把一台收发信机的外壳打开，最先撞进眼睛的是密密麻麻的小零件。电阻、电容、电感、开关、继电器、变压器，这些东西在原理图上各有各的符号，在手里却是能被捏住、被焊上的实物。业余无线电的乐趣有一半藏在这里，你得知道每一类元件是用什么做的、能扛多大的电压电流、到了高频又会露出什么脾气，才敢把自己的电路接上电源。
题库里关于元器件的这些题，表面上问的是名称和分类，往下追一层都连着物理。电阻的制造材料为什么影响噪声，电容的耐压为什么和介质厚度有关，线圈到了短波段为什么不再是一个纯粹的电感，变压器为什么能把阻抗按匝数比的平方搬来搬去。二十四道题里有多半数要逐项判断，没法靠印象蒙过去。
这一批题目还有一个特点，计算题的分量不轻。理想变压器的匝数比、次级负载电流、折合到初级的阻抗，三道题把它们串成了一条线。跟着算一遍，往后看射频变压器和传输线变压器时，心里就有了一把尺子。
一、电阻与电位器
无源与有源这两个词会在后面反复出现，值得先把界桩立好。电阻、电容、电感、变压器这些元件不消耗外部电源，只对信号做线性的搬运与储存，属于无源器件；二极管、三极管、场效应管需要外部供电，能够用小信号控制大能量，属于有源器件。
电阻是所有电路里最不起眼、也用得最多的元件。它的品种划分有好几种维度，按功率分、按精度分、按用途分，而制造材料是其中最基本的一种。
【MC3-1074】按制造材料细分，常见的电阻有： 正确答案：ABC（碳膜电阻；金属膜电阻；线绕电阻）
三种材料对应三种性格。碳膜电阻把一层碳膜蒸在瓷棒上，成本低、阻值范围宽，短波设备里到处能见到它，缺点是电流噪声偏大、温度系数也差，做高增益前级时容易把噪声带进信号链。金属膜电阻改用镍铬一类的合金膜，公差能做到百分之一，温度系数压到几十 ppm 每摄氏度，代价是价格略高。线绕电阻拿镍铬丝或者康铜丝在骨架上绕制，功率容量可以做得很大，缺点同样鲜明：它本身就是一个电感，频率高了阻抗就不再等于标称阻值，所以短波射频路径里很少见到它。
阻尼电阻被排除在外，理由在于它属于功能名称而不是材料门类。同样处在功能维度的还有限流电阻、泄放电阻、上拉电阻，它们可以由碳膜做，也可以由金属膜做，自身并不构成一个材料品种。分清分类的维度，比记住名词更重要。
阻值并不是想要多少就有多少。市面上流通的阻值按标准数列分布，常用的 E24 系列每十进制二十四个值，精度更高时用 E96 系列，相邻两档之间的比值约为百分之十。设计时把算出来的阻值就近取到标准值，再重新核算一次工作点，是比苦等一只非标电阻更实际的做法。
色环是这些材料被做到一起之后留下的识别方式。四环电阻读前三位有效数字加一位倍率，五环再补一位精度，金色的误差环表示百分之五，银色表示百分之十，棕色往往出现在五环电阻的最后一位上，代表百分之一的公差。这些约定能让人在光线不好的机箱里也把阻值认出来，不必每次都翻万用表。
噪声与温漂常常被放在一起谈，可它们来自不同的物理过程。热噪声是电阻体内载流子无规则运动的结果，与阻值和带宽的平方根成正比，任何电阻都躲不掉，能做的只是别在前级用太大的阻值。一只一千欧姆的电阻在三千赫兹带宽内产生的噪声电压不过零点几微伏，这个数字与天线送进来的微弱信号处在同一量级。电流噪声来自电流通过不连续介质时的起伏，碳膜比金属膜明显得多，这也是高增益音频前级偏爱金属膜的原因。
温度这位变量还会改变阻值本身。金属膜的温度系数通常在每摄氏度几十 ppm 的量级，碳膜则在几百 ppm，同样一只电阻放在功放旁边，温度升高几十度之后阻值的变化可以相差一个数量级。精密分压网络、仪表放大器这类场合，选型时就要看这个指标，而不是只看公差。
第二个问题更实际：手头的电阻标着阻值和功率，唯独没有耐压，而电路要工作在几百伏上。
【MC2-1083】制作工作电压较高的电路应当关注元器件的耐压。这可以提高电路的安全性。要确保所用电阻的耐压，可供借鉴的经验有： 正确答案：AB（咨询厂商，选用额定耐压较高的产品；或，尝试选用封装尺寸较大一些的；如果所选产品不能满足设计要求，可将多支电阻串联使用）
电压这个参数在电阻上是被功率和尺寸间接决定的。电阻的额定功率对应它能散掉多少热，封装越大，能承受的电压也越高，因为电压沿电阻体的分布长度更长、局部电场更弱。厂商目录里会给出连续工作电压和脉冲耐压两项指标，选型时把设计电压和它比一比，是最直接的办法。手头型号不够，就把两支或多支电阻串起来，让总电压分摊到每一支上，每支承受的只是其中一段。并联解决的是电流分流和功率分摊，两端电压并没有降低，对耐压要求高的场合帮不上忙。至于“金属膜比碳膜高级所以更安全”，混淆的是精度与耐压这两件事，碳膜电阻同样有耐压指标，只是膜层工艺不同。
