전자기술
전자기술(電子技術, Electronics)은 진공 속이나 기체 및 고체 내에서의 전자의 운동을 연구하여 이용하는 기술을 말한다.
상세[편집]
전자기술은 전자 장치, 전자 회로 및 그 응용을 연구하는 과학 및 기술이다. 전자 장치는 신호 생성, 증폭, 변조 및 감지 기능을 실현하는 데 사용된다. 일반적인 전자 장치에는 전자 튜브, 트랜지스터 및 집적 회로가 포함된다. 전자 회로는 전자 장비의 기본 단위로 전자 부품과 저항, 커패시터, 인덕터 등과 같은 전자 장치로 구성되며 특정 기능을 가지고 있다.
진공관의 발명이 전자공학이라는 개념을 발견하는 시발점이 되었다. 통신기술의 발전에 큰 영향을 미쳤다. 전기통신 분야에서 진공관이 비약적인 발전을 이루어 라디오 ·텔레비전 ·레이더 ·컴퓨터 등이 20세기 후반의 문명의 중심이 되면서 미국에서 태어난 개념이며, 기초적인 분야부터 응용면에 이르기까지 광범위한 내용을 지니고 있다.
영어의 일렉트로닉스는 '전자'를 뜻하는 electron에 '학문'을 뜻하는 접미사인 -ics를 붙여서 만든 말이라는 설도 있고, 또 1930년부터 미국의 과학잡지의 제목으로 사용된 신조어(新造語)로서 electron techniques의 약자라고 하는 설도 있다. 한국에서는 이 말을 전자공학 또는 전자기술이라고 번역해서 사용하고 있다.
종래의 전기공학에서도 전기현상은 물질 내의 전자에 기인하는 것으로 되어 있으나 이것은 단지 이론 단계에서이며, 공학면에서는 전자에 대하여 거시적(巨視的)이었다. 이에 대하여 전자공학은 전자의 운동을 추구하여 이용하는 것으로서 미시적(微視的)이라고 할 수 있다. 그러나 양자(兩者)의 구분이나 경계가 반드시 명확한 것만은 아니다.
전자공학의 개념은 진공관 기술이 발전한 결과 태어난 것이므로, 그 시발점은 진공관의 발명이라고 하여 J.A.플레밍의 2극진공관의 발명(1904)을 시발점으로 생각하는 것이 보통이다. 이런 생각은 2극진공관이 전자공학의 모태가 되었다는 뜻에서는 타당성이 있으나 2극진공관 자체는 무선수신기의 검파기(檢波器)로 사용된 데 지나지 않고, 지금과 같이 전자공학이 급속히 발전하는 데 기여할 요인은 포함되어 있지 않다.
전자공학의 한 기술적 특징은 열 ·빛 ·음 등의 여러 가지 사상(事象) 또는 경우에 따라서는 기호 등에 이르기까지를 전기신호화하고, 전송(傳送)하고, 처리하는 점에 있다. 이것은 미약한 신호를 동시에 보다 큰 신호로 변환시킬 수 있는 기능의 개발에 의해서 가능해진 일이다. 이 기능은 드 포리스트에 의한 3극진공관(삼극관)의 발명(1906)에 의해서 처음으로 부여되었다.
드 포리스트는 양극(陽極)과 가열음극 사이에 전자가 자유롭게 통과할 수 있도록 제3의 전극(그리드)을 설치하였다. 이 작은 그리드의 발명은 통신관계의 기술분야뿐만 아니라 거의 모든 기간산업분야에 기술혁신을 이루게 하였다. 그 후 진공관은 증폭(增幅)을 중심으로 개량되어 진공관 내의 전자의 운동을 분석 연구한 것을 토대로 하여 제4 ·제5의 전극(그리드)을 가지는 것이 나타났는데, 이것이 4극관 ·5극관이다. 특성의 향상뿐만 아니라 소형화 또는 대출력화에 대한 노력도 경주되어 오늘날에 이르고 있다.
소형 수신관은 그 후 트랜지스터의 출현으로 점차 제1선에서 물러났다. 진공관은 증폭뿐만 아니라 전기발진에도 사용되고 있다. 전파 이용의 발전과 더불어 주파수도 단파에서 초단파(VHF)로 진전되었다. 이에 따라 진공관 내에서의 전자운동속도만으로는 불충분하게 되어, 에콘관과 같은 소형관이 만들어졌다. 그리고 극초단파의 개발이 필요하게 됨에 따라 보통의 진공관으로 더 이상 처리할 수 없게 되어, 완전히 별개 종류의 진공관인 자전관(磁電管:마그네트론)이나 속도변조관(클라이스트론) ·진행파관(트래블링 웨이브 튜브 또는 TW관)이 발명되었다. 앞의 두 가지는 제2차 세계대전 중에 개발되어 레이더 전략(戰略)을 탄생시켜 전쟁의 양상을 크게 변모시켰다.
