电子学（ 英语 ： 电子器件 ）是一门以应用为主要目的的学科，它主要研究电子的特性和行为，以及电子器件的物理特征。 电子学是物理学的一个分支， 并涉及化学、数学、材料等其它学科门类。 研究内容包括电子的运动规律、电子器械制造以及 电磁波 在不同介质中的物理效应等。
电子学的诞生可追溯至19世纪80年代，当时电子学的研究主要集中于 托马斯·爱迪生 效应和关于电磁波存在的验证实验。 后来随着硬件的发展，电子学也逐渐应用于更多的领域，1904年， 英国 J.A.弗莱明（J.Fleming）发明了 电子管 ，使之成为当时各种电子设备中必不可少的 电子器件 。 1948年，贝尔实验室J. 约翰·巴丁 （J.Bardeen）、W.H. 沃尔特·布拉顿 （W.Brattain）和W.B. 威廉·肖克利 （W.Shockle）三人共同研制出了 三极管 ，它促进了如 集成电路 、微处理器和微型计算机等的发展。 20世纪60年，集成电路发明之后，各种电子设备向着微型化方向发展。 进入21世纪，随着不同学科的交叉，电子学在不同领域的研究也越来越深入，发展出了例如 量子光学 、纳米电子学等学科。
电子学专业及学科体系复杂，分支众多，可按性质分为以下四类：系统和大系统技术，基础理论与基础技术，元件、器件、材料与工艺，交叉专业和学科类。其中系统和大系统技术是用电子学方法实现具有某一种或多种社会和军事应用的功能。基础理论与基础技术主要研究功能性 电子 系统所需的各种技术手段或基础理论。元件、器件、材料与工艺的研究内容包括电子学相关的元件、器件、材料与工艺。交叉专业和学科类则是研究与电子学有交叉影响的专业和学科等。 电子学的应用领域颇为广泛；比如， 计算机 领域的计算机存储器、处理器、控制器等硬件设备都使用到了电子学技术，又如，在自动化领域使用电子控制器替代手工操纵等。
简史
学科起源
电子学的诞生可追溯至19世纪80年代 托马斯·爱迪生 效应的发现和关于 电磁波 存在的验证实验。
1879年，美国爱迪生（T·Edison）发明了 白炽灯 ，随后其致力于研究延长碳丝白炽灯的寿命。 1883年，爱迪生意外地发现在 灯丝 与加有正电压的 电极 间有电流流过，电极为负时则无电流，这就是爱迪生效应。这一发现促成了后来 电子管 的发明。
1887年， 德国 H.R.赫兹通过火花隙激励一个环状天线，用另一个带缝隙的环状天线接收，证实了 詹姆斯·麦克斯韦 关于电磁波存在的 预言 。这一重要实验促成了后来 无线电 报的发明。
电子管
托马斯·爱迪生 虽然发现了热电子发射现象（即爱迪生效应），但他并未弄清其产生机制。1897年， 英国 J.J.汤姆逊揭示出形成爱迪生效应的荷电粒子是 电子 ，爱迪生效应乃是一种热电子发射现象。
1904年，英国J.A. 亚历山大·弗莱明 （J.Fleming）首次把爱迪生效应付诸实用，在真空中加热的 灯丝 前加了一块板极，发明了二极 电子管 。二极电子管的发明为无线电报接收提供了一种灵敏可靠的 检波器 。
伴随着电子管技术的发展， 无线电通讯 技术也获得了进步，1906年， 美国 范信达 （R.Fessenden）首次实现调制 无线电 收发音乐和演讲，发展了元线电广播技术。 同年，美国发明家 李·德富雷斯特 （De Forest）发明了真空三极管，它集检波、放大和振荡三种功能于一体。 三极管 的发明为当时蓬勃发展的无线电报通信事业提供了一种极其有用的器件。
1916年和1921年先后实现了 无线电话 和 短波 通讯。 1928年，茨沃雷金基于电子管技术发明了第1代摄像管，这也成为 现代电视 的基础。 1933年实现了 微波 通讯。在20世纪30年代，基于电子管技术的雷达和 无线电通讯 技术，在 第二次世界大战 中发挥了重大作用。
20世纪40年代， 电子管 的出现、电子学和 控制理论 的形成孕育了第一台电子 计算机 的诞生。1943年，正当第二次世界大战激烈进行时，美国陆军火炮公司为了精确测得炮弹的弹道轨迹，委托 宾夕法尼亚大学 穆尔电工学院制造高速计算机。在电气工程师埃克特（J.Prespen.Eckert）和物理学家莫克利（John.W.Mauchly）领导下，1945年12月研制成功，于次年2月交付使用，命名为“NIAC”（音译：埃尼阿克，是Electronic Numenical Intergrator And 计算器 的缩写），意为“电子 数值积分 器和 计算机 ”。
在三极 电子管 之后，四极电子管、五极电子管、更多极的电子管和 复合管 相继出现，形成了收信管、发射管、 低频 管、高频管、 微波 管和超小型管等系列。电子管是 电子器件 的第一代，在 晶体管 发明以前的近半个世纪里，电子管几乎是各种电子设备中唯一可用的电子器件。