选型时还要留出余量。厂商给出的耐压往往有测试条件，实际电路中若存在开关瞬间的尖峰或者电网的浪涌，按额定值贴着用迟早会出问题，工程上习惯留出一倍上下的裕量。电阻如此，电容和熔丝也一样，额定值从来不是让人拿来做工作点的。
电位器的特殊性在于它有第三个端子。
【MC2-1084】电位器是一种触点端与电阻体滑动接触的三端电阻元件。其在电路中可以用作： 正确答案：AB（可调分压器；可变电阻）
这个滑动触点可以在电阻体上移动，把一个电阻分成了上下两段，因此它能承担两种角色。把两端分别接到电源正负，从中间触点取出电压，它就是一个可调分压器，音量旋钮干的就是这件事。只用到一端和触点，另一端的阻值被空置，它就退化成一个可变电阻，用来调偏流、调指示亮度，或者限制某条支路的电流。变压器要靠磁耦合实现能量传递，电位器里根本没有磁场这个环节；可变电纳需要的是可调电容或者可调电感，电位器提供的是纯电阻，与电纳无关。
顺带说一句电位器的短板。滑动的触点意味着接触电阻会随使用而变化，机械磨损和氧化会让它产生沙沙的噪声，用久了的音量旋钮转到某个位置突然出声、或者声音断续，多半就是这个问题。射频路径里也很少用碳膜电位器，因为它的寄生电感和分布电容在短波段会让调节变得不可预测。
二、电容
两块金属板中间夹一层介质，就构成了一个电容器，加电压就储存电荷，容量取决于极板面积、极间距离和介质的介电常数。与电阻一样，按制造材料分类是最常见的做法。
【MC3-1086】电容器由彼此绝缘的两个电极构成。若按制造材料细分，常见电容器包括： 正确答案：ABC（陶瓷电容；电解电容；有机薄膜电容）
陶瓷电容用钛酸钡一类的陶瓷介质，体积可以做到极小，高频特性好，无极性，是最常用的旁路和耦合元件。电解电容靠氧化铝膜或者氧化钽膜做介质，这层膜极薄，所以单位体积能做出很大的容量，代价是有正负极性、漏电流偏大、寿命受温度影响。有机薄膜电容用聚酯、聚丙烯、聚苯乙烯等薄膜做介质，容量稳定、损耗小、耐压可以做得较高，在滤波和音频耦合里仍然常见。“线间电容”则是另一回事，它指两根导线之间不经意形成的耦合电容，是布线里的寄生效应，既不能挑选也不能采购，自然不会出现在制造材料的分类里。
命名习惯里还留着一套老代码。国产电容常见的 CBB 表示聚丙烯薄膜，CL 表示聚酯薄膜，CC 表示高频陶瓷，CD 表示铝电解，字母组合的第一个字母标介质类别，后面跟容量与耐压。看懂这套前缀，抓起一只没有丝印的电容也能判断它大概能用在什么地方。
电容真实的等效模型是一串三件套：一个理想电容，串一个等效串联电阻，再串一个等效串联电感。理想电容的容抗随频率下降，可串联电感带来的感抗却在上升，两者在某一个频率上正好抵消，阻抗出现最低点，再往上就变成感抗为主。等效串联电阻决定的是损耗，纹波电流流过它变成热，大容量电解电容在大电流滤波场合发热明显，根子就在这个参数上。低温下电解液的离子迁移变慢，等效串联电阻会成倍增大，所以严寒环境里的电源性能常常打折扣。
接下来这道题考的是封装上的标注习惯。
【MC3-1088】在组装业余收发信机所用的元器件中，标有额定耐压的通常是： 正确答案：ABC（电解电容；钽电容；熔丝）
丝印上那几行字各有分工。容量通常按三位数字加单位标出，比如 104 代表零点一微法；耐压紧跟其后，有的是直接写出伏数，有的用字母代码表示。温度特性也常出现，像 X7R 与 C0G 这两类陶瓷，前者容量大但随温度变化明显，后者稳定却做不大。看全这几项，才知道手里这只电容合不合适。
耐压这个指标被印在电容外壳上，是因为它关于击穿。极板之间的介质被施加了电压，场强超过介质能承受的极限就会击穿，电解电容的氧化膜只有微米量级，当场强逼近极限时后果通常不只是容量变化，而是短路、漏液甚至爆裂。钽电容的介质更薄，对过压更敏感，标注也最严格。熔丝标注的额定工作电压，则主要约束熔断瞬间的电弧能否被熄灭，在直流高压回路里，用低压熔丝去代换会带来持续拉弧的危险。电感线圈上印的是电感量和额定电流，它不承受极间电压，自然不需要耐压这一项。
极性这件事在检修时能省下不少工夫。电解电容的外壳上印着一条带减号的色带，标出负极，装反了轻则漏电流剧增、容量骤减，重则通电几秒就鼓包爆裂。有些老机器里的耦合电容是无极性的薄膜电容，替换时不必纠结方向；而电源滤波那一级用的一定是电解，方向必须核对两遍。