통신기술의 발달은 라디오 방송을 가능하게 하였고, 또 미국의 즈보리킨에 의한 아이코노스코프의 발명(1933)은 텔레비전 방송을 실현시켰다. 즉, 광전효과(光電效果)를 이용하여 광전관이 만들어지고, 또한 광전물질면에 생긴 영상의 전기상(電氣像)을 전자빔으로 주사(走査)하는 촬상관(撮像管)의 발명으로 발전하여 비로소 가능하게 되었다.
또, 브라운관도 전자공학에 없어서는 안 되는 중요한 것이다. 정확하게 말하면 음극선관(CRT)인데, 깔때기처럼 생긴 진공관의 편평한 밑면 안쪽에 칠해진 형광막에 전자빔을 조사하여 발광(發光)시켜서 전기신호를 도형화하는 것으로, 이것에 의해서 새로운 측정기술이 발전하였다. 이것이 오실로스코프이며, 이 기술이 텔레비전이나 레이더에 이용되었다.
한편, 물리학의 발달은 20세기에 이르러 원자핵 구조의 해명 단계로 돌입하여 원자핵 파괴장치가 필요하게 되었다. 밴더그래프의 정전(靜電) 가속기, 선형(線形) 가속기를 시발점으로 하여, 1930년대부터 1940년대에 걸쳐 사이클로트론 ·베타트론 ·싱클로트론 등이 잇따라 발명되었다. 이 중에서 베타트론은 투과력이 강한 X선의 발생장치로도 사용되고 있다.
전자공학이 이룩한 성과 중에서 가장 대표적인 것은 전자계산기(컴퓨터)의 발명이다. 전자계산기는 먼저 고사포(高射砲)의 조준계산장치로서 출발하였다. 고속으로 이동하는 표적에 대하여 그 방위(方位)와 진행방향 ·고도 ·속도 ·풍속 등을 기초로 하여 순간적으로 탄도(彈道)와 표적의 일치점을 구한다는 것은 쉬운 일이 아니며 신속한 계산장치가 필요했다. 전자공학은 이 요구를 충족시켰을 뿐만 아니라 일반용 전자계산기를 창조하였다.
1946년에 세계 최초의 컴퓨터 에니악(ENIAC)이 미국에서 완성되었다. 사용된 진공관은 1만 8000개인데, 현재의 소형 ·고성능인 것에 비하면 능력도 떨어지고, 거대한 것이었다.
전자공학의 개념은 이와 같은 전자기술의 다방면에 걸친 발전과 그 두드러진 유용성(有用性)으로 해서 생긴 것이다. 이 개념은 진공 또는 기체 속에서 이루어지는 전자운동의 이용을 초점으로 하는 것이었으나, 1948년 미국 벨연구소의 바덴들에 의해서 트랜지스터가 개발됨에 이르러 질적으로 변화하였다. 고체 내의 전자운동을 이용하는 이론과 기술이 전자공학의 주류를 이루게 되었기 때문이다.
트랜지스터는 반도체의 연구 결과 태어난 것이며, 이것을 종합해서 특히 고체전자공학이라고 한다. 트랜지스터는 진공관에 비해서 훨씬 소형이고 전력의 소비가 적으며 수명이 길기 때문에 급격히 발전하여 진공관을 대신하게 되었으며, 현재는 저항 ·콘덴서도 소형화하여 트랜지스터와 일체화된 미소회로, 마이크로 모듈이나 몰렉트로닉스로 발전하였다.
고체전자공학의 출현은 특히 거대하고 복잡한 전자계산기가 비약적인 발전을 하는 도약대가 되었다. 충분히 소형화되고 안정화된 전자계산기는 군용(軍用)이라는 특수용도가 아니라 일반기업 등에서도 사용할 수 있는 것이 되었다.
컴퓨터에 사용되는 연산회로(演算回路) 등은 작은 전기신호로 처리해도 되므로 마이크로 모듈 등을 이용하여 한층 소형화 ·고성능화되어 있다. 일반 기업 등에서 컴퓨터는 단지 계산에 사용될 뿐만 아니라, 오히려 경영의 분석이나 경기예측, 통계표의 작성이나 좌석예약의 처리 등 정보처리 장치로서 이용되고 있다. 이 밖에도 자동제어 관계 등에서는 각종 산업이 그 혜택을 입고 있다.
