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[[File:电路板.jpg|350px|缩略图|右|<big>电路板</big>[http://img.ic98.com/b2b/2017/01/12/201711249553873.jpg 原图链接][http://www.ic98.com/supply/1354/13548883.html 来自 百纳网 的图片]]]

'''电子学'''，是用包括[[有源负载|有源电子元器件]]（例如[[真空管]]、[[二极管]]、[[三极管]]、[[集成电路]]）和与之相关的[[被动组件|无源器件]]等电子组件来构成电路的互连技术。有源器件的非线性特性和控制电子流动的能力能够放大微弱信号，使得电子学广泛应用于[[信息处理]]、[[通信]]和[[信号处理]]。电子器件的开关特性使处理[[数字信号]]成为可能。[[电路板]]、电子[[封装]]等互连技术和其他各种形式的通信基础组件完善了电路功能，并使连接在一起的组件成为一个正常工作的系统。

电子学有别于[[电机]]科学与技术，电气和电机科学与技术是处理[[电能]]的产生、分布、开关、储存和转换，通过电线、电动机、发电机、电池、开关、中继器、变压器、电阻和其他无源器件从其他形式的能量转换为电能。

1897年，[[约瑟夫•汤姆森]]发现[[电子]]的存在，这是电子学的起源<ref>[http://dy.163.com/v2/article/detail/E6JT7U610525MBO0.html 电子是如何被发现的？28岁系主任约瑟夫·约翰·汤姆逊改写历史]，网易号，2019-01-28</ref>。早期的电子学使用[[真空管]]来控制电子的流动，但其存在成本高及体积大等缺点现如今，大多数电子设备都使用[[半导体]]器件来控制电子。真空管至今仍有一些特殊应用，例如{{link-en|高功率射频放大器|Valve RF amplifier}}、[[阴极射线管]]、专业音频设备和[[多腔磁控管]]等[[微波]]设备。

半导体器件的研究和相关技术是[[固体物理学]]的一个分支，但是设计和搭建电子电路来解决实际问题却是[[电子工程]]的范围。本文专注于电子学的工程方面。

==历史==

===真空管及三极管时期===

电子学和其他学科的区别开始于1906年，以真空管[[三极管 (真空管)|三极管]]的发明为标志。三极管通过非机械设备，可以放大弱无线电讯号和音频讯号。[[真空管]]是最早的电子组件之一。它在1980年代中期以前占主导地位

真空管的原理是爱迪生在1883年[[发现]]的爱迪生效应，爱迪生当时为了避免灯泡中的碳丝黑化，在灯泡中加入一片金属薄片，当金属薄片带正电时，爱迪生发现在灯丝和金属薄片之间出现电流，其原因是因为灯丝中的电子因受热而脱离原子（[[热发射]]）受金属薄片的正电吸引而穿过灯丝和金属薄片之间的空间。

[[三极管 (真空管)|三极管]]是[[李•德富雷斯特]]在1906年发明的其原理类似[[真空管]]，但在阴极和金属板之间加上了控制用的网格，其目的是要控制阴极上的电子及金属板上的电流。第一个声音扩大器就是应用到此项技术，早期的收音机及电视也是用类似技术。李•德富雷斯特被誉为是[[电子学]]之父，因为发明三极管之前，人们只能将[[交流电]]转换为[[直流电]]，但在发明三极管后，就可以放大像是声音、无线电、电视等各式各様的信号，因此带来这些产品大幅的兴起，在1930年代发明了「电子学」一词，来表示这些新兴的技术设备。

随着时代的演进，真空管也逐渐的进步，像是[[四极管]]、[[五极管]]等组件也出现了，也有一些可以配合高功率应用的真空管设备。同时真空管的体积也在缩小。到1950年，这一领域被称为“无线电技术”，因为它的主要应用是无线电的发送、接收和真空管的设计与原理。

===晶体管及集成电路时期===


[[晶体管]]是1948年[[约翰•巴丁]]和[[沃尔特•布喇顿]]在[[贝尔实验室|贝尔电话公司实验研究所]]发明的
[[双极性晶体管]]也在一年后发明，现在的电子设备多半是利用双极性晶体管（或是以此为基础的[[集成电路]]）组件制成。相较于真空管，晶体管有体积较小，较坚固，能量密度高，需要的电压较低等优点。晶体管不需在真空中运作，是用固态的半导体制成，因此不需要数百伏的电压才能工作，因此晶体管取代了真空管的应用。

