恒流二极管（以下简称 CRD）全称为 Current Regulative Diode，是一种能够在广泛电压范围内提供稳定电流的半导体器件。从低至 1V 以下到高达 100V 的电压区间，CRD 都能可靠地为负载供应恒定电流。即便面临所附加电压的波动、负载阻抗的改变以及异常电压的干扰等复杂情况，CRD 依然能够确保电流输出的稳定性。传统稳定的电流线路往往结构复杂，由多个零部件构成，设计过程也颇具挑战性。然而，CRD 的出现极大地简化了这一局面，仅需这一个部件，就能轻松实现恒流特性。
一、恒流二极管的定义
恒流二极管是一种用于将电流限制或调节至设备最高值的二极管，也常被称为电流调节二极管（CRD）、限流二极管（CLD）等。其电路符号如下图所示，在电路设计中，它发挥着为电路提供短路保护的关键作用。
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包含一个 N 沟道 JFET 晶体管，且晶体管的栅极端子与源极短路。基于这种结构，它的工作原理类似于一个两端限流器或电流源，与限压齐纳二极管有相似之处，但独特之处在于，它保持电流稳定而非电压恒定。在正向偏置条件下，这些二极管的工作电压范围为 1.5 伏至 6 伏，产生的电流被称为正向电流 (Ip)。
当输入电压和负载电阻发生变化时，该二极管能够自动调节，维持稳定的电流值。其内部的 JFET 结构使得在电压变化时，通过调整自身的电阻来稳定电流，确保电路中其他部分能够获得可靠的电流供应，从而保障整个电路的稳定运行。
图 2.1 恒流二极管内部结构
三、恒流二极管特点
公差为±10%，保证了电流输出的精度在一定范围内，为电路设计提供了可靠的参数保障。
工作电压范围广泛，涵盖 1V 至 100V，适用于多种不同的电路环境和应用场景。
具有良好的温度稳定性，在温度变化时仍能保持稳定的工作状态，确保电流输出不受温度波动的影响。
峰值工作电压可达 100 伏，能够承受较高电压的冲击，提升了器件的可靠性和安全性。
热阻值为 100℃/W，有利于器件在工作过程中有效散热，延长使用寿命。
储存温度范围宽泛，从 - 55℃至 200℃，适应各种恶劣的存储和工作环境条件。
功耗较低，仅为 30mW，有助于降低整个电路的能耗，提高能源利用效率。
电流范围在 0.192mA 至 5.6mA 之间，能够满足不同电流需求的电路设计。
峰值电压额定值范围为 50V 至 100V，为电路提供了充分的电压保护和稳定支持。
阻抗范围从 20 兆欧到几千欧，使其能够在不同的电路阻抗环境下正常工作。
无需任何偏置就能提供良好的温度稳定性，简化了电路设计和使用过程。
四、恒流二极管电路
恒流二极管通过将流经它的电流调节至设定的最高水平来实现其功能。若施加在其上的电流超过电流调节点，它会通过降低更多的电压来进行调节。该二极管广泛应用于 LED 或激光二极管电路中，用于限制流经这些器件的电流，确保其安全稳定地工作。
典型的应用电路由电池、恒流二极管和激光二极管或 LED 构成。在电路中，恒流二极管与激光二极管串联。当通过电压源向该二极管施加电压时，恒流二极管开始发挥作用，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 二极管正常开启并工作。
图 4.1 恒流二极管电路
五、恒流二极管特性
恒流二极管的电气特性曲线能够直观地展示其性能特点。曲线分为不同区域，其中在正向偏置条件下运行的部分位于曲线的右侧。对于 0V 至 6V 范围内的电压，正向电流值保持稳定，这一电流被称为调节器电流，用 “Ip” 表示。例如，1N5283 至 1N5314 系列二极管的稳压器电流值范围为 220mA 至 4.7mA。这些二极管可以通过并联组合来获取更大的电流值，以满足不同电路需求。
与其他二极管不同，该二极管主要在反向偏置条件下工作。在正向偏置中，二极管的调节过程从 “VL”（限制电压）开始，一直持续到 “POV”（峰值工作电压）。从特性曲线可以观察到，在 Vk 和 POV 两点之间的电流保持稳定。对于 IP 和 ZT 电压，VT 表示测试电压。对于 1N5283 到 1N5314 二极管，阻抗值 “ZT” 的范围从 235KΩ 到 25MΩ。
图 5.1 恒流二极管电气特性
六、恒流二极管用途
在电池充电器、定时和波形发生器电路等各种不同电路中，恒流二极管作为限流元件，确保电路中的电流不超过设定的安全阈值，保护电路中的其他元件免受过大电流的损害。
作为一种恒流源，它在驱动 LED 的应用中表现出色，能够为 LED 提供稳定的电流，保证 LED 的亮度稳定和使用寿命。
在电话连接设备中，恒流二极管可以取代保持线圈，简化电路结构，提高设备的可靠性和稳定性。
在使用长串 LED 灯串的电路以及灯泡等电压可变源的电路中，恒流二极管能够有效地稳定电流，确保整个照明系统的正常运行。
与稳压二极管类似，恒流二极管主要用于调节电流，保障电路中电流的稳定供应，维持电路的正常工作状态。
为固态继电器提供输入信号，确保继电器能够准确地接收和传递控制信号，实现对电路的精确控制。
用于保护电路免受过压的影响，当电路中出现过压情况时，恒流二极管能够通过限制电流来降低过压对电路的损害风险，提高电路的安全性。
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