电子 DIY 入门知识整理：电阻、电容、电感
在去年接触到嘉立创免费打样，开始继续开始玩电子 DIY 之后，就逐渐转到自己制作 PCB 并且使用贴片元件代替模块来制作产品了。之前一直使用的分立元件，都是用杜邦线连接各个成品模块，在换成贴片元件之后，对这些元件的各种封装规格什么的完全是一脸迷糊。
现在玩了一年多，总算大概知道一些基础知识了，这里整理一下分享给同样开始想使用贴片元件进行电子 DIY 的朋友们。
PS. 我作为一个新入门电子 DIY 玩家，以下都是从一个初学者的角度整理的，并且主要介绍我使用过，稍微了解一点的元件，如有错误还请指正。
封装基础概念
在使用成品模块，或者分立元件时，一般都不用太考虑封装，它们的引脚可能本身就符合万用板上的引脚间距。
但是在使用 PCB 和贴片元件时，就需要了解每个元器件的封装了，一般画 PCB 时有一个重要的步骤就是给 PCB 中所使用的元器件画封装。幸好立创 EDA 结合立创商城，给大多数元器件已经画了封装，在立创 EDA 中可以直接使用。
元件封装（Footprint）或称为元件外形名称，其功能是提供电路板设计用，换言之，元件封装就是电路板的元件。封装主要分为DIP双列直插和SMD贴片封装两种。
英制例如 0805、0603
对于常用元器件，例如电阻、电容，这些都是使用的 0805、0603、0402 这样的数字来表示封装大小，这里面的数字都是英制单位，例如一个 0805 封装的电阻就表示这个电阻的尺寸大约为 0.08 inch * 0.05 inch，对应到公制单位大概是 2.0mm * 1.25mm。
公制例如 3225、2520
另外一些元器件也会使用公制单位来表示封装尺寸，例如晶振中的 3225 表示大小为 3.2mm * 2.5mm 的晶振。
以上两种封装的更多尺寸可以参考这个帖子：https://www.digikey.cn/zh/forum/t/topic/440 。
芯片封装例如 SOP、QFN、QFP
芯片一般会有更多引脚，这个时候就会接触到例如 SOP-8、QFN-48、QFP-48 这样的封装，其中 SOP 还有相应的更密集引脚的变种 SSOP。这类封装名称后面跟着的数字用来表示这个芯片拥有多少引脚，例如 QFN-48 就表示这个芯片有 48 个脚本，通常会是四边，每边 12 个引脚。
SOP 和 QFP 这两种封装都有对应的引脚在芯片外面，而 QFN 则是在封装侧面分布着一排焊盘，焊接难度比较 SOP、QFP 可能会更高一些。
现代芯片封装 BGA
这种封装一般会用在高速芯片上，因为这种芯片体积小，但是拥有更多引脚，通过像 QFN 这样的封装已经没办法放下足够多的引脚了，又或者因为芯片本身设计需要，需要将引脚按内部模块分布。
在接触到高速电路例如 USB 3.0、SoC 之后，会碰到此类芯片，例如全志 H616、DDR 内存颗粒、eMMC 存储芯片等，这些芯片的焊接相比上面几种又增加了难度，可能需要失败几次才能掌握 😂。
关于更多芯片封装可以参考这个文章：http://www.ccmchip.com/20201019-88990.html 。
电阻
电阻在电路通常用来限流、分压等用途，是比较常用的元件了。
在原理图中，电阻的位号通常使用 R 开头。
常用种类
插件电阻
在以前的分立元件电路中比较常用，现在用上 PCB 就可以不用了，不过有个好处就是一般功率比贴片电阻大。
贴片电阻
用来代替插件电阻的，现在 PCB 设计中最常用的元件之一了。
采样电阻
在电流采样电路中会使用到，一般阻值是豪欧级别，例如 5 豪欧、10 豪欧，这样即使在有大电流时，也不会产生太大的功耗。
大功率电阻
像水泥电阻、铝壳电阻什么的，可以做到很大体积，并且承受比较大的功率，例如 5 欧 50W 的电阻，就可以承受一段时间持续 10A 的电流。
封装形式
对于贴片电阻，常用的封装就是 0805、0603、0402 等等，对于手工焊接玩家来说，0805、0603 是比较适合手工焊接的，0402 在熟练的情况也可以使用，不过这个也是我个人的极限了，再小也没有尝试过。
一般电阻封装可以根据功耗去选择，通常封装更大的电阻，拥有更高的功率支持，如果不是需要通过大电流，可以往小了并且手工焊接友好的封装的方向选择，我现在通常会选择 0603 封装的贴片电阻。
选型
对于电阻选型来说，可以从功率、精度两个方面来考虑。
功耗
在非高功率电路中，一般不会有特别高的电流，贴片电阻常见的 125mW 的功率已经足够使用了，例如在 5V 电路中使用 1K 的电阻给 LED 限流，电阻消耗的功率为 0.001A * 5V = 0.005W，远低于 125mW。
