电子学
電子學（英语：Electronics）是研究電子的特性和行為，以及電子零件的物理學科，涉及很多科學門類，包括，物理、化學、數學及材料科學等。電子技術則是應用電子學的原理設計和製造電路、電子器件來解決實際問題的科學。
1897年，約瑟夫·湯姆森發現電子的存在，是電子學的起源。早期的電子學使用真空管來控制電子的流動，但其成本高及體積大等缺點，從20世紀50年代半導體發現之後，半導體取代了真空管的應用，後來積體電路在民生的廣泛應用，間接促進了電腦的出現，使得人類的科技發展一日千里。電子學在20世紀的發展堪稱第二次的石器革命。
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電子設備及零件 [编辑]
電子零件是指一電子系統中使用的零件，而此零件可以依電子系統所要的方式，影響電子或其相關電場或磁場。電子零件一般會設計的可以互相連接，多半是用软钎焊的方式固定在印刷電路板（PCB）上，最後形成一特定功能的電路（例如放大器、无线电接收机、振盪器）。電子零件可以是分立型的零件，有其個別的封裝，也有像積體電路一様較複雜的零件。常見的電子零件包括電容器、電感器、電阻器、二極體、電晶體等。電子零件一般會分類為主動元件（像電晶體或晶閘管）及被動元件（像電容器或電阻器）等。
電路種類 [编辑]
電路大致可以分為類比電路及數位電路二類。前者的電壓電流訊號都是涉及連續函數形式的類比訊號，而數位電路的訊號是離散式的數位訊號多半是以0和1來表示。不過也有許多電路同時包括類比電路及數位電路。
類比電路 [编辑]
類比電路中的電壓或電流是連續函數形式的類比訊號，類比電路有時稱為線性電路，不過其中也有一些非線性的元件，像混频器或调制器等。像真空管、電晶體放大器、運算放大器及振盪器都是常見類比電路中的元件。
現在的設備中很少有純類比的電路，許多類比電路會配合數位甚至是微處理器的技術以提升其性能。這類電路也可以歸類為「混合信號」的電路。
有些電路很難區分是類比電路或數位電路，像比較器的輸入是類比訊號，但其輸出只有二種準位，為數位訊號。
數位電路 [编辑]
數位電路中的電壓會有幾個不同的電壓準位，數位電路常用來實現布林代數，也是所有數位電腦的基礎。對工程師而言，在討論數位電路時，「數位電路」、「數位系統」或「邏輯」往往是可互相替代。
大部份的數位電路都是二進制的系統，有二個可以用0和1表示的電壓準位，一般0是較低的電壓，可以用L表示，1是較高的電壓，可以用H表示，不過也有定義相反的（0用H表示）、增加一個高阻态（三態邏輯）、或是以電流大小為準的系統。也有系統使用三進制，如三進制計算機，但還沒有實際的產品應用。
電腦、電子石英鐘、用在工業控制的可编程逻辑控制器及數位訊號處理器都是用數位電路所組合而成。
數位電路中常見的模組包括：
以下是一些高度整合的模組：
- 微处理器
- 单片机
- 特殊應用積體電路（ASIC）
- 數位訊號處理器（DSP）
- 现场可编程逻辑门阵列（FPGA）
散熱和熱管理 [编辑]
電路在運作時會發熱，需利用設備進行散熱，否則會降低可靠度，甚至造成電路的損壞。散熱技術中最常見的是用散熱片及風扇，利用空氣來冷卻，有些設備會用水冷方式散熱，散熱技術是利用熱傳導、對流、熱輻射的方式散熱。
雜訊 [编辑]
雜訊定義為是在有用信號上的不想要的干擾，可能影響信號內容的傳送[1]。雜訊和電路造成的信號扭曲不完全相同。任何電路都會造成雜訊，雜訊可能是因為電場或磁場而產生，也可能是因為熱而產生（熱雜訊）。這些雜訊可能可以透過調整電路位置或環境（如降低溫度）來改善。而像是散粒雜訊之類的雜訊，是因為物理性質的限制而所產生，這類的雜訊不易透過調整電路或環境來改善。
電子學理論 [编辑]
在電子學的研究中，數學方法是不可少的。若要熟悉電子學，也就需要熟悉和電路分析有關的數學，以及電磁學的理論。
電路分析是將電路轉換為許多未知數組成的系統，電路中的物理量（如某節點的電壓或某路徑的電流）變成系統中的未知數，再研究如何求解系統。系統可能是線性的，也可能是非線性的。SPICE電路仿真器是電路分析常用的分析工具。
電子學實驗 [编辑]
在電子學的學習過程中，實驗是很重要的一環。實驗可以證明和核實許多相關定理及定律，例如歐姆定律、基爾霍夫電路定律等。以往電子學的實驗需要實際的電子設備及零件，但近年來已經有許多電子電路模擬的軟體可以取代實際的實驗，這類的軟體包括了CircuitLogix、Multisim和PSpice等。
電腦輔助設備 [编辑]
現代的電子工程師可以使用預先定義好的模塊來進行電路設計，這些模塊包括電源、半導體元件（如電晶體）及積體電路等。電子設計自動化軟體包括電路圖製作軟體及印刷电路板設計軟體。常見的電子設計自動化軟體包括NI Multisim、Cadence（OrCAD）、Pads、Altium designer（Protel）等。
零件連接方法 [编辑]
隨著時代的不同，連接電子零件的技術也隨之改變。点对点式连接零件是最早期使用的連接方式。後來也有使用「積木型連接」（Cordwood construction）及繞線板來連接零件。現代的電路多半會使用印刷電路板，材質可能是FR-4或是較便宜但較不耐磨的合成樹脂紙FR-2 。
近年來開始重視電子零件對人體健康及環境的影響，尤其是銷售到歐盟的電子產品更是如此。歐盟的危害性物質限制指令（RoHS）是限制電子產品的材料及工藝標準，已於2006年7月生效[2]，像傳統焊錫中含有的鉛就是危害性物質限制指令禁用的物質。廢電子電機設備指令（WEEE）則是製訂廢棄電子電機設備收集、回收、再生的目標。WEEE的第二版在2012年8月開始實施[3]。
学科体系 [编辑]
- 系统技术
- 基础理论和基础技术
- 元件器件与材料工艺
- 交叉学科
相關 [编辑]
參考資料 [编辑]
- ^ IEEE Dictionary of Electrical and Electronics Terms ISBN 978-0-471-42806-0
- ^ ROHS认证介绍. 廣洲優測認證機電技術有限公司. [2013-05-07].
- ^ 歐盟新版WEEE指令(2012/19/EU)正式發佈. 能邁科技股份有限公司. [2013-05-07].
外部連結 [编辑]
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