穩壓電源是我們在製作各種 maker 專案時不可或缺的零件。在不需要升壓、不需要高效率的場合，簡單的線性穩壓 IC 通常是很好的選擇。這次我們就來聊聊線性穩壓電源 IC：它怎麼工作、我們要如何讓它好好工作、以及如何選擇可以乖乖工作的線性穩壓電源 IC。
降壓
我們最常用到線性穩壓電源 IC 的場合，就是用來降低電源的電壓。以 Arduino Uno 為例，它原廠的電源供應器是一個 12 V 的 adapter，但板子上的電路需要的電源電壓是 5 V，因此我們需要用一個電源 IC 把 12 V 降到 5 V。在 Aduino Uno Rev. 3 上面，這個工作是由一顆叫做 NCP1117ST50T3G 的線性穩壓電源 IC 在負責的，如下圖所示：
Aduino Uno Rev. 3 降低電源電壓由 NCP1117ST50T3G 的線性穩壓電源 IC 負責
線性穩壓 IC 是如何把 12 V 的電源變成 5 V 呢？說穿了其實很簡單，它用「電阻」把能量消耗掉，讓流過電阻時產生的壓降，剛剛好可以把輸入電壓降到我們需要的輸出電壓，就達成降壓的任務了。
「那我放個電阻不就好了，幹嘛這麼麻煩用穩壓 IC？」
嗯，這是個好問題。你知道該放多大的電阻，才會達成你要的壓降嗎？我們來算算看。根據歐姆定律，電阻上的壓降跟流過電阻的電流成正比：
V ＝ I＊ R
也就是說，流過的電流越大，電阻上的壓降就越大。假設 Aruino 板子上的消耗的電流是 300 mA，根據前面的推導，我們需要 7 V 的壓降才能把 12 V 降成 5 V，因此需要放的電阻大小是：
7 ＝ 0.3 ＊ R
R ＝ 23.333...
也就是在耗電 300 mA 的狀況下，我只需要串一個 23.3 歐姆左右的電阻就可以有 5 V 的電源。事情當然沒有那麼簡單，前面這個計算的前提是 Aruidno 的耗電「一直」是 300 mA，那個電阻才能夠產生 7 V 的壓降。但如果 Aruino 沒有耗這麼多電呢？比如說，它現在就是很清閒，只耗了 100 mA 的電，那麼在 23.3 歐姆電阻上的壓降就變成：
V ＝ I * R = 0.1 * 23.3 = 2.33（V）
12 V 扣掉 2.33 V 的壓降，還有 9.67 V，也就是說在電阻不變的狀況下，如果耗電減為 100 mA，送往 Arduino 的電壓會高達 9.67 V，這個電壓大概足夠把板子上大部分的零件燒光光，甚至你會看到有東西冒煙。
事實上像 Arduino 這麼複雜的數位系統，它工作時的耗電是不斷在變動的，而且變動的速度非常快。除了 ，MCU 本身的耗電會隨著執行的速度、指令不同而有變化外，板子上的其它周邊也會影響耗電。我們點亮一顆耗電 5 mA 的 LED，耗電就會增加 5 mA。我們如果用 500 Hz 的 PWM 頻率去驅動 LED，LED 就會以每秒 500 次的速度在開跟關之間切換，耗電也就會以同樣的速度在 5 mA 跟 0 之間變動。
控制
為了對付變動的耗電電流，用來降壓的電阻也得跟著變動才行。線性穩壓 IC，就是一顆會隨著負載電流變動的電阻：
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