电解电容在爱好者手里还有一项常见操作。
【MC4-1089】在自制电路作品时，爱好者们经常将容量约为 1-100μF 的电解电容替换为同等容量的贴片陶瓷电容。后者的优点是： 正确答案：ABCD（体积更小；频率特性更好；没有极性；故障率更低）
储能这件事还牵着一根安全绳。大容量电容在断电之后往往仍然带电，电源滤波那一级尤其明显，几百伏的电压能在上面停留很久。检修之前先用一只功率电阻把两端短接放电，是动手前最不该省的一步，顺手还能验证放电电阻本身是否完好。
贴片陶瓷电容技术这些年进步很快，过去 1 到 100 微法的容量只能靠电解电容，如今多层陶瓷就能做到，而且一次把四项好处都给了出来。它的体积小，几个毫米见方的封装顶得上过去一大截圆柱体，机内空间一下子宽松下来。频率特性更好，是因为它的等效串联电感和等效串联电阻都小得多，在几兆赫兹的开关电源噪声面前依然是个称职的旁路电容。没有极性意味着装配时不用再担心装反，调试时也可以随手换到另一边。故障率更低的原因在于它没有电解液，不存在干涸和漏液这两条失效路径，寿命几乎只受焊接质量约束。不过在需要大容量储能的场合，比如电源的整流滤波，电解电容的单位体积容量优势仍然在，两者是分工而不是替代关系。
三、电感与线圈
导线的形状决定它能做什么。电流通过导线会在周围产生磁场，把导线绕成螺旋，磁场相互叠加，就得到了一个能把电能存进磁场的元件。
【MC2-1099】哪种元件由线圈制成？ 正确答案：AB（电感器；电抗器）
电感器是最直接的答案，绕制的圈数、直径、长度和芯材共同决定电感量。电抗器同样由线圈绕成，区别在于它的用法：在交流回路里串进去限制电流，或者在开关电源的输入端抑制共模干扰，本质上还是靠感抗工作。电容器是两个电极夹一层介质，与线圈的绕制工艺没有关系。电阻器用碳膜、金属膜或者电阻丝做，虽然线绕电阻也绕线，但它工作的物理量是电阻而不是电感，命名上也归入电阻家族。
射频电路里选哪一种电感，是绕不开的问题。
【MC2-1100】电感的种类繁多。在射频电路中常见的有： 正确答案：AB（空芯电感；磁芯电感）
损耗这件事还有第二本账。线圈的损耗由导线电阻、集肤效应和邻近效应共同构成，绕得越密，相邻导线之间的磁场相互作用越强，电流在截面上的分布越不均匀，等效电阻就越大。同样圈数，间绕结构比密绕的损耗低，代价是占地方，短波功放输出端的线圈因此常常绕得很松。
空芯电感在短波段极其常见，绕几圈在骨架上，或者干脆用镀银铜线绕成间绕线圈，它的优点是没有任何磁芯损耗，品质因数可以做得很高，温度稳定性也好，缺点是要达到同样的电感量需要更多圈数，体积偏大。磁芯电感把线圈绕在镍锌或锰锌铁氧体磁环上，磁导率高，圈数可以少，体积紧凑，还能靠磁环的闭合磁路把磁场约束在元件内部，减少对邻近电路的耦合，代价是磁芯损耗随频率上升，温度稳定性不如空芯。分布电感和寄生电感听起来相似，指的却是同一类不受欢迎的东西：导线自身的电感、元件引脚的残余电感，它们不是可以选购的品种，而是在高频下必须想办法压小的干扰项。
线圈的品质因数把上面这些损耗汇总成一个数字。感抗与等效串联电阻的比值就是 Q 值，空芯线圈在短波段能做到两三百，磁芯线圈受磁芯损耗限制往往只有几十到一百出头。Q 值高的线圈用在天线调谐网络和窄带滤波器里，选择性会明显改善，代价是体积和绕制工作量都上去了，实际设备里常常要在两者之间找平衡。
磁芯还带来一个需要留意的边界。铁氧体的磁导率随频率变化，同一种材料分成镍锌和锰锌两大类，前者适合几兆赫兹以上，后者适合中波和更低频段，用错了频率会带来很大的损耗。磁芯能承载的磁通密度也有上限，通过的射频功率太大或者有直流偏置时，磁芯进入饱和，电感量急剧下降，电路的谐振点随之漂移，必要时得换更大的磁环或者用多只并联。
电源线路上常见的共模扼流圈也是电感的一种变形。两根导线同向绕在同一个磁环上，差模电流产生的磁通互相抵消，共模电流产生的磁通则叠加，于是差模信号畅通无阻，共模干扰被挡住。开关电源的输入端、网线的接口，以及一些自制设备的直流输入，都能见到它的身影。
射频通路里的扼流圈用法又不一样。它的任务不是选频，而是让某一条支路在射频上呈现高阻抗，把信号逼到该走的地方去。给放大器的供电脚串一只射频扼流圈，直流照常通过，射频被挡住，这种通直流、阻射频的作用在偏置电路里几乎处处可见。选型时要看它在工作频段内的阻抗是否足够高，以及自谐振频率是否落在使用范围之外。
