穩(wěn)壓器的核心原理是通過(guò)負(fù)反饋控制回路自動(dòng)調(diào)整其內(nèi)部元件的工作狀態(tài)，以抵消輸入電壓變化和負(fù)載電流變化的影響，從而在輸出端維持一個(gè)穩(wěn)定且恒定的直流電壓。

以下是不同類型穩(wěn)壓器（主要是線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器）共有的基本工作原理步驟，以及它們的關(guān)鍵差異：

1. 核心要素 - 負(fù)反饋控制回路：

   • 基準(zhǔn)電壓源 (Vref)： 這是穩(wěn)壓器內(nèi)部的一個(gè)非常穩(wěn)定和精確的電壓參考點(diǎn)。它通常由帶隙基準(zhǔn)等電路產(chǎn)生，基本不受溫度、輸入電壓變化的影響。
   • 輸出電壓采樣： 通過(guò)一個(gè)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)（R1, R2），將穩(wěn)壓器的實(shí)際輸出電壓 (Vout) 按比例分壓 (Vsample = Vout * R2 / (R1 + R2)）。
   • 誤差檢測(cè)/比較（誤差放大器）： 將采樣到的反饋電壓 (Vsample) 與內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓 (Vref) 進(jìn)行比較。誤差放大器計(jì)算兩者之間的差值（稱為誤差電壓 Verror），并將其放大：Verror = (Vref - Vsample) * G，其中 G 是放大器增益。
   • 調(diào)整元件： 這是執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其電阻（或等效阻抗）能被控制信號(hào)改變。通常是一個(gè)功率晶體管（BJT 或 MOSFET）。
     • 線性穩(wěn)壓器： 調(diào)整元件（常稱為“傳遞晶體管”或“調(diào)整管”）工作在線性放大區(qū)（介于飽和導(dǎo)通和完全關(guān)斷之間），像一個(gè)可變電阻。流過(guò)它的電流就是輸出負(fù)載電流。
     • 開關(guān)穩(wěn)壓器： 調(diào)整元件（常稱為“開關(guān)管”或“功率開關(guān)”）工作在開關(guān)狀態(tài)（要么完全導(dǎo)通，要么完全關(guān)斷），像一個(gè)高速開關(guān)。
   • 控制驅(qū)動(dòng)： 誤差放大器輸出的誤差電壓 (Verror) 被用來(lái)驅(qū)動(dòng)調(diào)整元件。
     • 線性穩(wěn)壓器： Verror 直接控制調(diào)整管的基極（或柵極）電流/電壓，改變其導(dǎo)通程度（等效電阻大?。?/li>
     • 開關(guān)穩(wěn)壓器： Verror 通常輸入到一個(gè)脈寬調(diào)制器。PWM 比較器產(chǎn)生一個(gè)占空比 (D) 與 Verror 成比例的方波信號(hào)（開關(guān)頻率很高，如幾十KHz到MHz）。這個(gè)方波驅(qū)動(dòng)開關(guān)管，使其高速通斷。