晶体管
由于电子管在体积、功耗、寿命等方面具有一定的局限性，1948年，贝尔实验室宣布J.巴丁（J.Bardeen）、W.H. 沃尔特·布拉顿 （W.Brattain）和W.B. 威廉·肖克利 （W.Shockley）三人共同研制出了 三极管 。初期的晶体管是点触式的，制造比较困难，稳定性较差，但它毕竟是时代的标志。1957年，同为贝尔实验室的D.斯帕克斯发明了面结型晶体管，该晶体管克服了点触式晶体管的缺点。后来，由于材料工艺方面取得的进展，W.B.肖克莱早期设想的 场效应管 也得以实现。
晶体管 以其体积小、重量轻、耗电低、寿命长、工作可靠等优点，大大加快了 电子技术 的发展。 电子学在以后取得的许多成就比如 集成电路 、微处理器和微型计算机等，都是从晶体管发展来的。
集成电路
20世纪60年代，随着电子技术的不断发展，电子设备中的 电子器件 也愈加增多，为了确保设备的可靠性，减少其重量和缩小其体积，于是诞生了集成电路。
1958年，美国 德州仪器 宣布了一种集成振荡器的问世，首次把晶体管和 电阻 、 电容 等集成在一块 晶圆 上，构成了一个基本完整的单片式功能电路。1961年，美国 快捷半导体（苏州）有限公司 宣布制成了一种集成的 触发器 。 1962年，制造出了包含12个晶体管的小规模 集成电路 （Small-Scale Integration，SSI）。
由于集成电路的小型化，通讯设备也开始向小型化发展，1963年， 美国 成功发射了“Syncom2”同步通讯卫星，首次实现与 地球 定点同步。1964年成立国际通讯 卫星 组织，该组织从1965年发射第一颗“国际通讯卫星一1”以后，卫星通讯开始进入了商业化阶段。
随着集成电路的集成度越来越高，不同规模的集成电路被发明出来，1966年，100～1000个 晶体管 的中规模集成电路诞生（Medium-Scale Integration，MSI）。1967-1973年，集成度为1000～10万个 晶体管 的大规模 集成电路 （ large Scale Integration，LSI）被研发成功。1977年，研制出在30mm 2 的硅晶片上集成15万个晶体管的 超大规模集成电路 （Very Large-Scale Integration，VLSI），自此电子学正式进入 微电子学 时代。
1993年，电子学进入特大规模集成电路（Ultra Large-Scale Integration，ULSI）时代，研制出集成了1000万个 晶体管 的16MB FLASH（闪存）和256MB DRAM（动态随机存储器）。1994年，由于集成了1亿个器件的1GB DRAM研制成功，标志着进入据大规模 集成电路 （Giga Scale Integration，GSI）时代。
与此同时， 模拟集成电路 也获得了发展。设计师和生产商在一小片 导体 晶圆 上集成了许许多多晶体管电路，硅片由塑料外壳封装，外部的金属 引脚 连接到芯片内部硅片上的细小引线上。集成电路的发明开创了集 电子器件 与某些电子元件于一体的新局面，使得传统的电子器件概念发生了变化。这种新型的封装好的器件体积和功耗都很小，具有独立的电路功能，甚至具有系统的功能。单片微波集成电路也已进入生产阶段。
21世纪
进入21世纪后， 微 电子技术 促进了 信息技术 产业的迅速发展，特别是与其它技术相结合，应用于光纤通信、光电显示以及 激光器 等领域。 同时随着量子和 纳米技术 的发展，电子学在量子始与量子场、量子信息学和 量子计算机 等方面的研究越发深入。
人们利用 电子 自旋 特性、电子簇团的“ 准粒子 ”量子特性，开辟了电子学新的领域，在 自旋电子学 中，发现了巨磁致 电阻 效应，使磁存储技术在 计算机 存储设备中得到了应用；在聚合物电子学中，发现了导电聚合物，开辟了聚合物电子学研究的新领域，使聚合物发光器件、 太阳能光伏 太阳 电池、大面积柔性聚合物显示器件和聚合物激光器等研究领域有重大进展。
研究对象
电子学研究范围十分广泛，只要涉及电子的相关内容几乎都在电子学的技术领域内，包括电子的发射、行为和效应，发明和应用 电子器件 等； 其具体的基本内容可以分 电子 运动规律、电子器械制造以及 电磁波 的研究等。
电子运动规律
电子是自然界中存在的最小电荷，即电荷的基本量，其在不同的空间或不同条件下放电以及运动的规律均不同。例如在真空中，利用 电场 给电子加速，可以通过另外一个电场使已经加速 了的 电子束偏转方向，可以给运动着的电子加上一个 磁场 迫使电子沿周轨道运动，在某些固体中同样存在可以比较自由运动的电子。