把线圈跨接在电路上会怎样，取决于两个频率的对比。
【MC1-1103】设将一个电感值为 100 微亨的线圈跨接在电路上，不会严重影响该电路工作或不至引发安全风险的做法为： 正确答案：A（跨接在 HF 收发信机的天线插座两端）
关键在于感抗该怎么算。一百微亨的线圈放到 HF 频段上去看，以十四兆赫兹为例，感抗是 2π 乘以频率乘以电感量，算下来约八千八百欧姆。把它并接在天线插座两端，相当于给五十欧姆的端口挂了一个大电阻，只旁路掉很小一部分信号，既不影响收发，也不会发热。换到工频就完全不同了：五六十赫兹下感抗还不到零点一欧姆，跨在二百二十伏插座上等于直接短路，几安培的电流会立刻把它烧断，还可能引发跳闸和火灾。十三点八伏直流电源的输出端更直接，直流下感抗为零，跨上去就是把电源短路，保护动作或者元件冒烟二选一。扬声器那一路要过的正是音频功率，低感抗意味着功放输出被短路，输出级很容易损坏。
有一种高电压会从一个意想不到的方向冒出来。
【MC2-1104】小明用电压为 4.2 伏的低电压电池和几个无源元件做电路实验。在连接电路时，他感觉双手被意外出现的高电压击了一下。如果元件如下，则可能产生高电压的有： 正确答案：AB（电源变压器的绕组；继电器的衔铁线圈）
低压电池供电，照理说最多四点二伏，可手指碰到线圈的瞬间会被电一下。这个现象叫自感电动势：流过电感的电流不能突变，一旦回路被断开，磁场储存的能量必须在极短时间内释放，感应电压与电流的变化率成正比，几百伏甚至上千伏的尖峰就这么出现了。电源变压器的绕组和继电器的衔铁线圈都是典型的电感，断开它们的供电回路时都会产生这种尖峰，日光灯镇流器、汽车点火线圈用的也是同一个原理。大容量电解电容器在充放电时电压仍然受电源约束，断开的瞬间它可能保持几十伏的储存电压，但不会产生比电源更高的电压，而且放电回路是它自己控制的。碳化硅高压二极管是无源器件，没有增益也不需要外部供电，单靠四点二伏的电池不会让它凭空造出高电压。
四、开关、熔断器与继电器
控制一条支路的通断，听上去是最简单的动作。
【MC3-1105】开关是利用通、断两种状态对电路实施控制的一种电子零件。下列可用作开关的有： 正确答案：ABC（按钮开关；继电器；晶体管）
按钮开关靠手指按下接通，是最直观的一类。继电器用电磁力驱动触点，控制端和被控端电气上完全隔离，因此也被当作开关使用，而且因为它具备隔离能力，在自动化电路里承担着放大的角色。晶体管虽然在模拟世界里被当作放大器，但只要工作在截止区与饱和区两个极端状态，它就是一个电子开关，逻辑电路里的开关作用正是这么实现的。电位器的滑动触点只能让电阻值连续变化，阻值从最小值滑到最大值，电流始终存在，它没法把一条支路真正断开，所以不具备开关的通断两态。
开关类元件身上通常还有一个数字，与耐压并列。
【MC3-1108】在组装业余收发信机所用的元器件中，标有额定电流的通常是： 正确答案：ABC（熔断器；开关；继电器）
熔断器标额定电流的意义是明摆着的，它靠电流本身的热效应动作，过了额定值就会在规定时间内熔断。开关的触点容量同样要标出来，触点闭合时通过的电流如果长期超过额定值，触点会发热、氧化甚至粘连，断开时又要能熄灭电弧，所以耐流与耐压两个指标都要看。继电器的触点也是一样，标称值通常给两个：控制线圈的吸合电流，以及触点能切换的电流。压电晶体就没有这项指标，它工作在谐振状态，靠压电效应完成频率选择与机电转换，两端承受的是电压而不是通过的电流，标注的是谐振频率、负载电容这类参数。
可靠性的账也要算。机械开关的寿命按动作次数计，继电器按吸合次数计，普通小型继电器的标称值在十万次量级，而收发转换在比赛里可能每小时动作上千次。需要频繁切换的场合，电子开关或者固态继电器更合适，它们的寿命只受半导体本身限制。
业余作品里开关的形态比想象中丰富。拨动开关适合面板上的电源通断，旋转开关适合波段切换，薄膜开关常见于自制的小面板，微动按钮则多用于复位和测试。选型时除了通断能力，还要看触点形式：单刀单掷只能通断一路，单刀双掷能把信号在两条路径之间切换，双刀双掷则能同时切换两条线，收发转换里那种“收时接天线、发时接地”的动作，靠的就是这个结构。
按钮与旋钮之外，还有一点关于额定电流需要说明。触点能长期承载而温升不超过限值的电流，就是额定电流，它和耐压一样由触点材料、接触压力和散热条件共同决定。有些开关还标注额定功率，用来约束同时承受较高电压和较大电流的场合，两条曲线必须一起看，只看其中一项容易误判。