오늘날 전자공학의 성과는 우리의 일상생활을 크게 변혁시키고 있으며, 가전제품으로서 실용화되고 있는 것이 적지 않다. 라디오 ·텔레비전 ·스테레오 ·테이프리코더 등의 음향기기, 형광등, 트랜지스터를 이용한 시계, 자동노출 카메라 등이 그것이고, VTR(비디오 테이프리코더) ·전자레인지 등이 실용화되고 있다. 앞으로 실용화가 기대되는 것에는 전자냉동 ·전자조명과 브라운관을 사용하지 않는 텔레비전 등이 있다.
전자기술의 발전 역사[편집]
전자기술, 특히 마이크로 전자 기술은 20 세기에 가장 빠르고 영향력있는 기술 성과이다. 전자기술의 핵심은 전자 장치이다. 전자 장치의 발전과 교체는 전자 회로에 큰 변화를 가져 왔고 많은 새로운 회로와 응용 프로그램이 등장했다. 따라서 전자기술의 발전 역사는 전자 기기의 지속적인 업데이트의 역사라고 할 수 있다.
1869년 Hittorf와 Crookes의 음극선 관 발명은 전자기술 발전의 시작점이 된다. 1904년 영국 런던대학교의 John Fleming은 진공 상태에서 단방향 전도를 달성하기 위해 전기장에서 전자의 이동 법칙을 사용하는 장치인 진공 전자 다이오드를 발명했다. 전자관의 탄생은 인간 전자문명의 시작점이다. 당시 이탈리아의 Marconi가 라디오 (XNUMX)를 발명했기 때문에 다이오드가 즉시 라디오 감지 및 정류에 사용되었다.
1906년 미국의 Lee DeForest는 전자 신호를 증폭할 수 있는 진공 전자 XNUMX 극관(간단히 전자 튜브)을 발명했다. 이 발명은 전자기술의 역사에서 이정표이다. 그는 삼극관을 발명했기 때문에 "라디오의 아버지"라고 불린다. 그 이후로 사람들은 전기 신호를 증폭하여 장거리 무선통신을 가능하게 하는 방법을 찾았다. 무선 기술의 급속한 발전으로 전자산업이 구체화되기 시작했다.
1926년부터 1936년까지 양자 역학의 정립과 양자 장 이론의 발달로 반도체에 대한 이해가 점차 깊어졌을 뿐만 아니라 마이크로 일렉트로닉스와 광전자 공학 기술과 정보 기술 개발을 위한 과학적 기반이 마련되었다. 전자 잡지는 1930년에 발간되었고 그 이후로 새로운 용어와 새로운 산업이 등장했다. 전자는 회로 및 시스템에서 전자 장치를 사용하는 엔지니어링 분야 및 산업이다. 20세기 상반기에는 진공관이 전자 공학에서 주도적인 역할을 했다. 1930년대 후반, 초기 반도체 장치가 실험실에서 생산되었다.
트랜지스터가 발명되기 거의 반세기 전에 전자관은 다양한 전자 장치에서 사용할 수 있는 거의 유일한 전자 장치였다. 텔레비전, 레이더 및 컴퓨터의 발명과 같은 전자기술의 많은 후속 성과는 전자 튜브와 분리될 수 없다. 그러나 전자 튜브는 부피, 무게, 전력 소비 및 수명 측면에서 제한이 있어 휴대성과 효율성에 대한 군대의 요구 사항을 충족하지 못했다. 미국 Bell Labs의 John Bardeen, William Shockley 및 Walter Brattain 연구원은 트랜지스터의 이론과 제조에 대해 협력했다. 1947년 말에 그들은 게르마늄 반도체 결정을 사용하여 전류 및 전압 증폭 기능을 가진 최초의 점 접촉 트랜지스터를 만들었다. 이것은 전자 과학 및 기술의 역사에서 또 다른 획기적인 주요 발명품이다. 그 이후로 전자기술 혁명의 장을 열었으며 전자 회로의 통합 및 디지털화를 위한 중요한 물리적 기반을 제공했다.
