基本器件-电阻、电容与电感
简介
最近面试中，面试官问了一个很有意思的问题。如何理解电阻，电感，电容的？一瞬间我思绪万千，竟然一时间不知道从何处起回答这个问题。脑子瞬间宕机，最终只能是止步于隔直通交，隔交通直，电能转换为磁能，热能这种流于表面的回答。
思来想去，觉得有必要专门写个博客整理一下对这类最基本的无源电子元件的理解。
电阻 R
电阻（Resistance）有两种概念：一种是物理概念，描述物体导电能力的物理量；另一种指的就是电阻器（Resistor）这类器件特性。这两者是高度统一的，其本质是电荷（通常是电子）在导体中定向移动时，与晶格原子、杂质、缺陷等发生碰撞和散射，从而导致电能不可逆地转化为内能（热能）的物理过程。
欧姆定律——宏观视角
电阻的现象被描述为元件对电流的“阻碍作用”，通常以欧姆定律来定义电阻（理想上电压电流同频）：
晶体结构——微观视角
金属导体的导电性来源于内部的“自由电子”，由金属原子的最外层电子摆脱束缚产生，可以在整个金属内部自由移动（理想上），又被叫做“电子气”。同时，失去外层电子的原子变为正电离子，规则排列形成“晶格”。
在绝对零度且晶体完美的理想情况下，自由电子在晶格中穿行不会遇到任何阻力。此时，电阻为零（超导）。然而，现实世界不会完美：
- 晶格振动：原子并非静止不动，它们一直在其平衡位置附近做热振动。温度越高，振动越剧烈。这些振动的原子会像一个一个“路障”，阻碍自由电子的运动。
- 杂质和缺陷：导体中不可避免地存在其他种类的原子（杂质）以及晶格排列的不规则（缺陷，如空位、位错）。这些也会破坏晶格的完美周期性，成为电子的散射中心。
综上所示，我们得到电阻的本质就是：自由电子在电场驱动下定向运动时，受到晶格振动、杂质和缺陷的散射作用，导致其动能被耗散为热能的强弱程度。当然为了的理解和应用，我们简化成欧姆定律，电阻率 ρ (Ω ⋅ m) 来描述导体的导电性能参数。
电阻器模型
从频域角度看，理想的电阻的阻抗（Impedance，Z）是一个与频率无关的实常数。
- 阻抗值恒定：无论信号频率多高或多低，电阻的阻值始终不变，即 ZR(f) = R。
- 无相位偏移：电阻上的电压和流经的电流在时域上同相位。在频域中，这表现为阻抗的相位角恒为0度。
现实中，阻抗是一个复数，它描述了元件对交流信号的阻碍作用，同时包含了幅度和相位信息。
- 阻抗的实部：称为电阻（Resistance），代表能量的耗散（转化为热能）。
- 阻抗的虚部：称为电抗（Reactance），代表能量的临时存储与释放（如电容和电感）。
真实世界的电阻器的阻抗是比较复杂的，由于引线和电阻体本身的螺旋结构会引入寄生电感，由电阻两端的电极以及彼此靠近的引线引起引入寄生电容。其模型图如下所示，总阻抗
Ztotal
为： 
上图存在两个重要节点，分别为 fRC = (2πRC)−1
和