把熔断器装进机箱之前，有几个经验值得照做。
【MC3-1109】业余无线电作品中的熔断器常为玻璃或陶瓷封装的保险丝管，是用来增强电路安全性的。关于这类熔断器的使用，可供借鉴的经验有： 正确答案：ABC（选用保险丝管应当关注额定工作电压、额定工作电流和熔断速度；将大电流保险丝管装于管座内，以防熔断时爆裂，损伤周边元件；尽量将供电线路保险丝的管座固定于机箱背板，以简化维修工作）
选型要看的三个量是额定工作电压、额定工作电流和熔断速度。熔断速度决定了它能不能在半导体器件被烧掉之前动作，保护功率管要用快速熔断的型号，而普通电源线路用延时型更合适，可以容忍开机瞬间的浪涌。大电流保险丝管在熔断时会有金属蒸气和小颗粒飞溅，装进管座能把炸裂物限制住，免得波及旁边的元件。管座固定在机箱背板上，是为了维修方便：保险丝熔断往往出现在最不方便的时候，能从机箱外面直接更换，省下拆机的时间。给熔断器加装射频滤波器则没有道理，熔断是一次性的动作，不是持续产生的干扰源，真正需要滤波的是开关电源和数字电路这些连续工作的部件。
日常设备里其实到处都藏着这条规律的产物。手机的无线充电把两个线圈面对面放好，靠交变磁场隔空传能量；电动车的驱动电机与发电机在结构上高度相似，只是能量流向相反；就连最普通的话筒线，只要它在强磁场附近移动，也会感应出讨厌的交流声。看到一台设备里既有线圈又有运动部件，就该想到感应电动势这回事。
熔丝身上还有一个被低估的参数，就是熔断速度的等级。同一只玻璃管，管芯的结构不同，动作的快慢相差很大：快断型在过流几毫秒内就断开，适合保护半导体；慢断型能扛住开机那一瞬间的浪涌电流，在电源输入回路里更实用。业余条件下最常见的错误是随手拿一只同电流的快速熔丝去替慢速型号，结果一开机就断，然后误以为电路有故障。
测量这些小电阻也不轻松。毫欧级的接触电阻用普通万用表根本分辨不出，四线开尔文夹把电流线和电压线分开，才测得到真实数值。业余条件下更实用的办法是看现象：触点微微发热、接收底噪随继电器动作变化、或者同一信号时强时弱，都指向触点这条路径。
继电器在业余设备里的用法比开关更丰富。
【MC3-1110】继电器是一种具有电气隔离能力的开关，常用来以小功率低压电控制大功率电路或高压电路。在业余无线电作品中，继电器也用来控制射频电路的通断或切换信号路径。关于继电器的应用，可供借鉴的经验有： 正确答案：ABC（选用继电器时应关注触点的额定耐压和额定工作电流；用继电器控制收发转换，应在发射机待机后再行切换；选用切换信号的继电器，应关注其导通小信号的能力）
触点参数是第一件要核对的事，额定耐压与额定工作电流分别决定了它能不能切高压、能不能过大电流，两者的乘积就是触点能处理的功率。用继电器做收发转换时，必须等发射机进入待机状态再切换触点，否则触点上可能出现射频电压，轻则打火、烧蚀触点，重则把发射机的输出级拉坏。切换信号路径的继电器还有一项容易被忽略的要求，就是导通小信号的能力，弱到几微伏的接收信号经过触点，接触电阻的稳定性和触点材料的热电势都会带来影响，直接决定接收机的本底噪声。至于自制 HF 或 VHF 设备，用微波射频继电器是没有必要的，那类元件为数千兆赫兹的场合设计，价格高出几十倍，在短波段上并不会带来对应的收益，普通的小型信号继电器已经够用。
五、电磁感应与变压器
变化的磁场会在导体里生出电动势，这条规律把电和磁绑在了一起。
【MC4-1114】电磁感应现象是指置于变化磁场中的导体产生感应电动势的现象。应用场景包括： 正确答案：ABCD（变压器；发电机；交流异步电动机；无线电通信）
电磁感应的应用里还有一类容易被忽略，就是无线传能与感应加热。两个线圈不接触，靠交变磁场把能量送过去，效率取决于耦合系数与工作频率；感应加热则让高频电流在工件表面产生涡流，把金属自己烧红。同一套规律，换个频率和结构，用途就完全不同。
变压器把两个绕组套在同一个铁芯上，初级交变电流产生的磁通穿过次级，在次级感应出电压，能量就这样隔着铁芯传了过去。发电机让导体切割磁感线，机械能被转成电能，无论转子转还是磁极转，本质都是磁通在变化。交流异步电动机反过来用：定子绕组通入交流电产生旋转磁场，转子导体被这个旋转磁场切割，感应出电流，再与磁场作用产生转矩把轴带动起来。无线电通信同样离不开它，天线接收的电磁波在本体上感应出微弱电动势，扬声器音圈在永久磁场里被音频电流推动，话筒把声波转成电信号，这些都落在电磁感应的范围里。四项全对，是因为这四个场景的共同点就是磁通必须变化。
