本文要點：

1. 核心網絡分析值：電阻、電容和電感

2. 線性被動元件及其電路應用

3. 非線性和有源半導體器件在電路使用方面的區別

常見的PCB組件及其功能定義了標準電路操作

學習網絡分析有點像學習一門語言：就像一個基礎的字母表可以構建單詞、句子、段落等等，只需要幾個離散的電路元件就可以構建出豐富的電子功能。雖然這是一個非常令人振奮的發現，但也令人驚訝。少數幾個PCB組件及其功能如何涵蓋整個電子設計的范圍？關鍵是要理解電子設計是一個廣泛的主題，包含多個子學科，而這些基本組件通常在每個子學科中都有獨特的作用。

Major PCB Component Families

被動線性PCB組件及其功能

電阻、電容和電感在最低抽象級別上代表了組件對系統中電流和電壓的被動響應。電阻是無處不在的；從力學角度來看，它類似于摩擦。就像無摩擦運動是對真實世界表面相互作用的簡化一樣，零電阻是無法實現的。零歐姆電阻器 - 一種可以隨時購買的組件 - 看起來似乎與此相矛盾，但這些電阻器只是提供一個在大多數情況下可以忽略不計的接近零的電阻值。

電容和電感都存在，盡管不一定同時存在。這兩個值代表了組件的電抗或對交流電的阻抗；電阻則是對直流電的阻抗，這兩個測量值構成了阻抗的矢量分量。與電阻不同，電抗通常可以是正或負的，前者代表電感，后者代表電容。重要的是，電抗是頻率依賴的，在低頻和高頻上分別偏向電容和電感。

每個組件都包含一定量的電阻和電抗，如果在一個不打算提供該參數的組件中無意間包含了其中之一，這被稱為寄生效應。理解理想化電路元件不能提供對真實電路響應的完整圖像，考慮一下作為基本構建塊的三個組件：

電阻器 - 電阻器抵抗直流電的流動；要求兩個電阻器在終端上獲得相同的電壓降，需要相對較大的電流來實現較高電阻值。電阻器在電路中的一個主要作用是作為對敏感元件的電流限制器。然而，限制電流所產生的功耗會產生歐姆熱，這個熱量必須從其產生點和任何對熱敏感的元件中熱傳導開來，以防止故障、減少使用壽命或火災危險。電阻器還用于電壓分壓、偏置操作條件和終止傳輸線。

電容器 - 電容器通過在兩個電極之間建立電荷分離來以電場形式存儲能量。電容器的充電和放電與其電阻和電容的乘積相當；較小的電容器存儲的能量較少，但可以更動態地響應不斷變化的電路條件（反之亦然）。由于電容在低頻時增長，在高頻時降為零（確切的值將取決于電容器的具體值），它們可以用作高通濾波器，阻擋直流信號并通過足夠快速的交流信號。電容器還可以為信號提供較小的變化、調節天線頻率，并實現電力系統的一致、可靠的分配。

電感器 - 電感器在許多方面與電容器相反：它通過磁場存儲能量，在高頻下其電抗增加，并在通過直流信號時濾波交流信號。然而，它也執行與電容器相同甚至互補的功能，如紋波濾波、調節和構建開關電源。電感器是通過將絕緣線圈繞繞和穿過一個環形鐵磁芯構建而成的。

非線性和半導體器件

僅由被動、線性元件組成的電路可以實現出人意料的功能，然而主動的半導體器件可以實現更廣泛的應用。半導體存在于導體和絕緣體之間的空間，并且通過摻雜過程來控制其狀態，引入過剩的電子、電子空穴和電子富集（n型）和電子貧窮（p型）區域之間的結。

最基本的半導體器件是二極管。它是一個單個p-n結，表現出極化，在一個方向上導電非常好，在另一個方向上導電很差（理想情況下根本不導電）。從這個意義上講，二極管的功能類似于流體系統中的單向閥，可以讓電流單向通過，同時防止回流。二極管在電路中扮演著各種角色，包括電壓調節、調諧、振蕩和發光。

與前面討論過的組件不同，二極管是一個非線性元件：其電流和電壓不成比例，而是通過I-V曲線相關。非線性在操作的階梯區域中是顯而易見的，比如閾值和雪崩電壓，需要在一個結的方向上滿足特定的電壓最小值，才能發生非可忽略的導電。然而，I-V曲線的任何方向的指數增長是不可持續的，會導致在擊穿區域永久損壞，或者在正向偏置方向產生焦耳熱。

另一個主要的半導體器件系列是晶體管。它也像二極管一樣表現出非線性，但它是一個主動元件，能夠將其他形式的能量轉化為電能。晶體管有兩個主要的分支：

雙極性結型晶體管（BJT）- BJT由共享一個半導體結的兩個二極管構成，即p-n-p或n-p-n設計。這三個摻雜的半導體區域對應于BJT的三個端子：基極、集電極和發射極。通過施加偏置電壓，使基極處于活動狀態，從而使集電極和發射極之間的導電路徑成立。為了實現最佳性能，BJT被設計為從集電極到發射極導電，然而，它仍然可以從發射極到集電極導電，但增益較低。在正向或反向偏置基-發射結和基-集電結的情況下，BJT可以分別作為邏輯高電平或低電平工作。

場效應晶體管（FET）- 與BJT類似，FET也包含三個端子-源極、柵極和漏極，這些端子類比于發射極、基極和集電極。相比之下，FET只用一種電荷載流子（電子或電子空穴）傳導，而不是BJT中的電子和電子空穴的混合。FET在一般功率應用中具有幾個優勢。首先，由于柵極端子只在切換時消耗功耗，因此其功耗較低。這可以實現更小型化的封裝。其次，FET是對稱構造的，對正向和反向操作、增益等沒有區別。