電源供應與電壓調節

串聯通過電晶體(series-pass transistor)

串聯通過電晶體是線性穩壓器裡的肌肉——那只真正可調的閥,由回授迴路去開合它。全部負載電流都從輸入流經它到輸出,而穩壓器控制它導通的強弱,好讓輸出落在目標上。電晶體是一個水龍頭,手把(基極或閘極)的微小移動就控制大的流量;在這裡,那手把由穩壓器的誤差放大器操作。

走一遍流程。誤差放大器把輸出(經分壓器)與參考相比,產生一個控制訊號。若輸出稍低,放大器就把通過電晶體開得更猛一點,降低它的壓降、抬高輸出;若輸出稍高,就放鬆一些。這顆電晶體從不是開關、也從不深度飽和——它活在主動(線性)區,表現得像一個阻值由迴路連續微調的可變電阻。因為它在通過 Iload 時跨在 (Vin - Vout) 上,所以消耗 (Vin - Vout) times Iload 瓦——這就是需要散熱片的部位。架構各異:NPN/達靈頓通過級需要輸入比輸出高個一兩伏,而 PNP 或 P 通道 MOSFET 通過級則允許低壓差設計那種極小的壓降。

為何重要:通過電晶體決定穩壓器三大極限。它(連同散熱片)能安全消耗的功率,在給定輸入輸出差距下限制了負載電流;它的電流額定決定最大輸出電流;而它最小可用的壓降決定壓差電壓。好的穩壓器會加上電流限制電路,在輸出短路時節制通過電晶體的驅動,以及熱關斷,在它太燙時把它關掉——兩者都在保護這一顆辛苦工作的元件。

在一顆從 9 V 抽取 0.5 A 的 5 V 穩壓器裡,通過電晶體在承載 0.5 A 時降掉 9 - 5 = 4 V,消耗 4 times 0.5 = 2 W。若你想以同樣電流從 24 V 供電,它就得在這一顆元件裡燒掉 9.5 W——同一顆晶片,燙得多,只因通過元件上的壓降更大。

全部負載電流流經它;它把輸入輸出之差燒成熱。

通過電晶體活在線性區,而非當開關用——這正是重點,也是熱的來源。把它與交換電晶體(不是通就是斷、消耗極少)混淆,就會錯過線性穩壓器為何低效的原因。

又稱
pass elementpass transistor調整管通過元件