空心与实心、有芯与无芯，这些选择背后是同一条权衡：材料能带来的性能提升，总是要拿体积、重量或者频率范围来换。变压器如此，电阻与电容也是如此，元器件的门道常常不在参数表的第一行，而在第二行和第三行。
铁芯材料决定了变压器的应用边界。工频电源变压器用硅钢片叠成，损耗低、导磁好，重量也大；音频与射频变压器改用铁氧体，电阻率高，涡流损耗被压下来；射频功率变压器有时用铁粉芯，温度稳定性比铁氧体更好。选材时要看工作频率，把工频用的硅钢片拿到短波段上，涡流损耗会把铁芯烧热。
先看铁芯损耗，它由两部分构成。磁滞损耗来自铁芯被反复磁化与退磁时磁畴翻转消耗的能量，与材料的矫顽力和工作频率有关；涡流损耗来自交变磁通在铁芯内部感应出的环流，用叠片或者提高材料电阻率就能把它压下去。两项加起来就是铁芯损耗，频率越高越明显，几百赫兹以上硅钢片就不好用了，这正是音频与射频变压器改用铁氧体的原因。
选材也要考虑散热与安装。铁芯损耗最终都变成热，变压器的体积往往由温升而非磁通决定，连续工作的设备要留出通风空间。绕组用漆包线，电流密度按每平方毫米两三安培估算，线径不够就会发烫；高压绕组还要注意层间绝缘，否则几千伏的次级很容易在层与层之间打穿。
算一遍变压器，比背公式管用得多。
【MC3-1117】理想变压器初、次级绕组的匝数比决定变压器的电压变比。假设一个理想变压器的初级和次级绕组分别为 1100 匝和 110 匝，将初级接入电压为 220V 的交流电源并在次级并联一个 22 欧的电阻，则以下结论正确的是：（电压和电流均为有效值） 正确答案：ABC（次级电压为 22 伏；次级电流为 1 安；初级阻抗为 2.2 千欧）
第一道题给的是降压的场合。初级一千一百匝，次级一百一十匝，匝数比是十比一，电压就按同样的比例降下来，二百二十伏的初级电压在次级上变成二十二伏。次级并接的电阻是二十二欧姆，欧姆定律给出次级电流一安培，功率是电压乘以电流，二十二瓦。理想变压器没有损耗，初级的输入功率等于次级的输出功率，同样是二十二瓦，而初级电压是二百二十伏，所以初级电流是零点一安培。初级阻抗这一项要换个角度算：从电源往里看，这个变压器加上负载呈现出的等效阻抗是初级电压除以初级电流，二百二十伏除以零点一安培，等于两千二百欧姆，也就是二点二千欧。第四个选项说的二十二瓦其实是负载上消耗的功率，变压器本身在理想情况下不消耗功率，把传过去的功率当成变压器自己的功耗，表述并不成立。
换个负载再看一眼这条规律。如果次级并接的电阻不是二十二欧姆而是二百二十欧姆，次级电流就降到零点一安培，次级功率变成二点二瓦，初级电流随之降到零点零一安培。电压比始终由匝数比决定，与负载无关；电流和功率则随负载走，而折合到初级的阻抗会变成二十二千欧。匝数比定的是变换的比例，负载定的是工作点，两件事不能混在一起看。
升压的方向反过来算一遍。
【MC3-1118】理想变压器初、次级绕组的匝数比决定变压器的电压变比。假设一个理想变压器的初级和次级绕组分别为 120 匝和 1800 匝，将初级接入电压为 220V 的交流电源并在次级并联一个 4.5 千欧的电阻，则以下结论正确的是：（电压和电流均为有效值） 正确答案：ABC（次级电压为 3300 伏；初级电流为 11 安；初级阻抗为 20 欧）
初级一百二十匝，次级一千八百匝，匝数比是一比十五，二百二十伏乘上十五，次级就得到三千三百伏，这是一个高压输出。次级负载四点五千欧姆，电流是三千三百伏除以四千五百欧姆，约等于零点七三安培，次级功率约两千四百二十瓦。按理想变压器的功率守恒推到初级，输入功率同样约两千四百二十瓦，除以二百二十伏，初级电流约十一安培，与选项给出的数值相符。从初级看进去的等效阻抗是二百二十伏除以十一安培，等于二十欧姆。末项说功耗是二点四二千伏安，数值上接近前两步算出的视在功率，可单位是千伏安而不是瓦，把视在功率与有功功率混为一谈，在理想变压器这个前提下也不该再用功耗这个词。三个正确项正好对应电压、电流与阻抗三条线索。
高压这一侧的算术值得再停一下。次级三千三百伏压在四点五千欧姆的负载上，电流只有零点七三安培，可功率已经超过两千瓦，这正是高压小电流传输的道理。同样的功率若在二百二十伏上完成，电流要十一安培，导线上的损耗按电流的平方增长，两者相差两个数量级。电力系统把电压升到几十万伏再送出去，用的就是这条比例关系；业余设备里，电子管功放的高压电源也在用同一套算术。