精度
电阻常见精度有 5%、1%、0.1% 等，有一些精密电路，例如 USB 芯片的某些引脚会比电阻精度有要求，但是一般也就是要求 1% 的精度，只有比较少的场合会使用到 0.1% 精度的电阻，一般来说 5% 和 1% 精度的电阻价格没有差别太大，在购买时我都直接选择 1% 精度的电阻。
电容
电容通常是用来稳压、去耦、滤波等用途，有些时候在电路中使用量可能比电阻还要大，例如像 SoC、DDR 等场景，在它们的背面都是密密麻麻的电容。
在原理图中，电容的位号通常使用 C 开头。
常用种类
贴片电容
使用 PCB 贴片元件之后，最常用的电容封装了，没有极性区分，不过一般容量不会太大，价格便宜，在 PCB 上用量应该是最多的一种。
钽电容
体积小，容量一般比贴片电容大一些，有正负极区分，接反了可能会爆，价格相比贴片电容要贵很多，一般在电源模块中用得比较多。
铝电解电容
体积大，容量更大，价格便宜，插件和贴片的封装都有，另外铝电解电容会有老化的问题，时间长了会容量下降。
固态电容
体积跟铝电解电容差不多，容量也类似，性能参数相比铝电解电容更好，并且不存在铝电解电容的老化问题，现在很多主板好不好就会宣传用了多少固态电容。
当然固态电容价格要比一般铝电解电容要高上很多了，如果不是极致需求的场合，还是就用一般的铝电解电容吧 🙈。
固态电容的优点可以参考这篇文章：https://www.szlcsc.com/info/13572.html 。
当然并不是只有上面三种，还有更多其他类型的电容，但是目前我在做电子 DIY 的时候，还没有使用过，也并不了解，这里就不过多介绍了。
封装形式
贴片电容
贴片电容的封装跟电阻一样，一般就是 0805、0603 等，贴片电容的容量大小、耐压值都会影响封装大小，一般越大的容量、越高的耐压值，会要更大的封装。
铝电解电容和固态电容
这类电容一般外形都是圆柱体，因此封装一般使用 直径*高度 的方式表示，例如 6.3mm*7mm 就表示这个电容的直径为 6.3mm，高度为 7mm。跟贴片电容一样，这个体积也是跟电容的容量和耐压值相关的。
钽电容
钽电容一般封装会用 A、B、C、D、E、P 这种字母表示，例如 B 型就是 3528，尺寸为 3.5mm*2.8mm。
更多钽电容封装信息可以参考这个文章：http://www.yznfc.com/tdrzs/1.html 。
选型
容量
电容的容量一般都需要根据它所使用的场景去选择，并且一般对应场景会有对应的容量选择，例如以下几种常见的：
滤波电容：常见于电源模块输入输出部分，用来防止电压波动太大，例如 LDO 或者 DCDC 电路中，一般会都在输入输出部分都添加滤波电容。这个场景下一般会使用 10uF 或 22uF 作为低频滤波，100uF 作为高频滤波电容，并且将它们并联使用。之前看过一些文章，有些时候可能两个 22uF 并联效果会更好。
去耦电容：其实我也不太懂这个去耦电容，一般主要用在芯片的电源输入部分，并且要求放在靠近芯片电源引脚附近，像 DDR 之类的高频芯片，可能每个电源引脚都需要一个去耦电容。这个电容一般都会使用 100uF。
晶振负载电容：芯片使用外部晶振时，一般需要添加对应的负载电容，容量一般为 15pF 或者相近的值，需要根据晶振的参数来决定。
其他场景：还有就是一些有突发大电流需求的场景，例如充电模块、USB Hub 的电源输出等，这个时候可以选择 100uF 的电容。
一般电路上使用的芯片，它提供的数据手册都会有相关的电容容量参考建议，直接按手册来就行。
更多电容去耦、滤波相关知识可以参考这篇文章：https://www.cnblogs.com/deliweier-wangshuping/p/16127284.html 。
耐压值
电容不像电阻，它是有耐压值的，如果超过它的额定电压，可能就会“点亮”一颗电容 😂。一般来说，使用是使用 USB 供电的电路，最高电压就 5V，一般也不用太注意这个，大部分贴片电容的耐压值都会在 5V 之上的，低一点的常见也是 6.3V。
但是对于一些有高电压的电路来说，就特别需要注意电容的耐压值了，比如 USB PD 充电电源模块，输入和输出最高可能都会到 20V，这个时候就需要选择耐压值高一点的电容了，一般可以按实际电压的 1.5～2 倍来选择，低一点问题也不是特别大，之前在做 SW3536 快充模块时，输出 20V 的电容就选择了 25V 耐压，使用下来问题也不大。
ESR、ESL