晶体管有三个端子（基极、集极及射极），类似一个真空三极管，基极类似三极管中的控制网，射极类似阴极，集极类似金属板。经过适当安排三极的极性，可以用微小的基极电流去控制较大的集极电流。

在1958年出现了第一个[[集成电路]]，将6个晶体管放在同一个封装内。1960年代末期[[仙童半导体]]推出了μA709，是第一个被广泛使用的集成电路[[运算放大器]]。1970年[[英特尔]](Intel)开发了第一个[[微处理器]][[4004]]。电子学的发展相当快，后来已区分为几个不同的领域，其中最主要的分界是模拟电路及数字电路。[[集成电路]]在民生的广泛应用，间接加速了[[计算机]]的演进使得人类的科技发展一日千里。电子学在20世纪的发展堪称第二次的石器革命。电子学也成为工程领域中最有发展潜力的领域之一。

==电子设备及零件==

电子零件是指一电子系统中使用的零件，而此零件可以依电子系统所要的方式，影响电子或其相关电场或磁场。电子零件一般会设计的可以互相连接，多半是用[[软钎焊]]的方式固定在[[印刷电路板]](PCB)上，最后形成一特定功能的[[电路]]（例如[[放大器]]、[[无线电接收机]]、[[振荡器]]）。电子零件可以是分立型的零件，有其个别的封装，也有像[[集成电路]]一様较复杂的零件。常见的电子零件包括[[电容器]]、[[电感器]]、[[电阻器]]、[[二极管]]、[[晶体管]]等。电子零件一般会分类为[[主动组件]]（像晶体管或[[晶闸管]]）及[[被动组件]]（像[[电容器]]、[[电阻器]]及[[电感组件]]）等

==电路种类==

电路大致可以分为[[模拟电路]]<ref>[https://www.sohu.com/a/241935004_470046 模拟电路是什么？]，搜狐，2018-07-18 </ref>及[[数字电路]]二类。前者的电压电流讯号都是涉及连续函-{}-数形式的[[模拟讯号]]，而数字电路的讯号是离散式的[[数字讯号]]多半是以0和1来表示不过也有许多电路同时包括模拟电路及数字电路。

===模拟电路===

模拟电路中的电压或电流是连续函-{}-数形式的[[模拟讯号]]。可以分为x和非线性电路。

模拟电路中，像[[电阻器]]、[[电容器]]、[[电感组件]]及[[变压器]]的电流和电压信号呈线性的关系，这类的组件称为[[线性组件]]，只由线性组件组成的电路为。线性电路在分析上比较容易。

电流和电压信号不呈线性的组件称为[[非线性组件]]，像[[混频器]]、调制器、[[真空管]]、[[晶体管]]放大器、[[运算放大器]]及[[振荡器]]等，若电路有非线性组件，在分析上比较困难，若电压、电流是在一定数值（称为工作点）附近，可以用[[小讯号模型]]的方式，将非线性组件用线性组件来仿真，以简化分析和计算。

模拟电路的组件也可以分为[[主动组件]]及[[被动组件]]，主动组件属于非线性组件，像[[晶体管]]、[[真空管]]及[[运算放大器]]等。许多模拟电路的特性都是靠主动组件的特性的产生。

现在的设备中很少有纯模拟的电路，许多模拟电路会配合数字甚至是微处理器的技术以提升其性能。这类电路也可以归类为「混合信号」的电路。

有些电路很难区分是模拟电路或数字电路，像[[比较器]]的输入是模拟讯号，但其输出只有二种准位，为数字讯号。

===数字电路===

数字电路中的电压会有几个不同的电压准位，数字电路常用来实现[[布尔代数]]，也是所有数字计算机的基础。对工程师而言，在讨论数字电路时，「数字电路」、「数字系统」或「逻辑」往往是可互相替代。

大部份的数字电路都是[[二进制]]的系统，有二个可以用0和1表示的电压准位，一般0是较低的电压，可以用L表示，1是较高的电压，可以用H表示，不过也有定义相反的（0用H表示）、增加一个[[高阻态]]（[[三态逻辑]]）、或是以电流大小为准的系统。也有系统使用[[三进制]]，如[[三进制计算器]]，但还没有实际的产品应用。