초기 트랜지스터는 점 접촉 방식으로 제조가 어려웠고 안정성이 떨어졌다. 1957년 Bell Labs 연구진은 표면 접촉 트랜지스터를 발명하여 전자기술을 새로운 단계로 끌어 올렸다. 그 이후로 집적 회로, 마이크로 프로세서 및 마이크로 컴퓨터와 같은 전자기술의 많은 성과는 모두 트랜지스터에서 개발되었다. 트랜지스터가 등장한 후 많은 기술 분야에서 전자관을 빠르게 교체했다. 현재는 디스플레이 장치 (예 : 텔레비전 및 컴퓨터 모니터의 픽처 튜브, 일부 전자 기기의 오실로스코프 튜브 등)에만 사용된다.
1958년 Texas Instruments (Texas Instruments)는 통합 발전기의 출현을 발표했다. 처음으로 트랜지스터, 저항기, 커패시터 등이 실리콘 칩에 통합되어 기본적으로 완전한 모놀리 식 기능 회로를 형성했다. 1961년 Fairchild Semiconductor Inc.는 통합 트리거를 만들 것이라고 발표했다. 그 이후로 집적 회로는 빠르게 발전했다. 소위 집적 회로는 반도체 튜브, 저항기, 커패시터 등을 동일한 실리콘 칩에 만들고 여러 개의 리드 단자가 있는 장치로 패키징되어 독립적으로 또는 몇 가지 다른 구성 요소와 결합하여 일부 또는 일부를 완성 할 수 있었다. 이 기능은 재료, 부품 및 회로의 18-in-one을 실현하는데, 이는 설계 방법, 구조적 형태 및 생산 방법에서 기존의 개별 부품 회로와는 상당히 다르다. 집적 회로의 발명은 전자 장치를 특정 전자 부품과 통합하는 새로운 상황을 만들어 전통적인 전자 장치의 개념을 변경했다. 이 새로운 유형의 패키지 장치는 크기와 전력 소비가 매우 작고 독립적 인 회로 기능을 가지고 있으며 시스템 기능도 있다. 집적 회로의 발명은 전자기술을 마이크로 전자기술 시대로 가져 왔으며 이는 전자기술 발전의 큰 도약이었다. 지난 수십 년 동안 집적 회로는 소규모 통합에서 중간 규모, 대규모 및 초대형 통합으로 이동했으며 매우 대규모 통합 단계로 발전하고 있다. 집적 회로의 개발 속도를 설명하는 무어의 법칙은 통합 정도가 XNUMX 개월마다 두 배로 증가하고 가격이 원래 가격의 XNUMX 배로 떨어진다.
21세기 인류는 인터넷 시대에 접어 들었다. 초고속 컴퓨터, 이동 통신 및 디지털 시청각 제품은 전자 부품의 구조, 기능, 크기 및 성능을 완전히 바꿀 것이다. 전통적인 의미의 개별 구성 요소는 초소형, 칩, 모듈 형, 디지털, 다기능, 지능형, 녹색, 고주파, 고속, 고 신뢰성 및 저전력 복합 장치로 대체된다. 이를 위해서는 핵심 장치가 필요하다. 칩에는 강력한 데이터 저장 및 처리 기능이 있어야 한다. 최신 "블루투스 칩"기술은 칩에이 시스템 기능을 통합하여 칩 수를 5 개에서 1 개로 줄였다. 신호 프로세서, 마이크로 프로세서, 전화 수신기 아날로그 / 디지털 변환기, 스피커 및 디코더를 통합하여 변환을 완료했다. IC (집적 회로)에서 IS (정보 시스템)로.
정보화 시대에 제품은 정보 내용과 정보 처리 능력을 기반으로 부가가치를 결정하여 국제 시장에서 노동 분업에서의 위치를 결정한다. 가전제품의 업그레이드조차도 마이크로 일렉트로닉스 기술의 발전을 기반으로 한다. 기계 장치를 포함한 전자 장비의 기능은 고 부가가치 및 시장 경쟁력과 직결된다. 이러한 측면은 모두 "지능"의 정도와 집적 회로 칩의 사용 정도에 따라 달라진다. 컴퓨터의 발전은 전자 기술의 발전과 정보 산업 간의 관계를 완벽하게 보여줄 수 있다. 전자 장치의 발달과 함께 초기 기계식 수동 크랭크 컴퓨터에서 전자 튜브, 트랜지스터, 집적 회로 및 대규모 및 초대형 집적 회로의 XNUMX 시대를 거쳤다. 전자 컴퓨터의 급속한 발전은 전자기술의 수준을 완전히 대표하며 대규모 및 대규모 집적 회로가 없으며 컴퓨터는 빠르게 대중화 될 수 없습니다. 동시에 컴퓨터의 발전은 전자 기술의 발전을 크게 촉진했다.
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
