電子工学
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。
↑ IEEE Dictionary of Electrical and Electronics Terms ISBN 978-0-471-42806-0
↑ www.freepcb.com
↑ Darringer, J., Davidson, E., Hathaway, D. J., Koenemann, B., Lavin, M., Morrell, J. K., ... & Trevillyan, L. (2000). EDA in IBM: past, present, and future. IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, 19(12), 1476-1497.
↑ Gulati, K., & Khatri, S. P. (2010). Hardware acceleration of EDA algorithms. Springer.
↑ Chien, M. K., & Shih, L. H. (2007). Relationship between management practice and organisation performance under European Union directives such as RoHS: A case-study of the electrical and electronic industry in Taiwan. African Journal of Environmental Science and Technology, 1(3), 37-48.
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。ほとんどのデジタル回路は2つの電圧レベルをとり、"Low"(0) と "High"(1) として使用する。"Low" は0V付近ということが多く、"High" は電源電圧に依存して決まる。
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)などはすべて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。
基本回路としては以下が挙げられる。
論理回路
加算器
乗算器
フリップフロップ
カウンタ
レジスタ
マルチプレクサ
シュミットトリガ
高集積部品としては以下が挙げられる。
マイクロプロセッサ
マイクロコントローラ
ASIC (Application-specific integrated circuit)
デジタルシグナルプロセッサ (DSP)
FPGA (Field-programmable gate array)
パワーエレクトロニクス分野ではサイリスタ(1957年)の登場により、小電力信号で大電力電流が制御可能となったことが起源である。
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。高速スイッチング動作、磁気検出への利用が可能である。
表示装置の分野では1897年にブラウン(ドイツ)が陰極線管を発明し、それを元に1907年にロージング(ロシア)が映像表示装置を発明した。1968年に液晶ディスプレイが、1970年代初頭にプラズマディスプレイが開発された。
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。 その後記録媒体が磁気テープ(1940年代前半実用化)、ハードディスク(1956年登場)に移っている。 磁気記録は当初は電子工学の分野とは意識されなかったが、記録容量の拡大に伴って磁区が微細化して磁性体の微視的な挙動に研究の関心が移ったことから、次第に電子工学の範疇と認識されるようになった。 情報記録方式としては交流バイアス方式(1938年)、垂直磁気記録方式(1975年)が登場している。 この他情報記録デバイスとして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)も存在する。 情報記録媒体自体は物理的なものであるが、読み出しに前述のレーザーを用いるものとしてレーザーディスク (LD)、コンパクトディスク (CD)、DVD、ブルーレイディスク (BD)がある。
563-578). Springer, New York, NY.
↑ Brinkman, W. F., Haggan, D. E., & Troutman, W. W. (1997). A history of the invention of the transistor and where it will lead us. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 32(12), 1858-1865.
↑ [プレナー型トランジスタ誕生から50年--シリコンバレーで記念式典(2009年5月) https://japan.zdnet.com/article/20392843/8/]
↑ Erickson, R. W., & Maksimovic, D. (2007). Fundamentals of power electronics. Springer Science & Business Media.
↑ Arsov, G. L., & Mirčevski, S. (2010). The sixth decade of the thyristor. FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING UNIVERSITY OF BANJA LUKA, 3.
↑ B. D. Josephson: Phys. Lett., 1 (1962) 251.
↑ 中村彬. (1974). ジョゼフソン素子の応用. 応用物理, 43(11), 1151-1156.
↑ 堀浩雄. (1999). 液晶ディスプレイの歴史. 応用物理, 68(4), 435-441.
↑ 内池平樹. (1998).
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。