전자공학

 

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.