等到把比例关系搬进短波段，射频变压器要处理的就换成了阻抗。
【MC3-1119】在射频电路中，变压器的用途之一是完成阻抗变换。某个绕制于铁氧体磁环上的高频变压器，初、次级绕组的匝数分别为 3 匝和 6 匝。在该变压器的设计工作频率和负载阻抗范围内，以下结论正确的是： 正确答案：ABC（该变压器可用作 1:4 或 4:1 阻抗变换器。用作后者时需将初次级互换；该变压器可用作 1:2 或 2:1 电压变换器。用作后者时需将初次级互换；该变压器可用作带阻抗变换功能的倒相器。用法是调换初级或者次级的线序）
三匝对六匝，匝数比是一比二，电压比跟着是一比二，阻抗比则是匝数比的平方，也就是一比四。这个变压器既能当四比一的降压变换器，也能把初次级对调当一比四的升压变换器，选项里说的“可用作 1:4 或 4:1”正是这个意思。电压变换是同一件事的另一面，一比二的电压比在初次级互换之后变成二比一。倒相器这项容易漏掉：如果把初级或者次级的两根线头对调，次级电压的相位就翻转一百八十度，而阻抗变换的功能不受影响，平衡混频器和推挽放大器的输入级常用这种做法。至于把天线阻抗里的电抗成分按比例变成电阻成分，则超出了变压器的能力，变压器变换的是阻抗的模，电抗部分仍然留在那里，要消掉它得靠谐振网络或者匹配网络。
比磁耦合更宽的一条路是传输线。
【MC3-1121】传输线变压器是结合传输线理论设计制作的一种射频变压器，已广泛应用于业余无线电作品。例如，用双绞线在磁环上穿绕数匝即可制成 1:4 阻抗变换器。这种变压器的优点是： 正确答案：ABC（可在很宽频带内实现阻抗匹配；可制成平衡-不平衡转换器；可制成功率合成与分配网络）
差模与共模还要分开看。两根导线各自去、各自回，来回方向相反的电流构成差模回路，它是信号与功率正常的通道；两根导线同时对地抬升，构成共模回路，它常常是干扰的搬运工。巴伦的核心作用之一，就是把不平衡的差模信号与平衡的差模信号互相转换，同时给共模电流留一条出路，让它在磁芯里被抑制掉。
传输线变压器把两根导线绞在一起绕在磁环上，信号在两根线之间的传输线里传播，磁芯只负责抑制共模电流，而不再参与能量传递。这个结构带来的直接好处是带宽：普通变压器受绕组漏感和分布电容限制，往往只能覆盖一个倍频程左右，传输线变压器可以从一点八兆赫兹一直用到三十兆赫兹，覆盖整个短波范围。双线并绕的结构天生对称，把一端接成不平衡、另一端接成平衡，就是一个平衡不平衡转换器，也就是常说的巴伦。把多个绕组按一定相位关系并接或者串接，还能做出功率合成与分配网络，推挽功放的输出合成和天线阵的功率分配都用得上它。倍频与分频不属于它的功能，那需要非线性元件产生谐波再滤波，用一个线性无源网络是变不出新频率的。
六、高频下的真实元件与有源器件
教科书上的元件是理想化的，图纸上的电感就是电感，电容就是电容，电阻就是电阻。真实元件工作在短波段时，这些假设会一条条失效。
【MC1-1123】同样材料、同样直径、同样长度的实心铜线和空心铜管，在交流电路中的发热损耗情况为： 正确答案：A（在低频率下实心铜线损耗较小，在高频率下两者损耗一样）
同样材料、同样直径、同样长度，一根实心铜线和一根空心铜管，差别只在铜料用在了哪里。低频时电流均匀分布在截面里，实心导线的有效截面更大，电阻更小，发热也就更少。频率升高之后，趋肤效应把电流挤向导体表面，电流只在一层薄薄的表皮里流动，管子中心那块铜已经不再参与导电。这时的有效导电层厚度不超过表皮深度，实心线的内部成了无用重量，两者的交流电阻趋于一致，发热损耗也就不再有区别。这就是大功率短波线圈和馈线常用铜管或者镀银铜管的原因：省铜、减轻重量，还便于散热，性能上并不吃亏。
电容器到了高频，等号右边的数字会变。
【MC2-1124】一个电容器，在 50Hz 频率下测得容抗为 100 欧姆。推断其在 5MHz 下的容抗应为 0.001欧姆，但实测值却显著偏大。这是因为： 正确答案：AB（随着频率升高，电容器引线的感抗变得不可忽略；随着频率升高，电容器的介质损耗逐渐增加）