2. 負(fù)反饋機(jī)制（自動(dòng)調(diào)節(jié)過(guò)程）：

   • 理想狀態(tài)： Vsample = Vref -> Verror = 0 -> 驅(qū)動(dòng)信號(hào)保持不變 -> Vout 維持穩(wěn)定。
   • 假設(shè)輸出電壓 (Vout) 試圖下降 (例如負(fù)載電流變大)：
     1. 采樣電壓降低 (Vsample↓)： 因?yàn)?Vsample ∝ Vout。
     2. 誤差增大 (Verror↑)： 因?yàn)?Vref 不變，Vsample↓ 導(dǎo)致 (Vref - Vsample)↑，放大后 Verror↑。
     3. 驅(qū)動(dòng)調(diào)整元件：
        • 線性穩(wěn)壓器： Verror↑ 使得調(diào)整管“開得更大”（等效電阻減?。瑥亩尭嗟碾娏鲝妮斎攵肆飨蜉敵龆?，補(bǔ)償因負(fù)載電流增大引起的壓降，使 Vout↑ 回到設(shè)定值。
        • 開關(guān)穩(wěn)壓器： Verror↑ 使得 PWM 輸出方波的占空比 D 增加（即開關(guān)管在通斷周期內(nèi)導(dǎo)通的時(shí)間比例變長(zhǎng)）。
     4. 能量傳遞（開關(guān)穩(wěn)壓器特有）： 開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流通路建立，能量從輸入端通過(guò)電感和電容向負(fù)載傳遞（也儲(chǔ)存在電感中）。開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感釋放儲(chǔ)存的能量（續(xù)流二極管/同步MOS管導(dǎo)通形成回路）繼續(xù)向負(fù)載供電。
     5. 輸出電壓回升 (Vout↑)：
        • 線性穩(wěn)壓器： 調(diào)整管電阻減小直接補(bǔ)償了壓降。
        • 開關(guān)穩(wěn)壓器： 占空比 D↑ 意味著在周期內(nèi)輸入能量傳遞到輸出的比例增加（平均輸出電壓 Vout ≈ D * Vin）。同時(shí)，LC 濾波器對(duì)開關(guān)脈沖進(jìn)行濾波，輸出平滑直流。能量傳遞增加使得 Vout↑。
   • 同理： 如果 Vout 試圖上升（例如負(fù)載電流變小或輸入電壓升高），反饋回路會(huì)使調(diào)整管“開得更小”（線性）或減小占空比（開關(guān)），從而降低輸出來(lái)維持穩(wěn)定。
   • 輸入電壓變化同樣控制： 如果輸入電壓 Vin↑ 或 Vin↓，上述反饋回路同樣能感知到 Vout 的微小變化趨勢(shì)并進(jìn)行反向調(diào)節(jié)，使 Vout 保持恒定。

總結(jié)關(guān)鍵點(diǎn)：

• 目標(biāo)一致： 保持輸出電壓 Vout 恒定，不受 Vin 和 Iload 波動(dòng)影響。
• 核心機(jī)制一致： 基于基準(zhǔn) Vref 的負(fù)反饋閉環(huán)控制回路是所有穩(wěn)壓器的靈魂。
• 主要差異：
  • 調(diào)整元件工作狀態(tài)： 線性穩(wěn)壓器工作在線性放大區(qū)（可變電阻）；開關(guān)穩(wěn)壓器工作在開關(guān)狀態(tài)（高速開關(guān)）。
  • 能量傳遞方式：
    • 線性穩(wěn)壓器通過(guò)調(diào)整管上的壓降 (Vin - Vout) 來(lái)耗散掉多余的電壓實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓（效率較低，尤其 Vin - Vout 大時(shí)）。
    • 開關(guān)穩(wěn)壓器通過(guò)控制開關(guān)管的通斷時(shí)間比例（占空比）和LC元件（電感和電容）來(lái)儲(chǔ)存、傳輸和濾波能量。它在導(dǎo)通時(shí)幾乎不耗能，關(guān)斷時(shí)也不耗能（除開關(guān)損耗），理論上效率可以很高（>90%）。
  • 元件構(gòu)成： 開關(guān)穩(wěn)壓器需要額外的功率開關(guān)管、快速二極管（或同步MOS管）、電感和輸出電容。線性穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，通常只需要調(diào)整管、誤差放大器、基準(zhǔn)和采樣電阻（以及輸入輸出電容）。
  • 效率與散熱： 線性穩(wěn)壓器效率不高 (η ≈ Vout / Vin)，多余能量以熱形式耗散掉，適用于小電流或壓差小的場(chǎng)合；開關(guān)穩(wěn)壓器效率高，適用于寬輸入范圍、大電流、高功率場(chǎng)景，但設(shè)計(jì)更復(fù)雜，電磁干擾(EMI)更大。
  • 輸出紋波： 線性穩(wěn)壓器輸出紋波極?。ǖ扔谳斎爰y波除以PSRR）；開關(guān)穩(wěn)壓器輸出紋波較大（取決于開關(guān)頻率和LC濾波器）。

因此，無(wú)論哪種拓?fù)洌€(wěn)壓器之所以能“穩(wěn)壓”，其根本在于那個(gè)精密、快速反應(yīng)的負(fù)反饋控制系統(tǒng)，它不斷監(jiān)測(cè)輸出并與理想基準(zhǔn)進(jìn)行比較，然后驅(qū)動(dòng)調(diào)整元件（通過(guò)連續(xù)調(diào)節(jié)阻抗或高速通斷）來(lái)精確補(bǔ)償任何導(dǎo)致輸出偏離的擾動(dòng)。