[[计算机]]、电子[[石英钟]]、用在工业控制的[[可编程逻辑控制器]]及[[数字信号处理器]]都是用数字电路所组合而成。

数字电路中常见的模块包括：

* [[逻辑闸]]

* [[加法器]]

* [[正反器]]

* [[计数器]]

* [[寄存器]]

* [[数据多任务器]]

* [[施密特触发器]]

以下是一些高度整合的模块：

* [[微处理器]]

* [[微控制器]]

* [[特殊应用集成电路]]（ASIC）

* [[数字信号处理器]]（DSP）

* [[现场可程序逻辑门数组]]（FPGA）

==散热和热管理==

电路在运作时会发[[热]]，需利用设备进行散热，否则会降低[[可靠度]]，甚至造成电路的损坏散热技术是利用[[热传导]]、[[对流]]、[[热辐射]]的方式散热，散热技术中最常见的是用[[散热片]]及[[风扇]]，利用空气来冷却有些设备的发热量大，需要用[[水冷]]方式散热。

==噪声==

[[噪声]]定义为是在有用信号上的不想要的干扰，可能影响信号内容的传送噪声和电路造成的信号扭曲不完全相同。任何电路都会造成噪声，噪声可能是因为电场或磁场而产生，也可能是因为热而产生。这些噪声可能可以透过调整电路位置或环境（如降低温度）来改善。而像是[[散粒噪声]]之类的噪声，是因为物理性质的限制而所产生，这类的噪声不易透过调整电路或环境来改善。

==电子学理论==

在电子学的研究中，数学方法是不可少的。若要熟悉电子学，也就需要熟悉和[[电路分析]]有关的数学，以及[[电磁学]]的理论。

电路分析是将电路转换为许多未知数组成的系统，电路中的物理量（如某[[结点 (电路)|节点]]的电压或某[[道路 (图论)|路径]]的电流）变成系统中的未知数，再研究如何求解系统。系统可能是线性的，也可能是非线性的。[[SPICE]]电路仿真器是电路分析常用的分析工具。

==电子学实验==

在电子学的学习过程中，实验是很重要的一环。实验可以证明和核实许多相关定理及定律，例如[[奥姆定律]]、[[基尔霍夫电路定律]]等。以往电子学的实验需要实际的电子设备及零件，但近年来已经有许多电子电路仿真的软件可以取代实际的实验，这类的软件包括了、[[Multisim]]和[[PSpice]]等。

==计算机辅助设计（CAD）==

现代的电子工程师可以使用预先定义好的模块来进行[[电路设计]]，这些模块包括[[电源]]、半导体组件（如[[晶体管]]）及[[集成电路]]等。[[电子设计自动化]]软件包括[[电路图]]制作软件及[[印刷电路板]]设计软件。常见的电子设计自动化软件包括NI Multisim、Cadence（[[OrCAD]]）、[[Pads]]、[[Altium designer]]（Protel）等。

==零件连接方法==

随着时代的不同，连接电子零件的技术也随之改变。零件是最早期使用的连接方式。后来也有使用「积木型连接」（Cordwood construction）及来连接零件。现代的电路多半会使用[[印刷电路板]]，材质可能是或是较便宜但较不耐磨的合成树脂纸

近年来开始重视电子零件对人体健康及环境的影响，尤其是销售到[[欧盟]]的电子产品更是如此。欧盟的[[危害性物质限制指令]]（RoHS）是限制电子产品的材料及工艺标准，已于2006年7月生效像传统[[焊锡]]中含有的[[铅]]就是危害性物质限制指令禁用的物质。[[废电子电机设备指令]]（WEEE）则是制订废弃电子电机设备收集、回收、再生的目标。WEEE的第二版在2012年8月开始实施

==视频==
===<center> 电子学 相关视频</center>===
<center> CAD--计算机辅助设计基础讲解 </center>
<center>{{#iDisplay:f060837lkcw|560|390|qq}}</center>
<center>电子基础知识  </center>
<center>{{#iDisplay:i0847gn9wid|560|390|qq}}</center>

==参考文献==
[[Category:337 電學；電子學]]