这道题的偏差来自两处。电容器并不只是一个电容，它的引线和内部电极都有电感，频率越高感抗越大，两者串在一起，总阻抗就不再随频率单调下降，实测值自然比单纯按容抗公式算出来的偏大。介质损耗是另一条路径，交变电场让介质分子反复翻转，一部分能量变成热，等效串联电阻随之增大，这一项同样随频率上升。仪器频率特性这一项站不住脚，因为低频下的测量结果是准确的，说明仪器本身没有问题，偏差是在频率提高之后才出现的。容抗公式也没有失效，X_C 等于一比上二派频率乘以电容这个关系在任何频率下都成立，失效的是“元件只含一个电容”这个假设。
电感线圈身上会发生同一种偏差，方向却相反。
【MC1-1125】一个电感线圈，在 50Hz 频率下测得感抗为 10 欧姆。推断其在 5MHz 下的感抗应为 1 兆欧，但实测值却显著偏小。这是因为： 正确答案：A（随着频率升高，线圈的匝间分布电容变得不可忽略）
按感抗公式外推，五十赫兹下十欧姆的线圈到五兆赫兹应该有约一兆欧的感抗，实测值却远低于这个数。原因是匝与匝之间隔着绝缘层，导线之间形成了一个小小的电容，圈数越多这个分布电容越大。到了高频，分布电容的容抗变得很低，电流可以绕过线圈直接从匝间电容流过去，线圈表现出来的阻抗因此被压低。分布电容还带来一个后果，就是线圈存在自谐振频率，超过这个频率之后它甚至开始表现出电容的性质。仪器频率特性与容抗公式这两项同样可以排除，理由和上一题一样。
趋肤效应还有一个常被误传的细节。电流并不是突然全部跑到表面，而是从表面往里按指数规律衰减，衰减到表面值的三成多时对应的深度叫趋肤深度。铜在七兆赫兹上的趋肤深度约二十五微米，在十四兆赫兹上更薄，所以短波大功率线圈常用镀银铜管，把导电最好的金属放在电流真正流过的那一层上。镀银的作用是降低表面电阻，与铜管带来的省料和散热好处叠加在一起。
有源与无源的分界，取决于元件能不能自己造出能量。
【MC4-1126】下列哪些属于有源器件？ 正确答案：ABCD（硅整流二极管；肖特基二极管；场效应三极管；双极型三极管）
二极管、三极管这些半导体器件的共同点是都需要外部直流电源供电，靠电源提供的能量去控制电流，因此都属于有源器件。硅整流二极管虽然只做单向导电这一件事，可它需要正向压降之外的电源条件才能工作，属于有源器件。肖特基二极管用金属与半导体接触形成势垒，结电容小、开启电压低，是高频检波和开关电源里的常客，同样是有源器件。场效应三极管靠栅极电压控制沟道电流，输入阻抗极高。双极型三极管靠基极电流控制集电极电流，是放大电路的骨干。四者都在有源这一边，区别只在于控制的方式与适用的频段。
最后回到一个最朴素的问题：怎么知道机器有没有通电。
【MC1-1131】在下列器件中，能够用作指示灯的是： 正确答案：A（LED）
发光二极管把电能直接变成光，正向导通时亮度稳定、功耗低、寿命长，几乎成了面板指示灯的标准答案。双极型三极管是放大与开关元件，它不会发光。瞬态电压抑制二极管用来吸收浪涌，平时不导通，也没有可见光的输出。可控硅是功率开关器件，触发之后导通，同样与发光无关。这三个缩写的首字母凑在一起容易看混，记它们的功能比背缩写可靠。
万用表给出的读数还有一个盲区。普通手持表测电容用的是低频小信号，测出的容量与损耗是大致可信的；可它测不出元件在几十兆赫兹上会变成什么样子。想知道一只电容在短波段还像不像电容，一只电感在自谐振频率之前还剩多少电感量，得靠矢量网络分析仪扫一条曲线出来。仪器昂贵，退一步的做法是看数据手册上的阻抗频率特性图，或者干脆在工作频率上实测一段电路的增益，用结果反推元件的行为。
挑指示灯的时候还有一点值得留意。发光二极管是二极管，正向压降大约一点八到三点五伏，视材料而定，直接接到十二伏电源上会立刻烧掉，必须串一只限流电阻，阻值按电源电压与期望电流计算。想要低功耗，就把电流设在几毫安，现代高亮度管芯在这个电流下已经很亮，机器面板上一颗小小的灯，往往比说明书更早告诉你电源是否正常。
结语
这一篇走的路线是从元件的外观走到它在高频下的真实行为。电阻、电容、电感在图纸上各有理想符号，实物却各自带着寄生参数：线绕电阻有电感，电解电容有等效串联电阻，空芯线圈有匝间电容。理解这些寄生的来源，就理解了为什么同一份电路图在低频能工作、到了短波就要换元件。
开关与熔断器那一节讲的是安全，选型时多看一眼额定值，出问题时少一次返工。变压器那一节讲的是比例关系，匝数比定电压比，匝数比的平方定阻抗比，理想条件下功率守恒把初级和次级连起来，三道计算题算完，这套关系就落在手上了。
下一批题目要进入半导体与放大电路的世界，那是一个二十三道题的看图批次，符号、管脚、直流工作点、负反馈都会露面。元件认得清，符号才认得快，这一篇算是给下一篇打了个底。