电容还有两个参数，就是 ESR 和 ESL，分别是等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL），其中 ESR 会影响在使用过程中电容本身的发热情况，ESL 会影响使用过程中信号的稳定性，通常这两个值越低越好。
另外这两个值也会影响到实际滤波时的效果，这就涉及到一些模电的知识，还没有深入去学习过，只能说目前没有特别关注这两个参数的情况下，也没有太大问题 🙈。
更多 ESR、ESL 知识可以参考这篇文章：https://www.yuden.co.jp/cs/product/support/faq/q007.html 。
电感
我不是太懂电感的作用，它主要用在电源相关的电路中，例如升降压模块。
在原理图中，电感的位号通常使用 L 开头。
常用种类
贴片电感
体积比较小的电感，一般比较少用，额定电流一般比较小。
工字电感/磁胶电感
价格一般比较便宜，各种规格额定电流的都有，应该算是非屏蔽类型或半屏蔽类型的电感。
一体成型电感
一般比较体积大，可以有比较大的额定电流，全屏蔽封装，通常在主板或显卡的供电部分可以看到，作为一个外行人，觉得这种类型的电感看着比较专业。
磁环电感
一般就是直接一个磁芯再加上绕制的线圈，体积巨大，不过好像额定电流会比较大，发热也比较小。
封装形式
小型贴片电感也跟贴片电阻一样，有 0805、0806 等尺寸的封装。
像工字电感、磁胶电感、一体成型电感，通过会直接使用公制单位来表示尺寸，例如 0420 表示长和宽是 4mm * 4mm，高度是 2mm 的电感，对于更大一些的电感，例如像 22uH 7A 的一体成型电感，在立创商城的封装选择中，会直接显示为 SMD, 13.6mm * 12.8mm。
对于磁环电感来说，就是看一下两个引脚的间距，来确定是否符合 PCB 安装需求了。
选型
电感的几个主要参数就是电感量、DCR、额定电流和饱和电流，在选型的时候可以根据这几个参数来决定，另外封装形式还会影响 PCB 布线时的一些内容，需要额外考虑一下。
电感量
电感的单位一般用 uH 来表示，电路中的电感需要使用多少电感量，一般直接根据芯片的手册来决定，在手册中通常会给出一个电感量的计算公式，根据工作电压、工作电流等参数计算出来需要使用的电感量。
例如像 TP5400 这个锂电池充放电芯片，手册推荐的电感量就是 3.3~22uH，我一般直接配合 10uH 的电感来使用。
直流电阻(DCR)
这个就相当于电感在通过电流时的电阻值，根据已知电流、电阻时的功率计算公式 P = I2 * R 可以发现，如果电感的 DCR 值越高，那么在通过大电流时，发热会更严重，这个在大电流电源模块中需要特别注意。之前在做 SW3536 充电模块时，如果持续 100W 满功率运行，电感的温度也会上升得很快。
额定电流和饱和电流
这个参数在有大电流需求时需要关注，同样以 SW3536 充电模块为例，最高功率 100W 时，电流为 5A，如果所选择电感的额定电流和饱和电流不够高，就会导致电感量下降以及电感本身发热比较严重。
更多电感相关知识可以参考这篇文章：https://www.dianyuan.com/eestar/article-2265.html 。
屏蔽和非屏蔽电感
对于屏蔽和非屏蔽电感，在 PCB DCDC 电路布线时，需要额外考虑一下焊盘中间是否需要禁止铺铜，防止电感对电路中电压产生影响。
更多内容可以参考这篇文章：https://zhuanlan.zhihu.com/p/478688078 。
小结
这篇文章是从一个电子 DIY 爱好者的角度去介绍了电阻、电容、电感三种元件的一些相关知识，大概了解之后，在 EDA 中去绘制原理图和 PCB 布局布线时，也能避免手足无措的情况，可以快速上手。
以及这也是一些入门相关的知识，具体每种元件的特性，还需要在后续的使用中继续深入学习和掌握，才能让整个电路更加稳定。
参考资料
https://www.digikey.cn/zh/forum/t/topic/440
http://www.ccmchip.com/20201019-88990.html
https://www.szlcsc.com/info/13572.html
http://www.yznfc.com/tdrzs/1.html
https://www.yuden.co.jp/cs/product/support/faq/q007.html
https://zhuanlan.zhihu.com/p/478688078
题图来自 https://www.vedantu.com/evs/capacitor-inductor-resistorc