電子部品の表面実装 電子工学 （でんしこうがく、英 : electronics [ 1] 電気工学 の一部ないし隣接分野である。
様々な領域の範囲にまたがるものであるため定義は緩やかだが、概ね電子の真空中や固体物質中の挙動から生じる現象を工学的に利用するものと言える。これらは電子デバイス と呼ばれ、例えば次のようなものである。
通信、計算機工学・情報処理 、計測、制御など、応用分野を技術的に担保する技術分野である。
電気工学 と対比させた場合、電気工学が電気現象全般を対象とするのに対し、[ 2] [ 1] パワーエレクトロニクス の発展により電力制御用途にも利用範囲が拡大している。
半導体、磁性体、誘電体等の物性を利用するため物性物理学 、材料科学 と関係が深い。また製造技術においては物理化学 が応用される。
応用面では回路 の構成において電子回路 学が存在する。[ 3] [ 4] [ 5]
能動素子をはじめとする前述各分野を電子工学の領域として扱うとするならば、その起源は後述の通り20世紀初頭に求めることが出来る。
日本語の語としての「電子工学」は、1940年の日本工学大会における電気学会会長八木秀次 の講演題目「電子工学の躍進」が初出とみられる。この講演で八木は「今後、電子管の応用は目覚ましく発展する。無線・電話・ラジオ・写真伝送・テレビジョンをはじめとして、国民の日常生活にまで侵入すると予期される」と述べており、電子管（真空管）による能動素子を念頭に置いていたものと考えられる[ 6]
リー・ド・フォレスト が機械的でなく電気的に増幅 可能な能動素子の真空管 である三極管 を発明した1906年ごろ、電気工学から電子工学が派生的に出現した。[ 7] 通信工学 とほぼ同義であり、通信用途での送信機 と受信機 の回路構成、それらに使用する真空管 についての研究が中心であった。
固体増幅素子としては1920年代からの先駆的研究に続き、1947-48年にトランジスタ が発明されている。[ 8] [ 9] [ 10] プレーナー技術 が開発され、[ 11] 集積回路 開発への道が開かれた。
集積回路はデジタル型の論理演算による電子計算機の発展につながり、今日の情報社会の基となった。
高周波発振については、電子管による高周波大出力発信分野の利用のほか、1950年代にメーザー、レーザーが開発され、量子力学 による電子のエネルギー準位間の遷移を基にしたデバイスが登場した。
またスイッチング動作の周波数源としての水晶振動子 (1921年)、圧電素子 による周波数フィルタ （1960年代～）等も電子工学の範疇と考えられる。
パワーエレクトロニクス 分野[ 12] サイリスタ （1957年）の登場により、[ 13]
超電導 材料を絶縁体を挟んで接合したジョセフソン素子 は1962年に発明されている。[ 14] [ 15]
表示装置の分野では1897年にブラウン が 陰極線管 を発明し、それを元に1907年にロージング が映像表示装置を発明した。1968年に液晶ディスプレイ が、[ 16] プラズマディスプレイ が開発された。[ 17] [ 18]
電磁的情報記録では磁気記録 としてポールセン のワイヤーレコーダー (1898年)が登場し、1907年には直流バイアス方式が発明され、情報記録への利用はこの頃に起源を求めることが出来る。[ 19] 磁気テープ (1940年代前半実用化)、[ 20] [ 21] ハードディスク (1956年登場[ 22] 交流バイアス方式 （1938年）、垂直磁気記録方式 （1975年）が登場している。[ 23] [ 24] 半導体素子 から発展したフラッシュメモリー （NOR型1980年、NAND型1986年発明[ 25] [ 26] [ 27] レーザーディスク (LD)、コンパクトディスク (CD)、DVD 、ブルーレイディスク (BD)[ 28]
以下では電子工学の応用としての電子回路と電子機器について述べる。
電子機器 はその機能を実現する機能ブロックとしての電子回路 の集まりとして構成されている。
電子回路は増幅回路 、発振回路 、フィルタ回路 など意図した機能を果たすように構成されている。
電子回路は回路素子が個別の部品として何らかの配線部品 （プリント基板 にはんだ 付けするなど）で相互接続され実装される場合と、集積回路 の形で複合的に実現される場合がある。
個別部品としてよく見られる電子部品としては、コンデンサ 、抵抗器 、ダイオード 、トランジスタ などがある。
電子部品はトランジスタやサイリスタ などの能動素子 と、抵抗器やコンデンサなどの受動素子 に分類される。
