作為一種恒流源，它在驅動 LED 的應用中表現出色，能夠為 LED 提供穩定的電流，保證 LED 的亮度穩定和使用壽命。
在電話連接設備中，恒流二極管可以取代保持線圈，簡化電路結構，提高設備的可靠性和穩定性。
在使用長串 LED 燈串的電路以及燈泡等電壓可變源的電路中，恒流二極管能夠有效地穩定電流，確保整個照明系統的正常運行。
與穩壓二極管類似，恒流二極管主要用于調節電流，保障電路中電流的穩定供應，維持電路的正常工作狀態。
為固態繼電器提供輸入信號，確保繼電器能夠準確地接收和傳遞控制信號，實現對電路的精確控制。
用于保護電路免受過壓的影響，當電路中出現過壓情況時，恒流二極管能夠通過限制電流來降低過壓對電路的損害風險，提高電路的安全性。
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