胸有成竹地选择元件

假设你现在需要设计一个电路原理图，如果你有一间设备齐全的实验室可供使用（或许还有一位实验管理人员指导你怎样做），那就再简单不过，那么本文对你也就没有什么意义。不过，如果你需要订购元器件才能开始你的项目，并且这件事对你而言又很困难，那么本文可以提供一些看法和建议。

订购各种电子元件最常见的两个去处是和。本文以Digikey为例，因为我曾去过他们在明尼苏达州锡福里佛福尔斯（ThiefRiverFals）的总部，对其库存的广泛和工厂的效率有所体会。

为了简化我们的讨论，我们选择电阻器作为讨论元件。如果我通过Digikey的搜索引擎查找电阻器，它会返回一个在“电阻器”标题下有7个子标题的清单。其中无一可作为明显之选，如“通用电阻器”（generalpurposeresistor）。相反，它们是按照其组装方式来分类的，包括表面贴装、通孔、底座安装、阵列等，或者按照精密或配件来分类。这时你需要点击希望可以找到的说明图片。（顺便提一下，Mouser是按电阻器的复合材料进行分类的。）

在选择元件之前，你需要知道它在电路中的功能。流经它的电流是多大？它是在电源通路中还是信号通路中？必须经过它的信号的频率有多快？如果元件是在电源通路中，则你可能想优化其载流能力、热耗散及电荷存储特性（对电容器而言）。如果元件是在信号通路中，则你需要考虑系统中信号的频率。如果是低频系统，则不存在其他任何特殊要求。任何元件都能正常工作。如果是高频系统（数百MHz或更高），则你的选择应当更加慎重。这时元件的寄生现象会在你的电路中引起不良干扰。对于一阶频率，高频通路（如跑车）中使用最小的元件；电源系统（如牵引车挂车或自倾货车）需要最大的元件。

我们回到“电阻器”标题下的选择清单。如图1所示，“通孔”（ThroughHole）是一种已使用多年的电阻器类型。之所以叫“通孔”是因为电阻器两端附着的引线穿过印刷电路板（PCB）上的金属化孔。电阻器的值通过前三个色带的颜色代码形式给出。第四个色带标示容差。

第二种最典型选择是“表面贴装”（SurfaceMount）。如其名字的涵义一样，这些电阻器不穿过电路板，它们是焊接到电路板任一面上的焊盘。由于结构紧凑，这种电阻器是高频电路的理想选择。（另外也是便携式设备应用的理想选择。）表面贴装元件（SMD）有各种尺寸。我所用过的最大尺寸是1206（约为0.12英寸×0.06英寸），其次是0805（约为0.08英寸×0.05英寸）。另外还有0603、0402、0201和01005。如果你要手焊这些元件，我建议你选择上述两种最大尺寸的。当我还在研究所并且在焊接能力最强的时候，我能可靠地焊接0402元件和以65%的成功率焊接0201元件。过了15年后，我的笨拙手指倒是很适应焊接0805元件，但对0603元件就有点力不从心了。

以下电阻器不太常见。“底座安装”（Chassismount）通常是指一种带有小定位件（tab）的电阻器，它允许你用螺丝或螺栓将电阻器安装到一个外壳上。“阵列”（Array）是指由多个电阻器组成的电阻器排，如同梯阶一样。这些电阻器常用于简单转换电路。“精密”（Precision）是指经过专门微调的元件，其阻值比典型元件值更精确。

假设你要选择表面贴装电阻器并进到选择页面。面对超过276000种产品，先用过滤功能缩小范围，元件特征对我远为重要，所以我通常不会限定生产商或系列。相反，我们更看中温度系数。温度系数是元件的值随温度变化而变化的量，数值越小越好。接下来是容差。容差是允许实际值偏离预测值的大小。容差非正即负，所以它还是元件的变化率。同样，容差也是越小越好，但是元件也越贵。

对于封装和尺寸，请参见前面关于焊接不同尺寸元件的讨论。另外还可以指定封装的高度。（假设你为了某些原因需要确保封装高度不超过某个值）封装类别是指批量订单以及用哪种类型的自动机器来组装电子电路板。我所跳过的过滤条件是最重要的参数。选择电阻器一定要考虑电阻值。同时还要注意功耗。在知道了流过元件的直流和交流电流后，即可计算出功耗。出于安全考虑，应当订购功率大于需求的元件（短路或浪涌电流有可能毁坏元件）。

P=I2R

有关电阻器构成的详细讨论超出了本讨论的范围。我在寻找电阻器时一般不会限定这个选项，不过仍然乐意了解存在的选择。碳电阻器倾向于具有低瓦数。而绕线式电阻器倾向于具有高瓦数。

本讨论的另一个方面是元件的特性。通过军工和汽车应用认证的元件具有更大的温度范围和更严格的认证条件（仅当需要时再选择这种元件）。电流感测电阻器通常是与被测试的电源回路，串联放置的小阻值电阻器，用于监测电源电流。其他选项中的大多数用不着解释。

我平时所见的大多数电路由表面贴装元件组成。对于传感器，只使用表面贴装元件。作为选择电阻器的例子，我们来看环境光和接近传感器ISL29038（见图2）。该元件用于手持设备，如智能手机。环境光传感器通过监测周围环境光的亮度来帮助调整屏幕亮度和省电。接近传感器可感测你将电话拿近耳朵进行通话的行为并禁用屏幕。

在这种应用中，表面贴装元件因为尺寸小而具有优势。对于手工组装并且很可能由客户手工检验的评估板，0805元件更受欢迎。比较R_EXT电阻器的尺寸与图中标准回纹针的大小，R_EXT电阻器设置了针对设备的偏置电流，它不在信号通路中，没有高频信号通过它。同样，使其位置接近传感器也是应当遵循的良好规范，表面贴装元件能够紧密地集中在一起。

实际上，在大多数情形中，表面贴装元件是我的封装选择。如果存在高电流供给，如10A或更高，则我只会选择插件元件。这时选择表面贴装元件并非不可以，但需要具备合适层数的良好电路板布局。

如果你的电路板设计恰好是将接线放在一起（无焊点），那么值得庆幸的是有转接板可供使用，所以你仍然可以使用表面贴装元件来进行原型设计。不过，转接板会添加寄生效应，这有可能影响原型的性能。

总之，原型设计有很多乐趣。一定不要让订购元件的麻烦成为你尝试新想法或设计有趣的电路的障碍！