個別部品と集積回路は排他的な物ではなく、機能として必要に応じて使い分けられる。同じ基板上に併存することもある。
電子機器・システムは次の部分に分けられる。
入力 - 電子 的・機械 的なセンサ （または変換器）で、温度 、圧力 、電磁場等の物理量をシステムの外部から取得し、電流信号や電圧信号に変換する。
信号処理回路 - 組み合わされた電子素子により信号を操作し、解釈したり、変換したりする。
出力 - アクチュエータ や他の素子（変換器も含む）により、電流・電圧信号をシステム外の利用者にとって有用な形態に再変換する。 テレビ受像機 を例に挙げると、入力はアンテナ やケーブルテレビ から得られた放送信号である。テレビ受像機内部の信号処理回路は、放送信号から輝度 や色 や音声 の情報を取り出す。出力は、電気信号をブラウン管 やスピーカー によって映像や音声の形態に変換することによって実現される。
電子回路や装置は、アナログとデジタルに分類される。両者の橋渡しを担当するアナログ-デジタル変換回路 と、デジタル-アナログ変換回路 もある。
周波数可変インバータ J100（日立） ラジオ 受信機などのアナログ 電子機器の多くは、数種類の基本回路の組み合わせで構成されている。アナログ回路 は連続的な範囲の電圧を使う。[ 29]
電子回路は1個から数千個の部品で構成されるため、これまでに考案されたアナログ回路は使用している部品の違いを考慮すれば膨大な数になる。
アナログ回路には線型回路 もあるが、[ 30] 増幅回路 、演算増幅回路 、[ 31] [ 32] [ 33] 発振回路 などがある。
最近では完全にアナログだけの回路は滅多にない。アナログ回路であっても性能を改善するためにデジタル回路やマイクロプロセッサ 技術を利用していることが多い。そのような回路は一般に "Mixed Signal" と呼ばれる。
アナログ回路もデジタル回路も線型な素子と非線型な素子を使っているため、区別の難しい場合もある。例えばコンパレータ は連続的に変化する電圧を入力としながら、デジタル回路のような2つの電圧レベルのどちらかを出力する。
デジタル回路 はいくつかの離散的な電圧レベルをとる電子回路である。デジタル回路はブール論理 を物理的に実装した最も一般的な形態であり、すべてのデジタルコンピュータ の基盤である。[ 34]
コンピュータ 、デジタル クォーツ時計 、プログラマブルロジックコントローラ （生産工程の制御で使用[ 35] デジタル 回路で構成されている。他にはデジタルシグナルプロセッサ もある。[ 36] [ 37] [ 38]
基本回路としては以下が挙げられる。
高集積部品としては以下が挙げられる。
熱設計支援ソフトウェア (FloTherm)[ 39] 電子回路は熱 を発生するため、誤動作を防ぎ長期間の信頼性を確保するには放熱が重要となる。放熱技法としてはヒートシンク やファン による空冷、コンピュータの放熱 に見られる水冷 などがある。放熱システムの設計にあたっては、対流 、熱伝導 、熱エネルギー放射 などを利用する。
電子回路にはノイズが付き物である。この場合のノイズとは、電気信号に重なっている好ましくない変動で、電気信号の内容である情報を不明瞭にする傾向がある[ 40] ショットノイズ などがあるが、これは電子回路の物理特性の限界に起因するため、除去できない。
プリント基板設計用EDAソフトの例（FreePCB）[ 41] 今日のエレクトロニクス設計技師は、電源回路 、半導体素子 （トランジスタ など）、集積回路 といった既存の要素を組み合わせて電子回路 を設計 する。その際に使用するEDA （電子設計自動化）ソフトウェアは、回路エディタ機能やプリント基板 設計機能を備えている。[ 42] [ 43]
コードウッド型配線 電子部品を相互接続するに当たっては、さまざまな技法が長年使われてきた。例えば、初期の電子システムでは部品を木製の板（ブレッドボード ）に固定し、それらを空中配線 することで回路を構成していた。他にもコードウッド型配線（図参照）やワイヤラッピング などが古くから使われてきた。現在ではガラスエポキシ基板 などのプリント基板 が主流で、より安価な紙フェノール基板（黄色から茶色の色が特徴）も使われている。近年、電子機器は処分時のリサイクルや健康・環境への配慮から、有害物質の使用が規制される流れにあり、欧州連合 (EU) のRoHS 指令[ 44] WEEE指令 [ 45] [ 46] [ 47] [ 48]
学会
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