电子学便是研究真空、固体以及气体 等离子体 中电子运动的规律和外部作用对电子运动及自由运动电子数量的影响。此外 电子 在不同的物体间的运动还会携带能量和转换能量， 电能 进而可以转换为光能、 热能 、 机械能 或 化学能 等，在此过程中，电子学还会通过研究各种外部因素的作用对运动着的电子具有什么影响以及利用这些现象能够达到什么效果。
一切 电子器件 的作用就是控制电子的运动和电子的数量，因此对于电子运动的研究有助于对电子器件的性能的提升以及新电子器件的开发。
电子器械制造
由于历史上电子器件的进步都促进了电子学的发展，因此现代电子学的研究内容中电子器械也是重要的内容，其中的重点便是 半导体器件 ， 作为半 导体 器件的基础——半导体是指导电能力介于导体和 绝缘体 之间的物质，常用的半导体有硅和锗等。半导体的导电能力与许多因素有关，其中温度、光及杂质等因素对半导体的导电能力有较大影响，因面半导体具有热敏特性、光敏特性和掺杂特性。这也正是 电子 学研究的电子运动规律研究。
对于电子器械的研究可以促进电子设备变革，例如成本降低、体积减小、性能提升等。此外它还可以促进其他科学技术分支的发展，例如 天文学 、光学等。
电磁波
因为电和磁不仅性质相似，而且还可以互相转化，因此电磁波也是现代电子学的基础，当 电场 和 磁场 向外扩散时，就像水面上的波纹，因此也叫电磁波。光的本质就是电磁波，除了 可见光 、 无线电 、 微波 、红外线、 紫外线 、X 射线、γ射线等都属于电磁波， 电子学则是研究电磁波在真空、气体、液体、固体和 等离子体 中传播时，会发生许多物理效应，此外电子和电磁波相互作用产生的物理规律也是电子学的研究内容。
由于电磁波可以在 无线电通讯 、广播、电视、雷达、 FAX 以及遥测 遥感 中应用，因此电磁波的研究有助于这些领域更深入的发展，促进人类文明的进步。
主要定律
基尔霍夫定律
基尔霍夫定律 是电路理论中最重要的定律，是解决电路问题的基本理论依据，它揭示了特定的电路结构给电路中各个电压和电流带来的约束关系。基尔霍夫定律有两条： 基尔霍夫电路定律 （Kirchhoff's Current Law，简称KCL）和基尔霍夫电压定律（Kirchhoff's 电压 Law，简称KVL）。
基尔霍夫电流定律一般有两种表述，其一为任一时刻，流入电路中任一节点的电流之和必等于流出此节点的电流之和，数学表达式为 。其二为对于电路的任意一个节点，流入该节点的所有瞬时电流的代数和为零，即
基尔霍夫电压定律表述：任一时刻，沿电路中任一回路，按一定方向绕行一周，回路中所有支路电压的 代数 和恒等于零。数学表达式为
等效电源定律
等效电源定律可以将一个具有复杂结构的激励源网络简化成一个简单的结构，从而方便电路的分析。与 基尔霍夫定律 类似，等效电源定律也可以分为两部分： 戴维南定理 和等效 电流源 定律。
等效电压源定律又称戴文宁定律（Thevenin Law），在一定的电源激励下的线性网络 与另一个任意网络 ’互相连接时，对于网络 '来说，无论网络 的内部结构如何，它都可以等效成一个等效电压源 和一个等效源内阻 的串联。
注：其中等效电压源 等于网络 的端口1-1'间的开路电压（即去除负网络 '后测得的端口电压）；等效源内阻 等于网络 内所有独立源被去除（即将电压源 短路 、 电流源 开路）后的端口1-1'间的总 阻抗 。
等效电流源定律又称为 诺顿 定律（Norton Law），其主要内容为在一定的电源激励下的线性网络 与另一个任意网络 ‘互相连接时，对于网络 '来说，无论网络 的内部结构如何，它都可以等效成一个等效电流源 和一个等效源内阻 的并联。
叠加定律
叠加定律是分析多源线性电路的重要 定理 ， 其定律内容为在线性电路中，任意一个支路的电流（或电压）都是电路中各个电压源或 电流源 单独激励时在该支路中产生的电流（或电压）之总和。
其表达式为： ，其中 表示为激励， 表示相应。所谓电压源或电流源的单独激励，是指将电路中其它的独立源去除，即电压源 短路 、电流源开路。
学科分支
电子学包含有众多的分支，按性质可划分为四大类：系统与大系统技术，基础理论与基础技术，元器件、材料与工艺，交叉专业和学科类。
系统与大系统技术
系统与大系统技术类学科包括通信、广播、电视、雷达、 遥感 技术、导航、电子对抗、 计算机 等电子系统，以及综合多种系统技术的大型电子系统。它们的共同特点是用电子学方法实现具有某一种或多种社会和军事应用的功能。
其中计算机是电子学中最大的一个分支学科，它是用电子学方法实现数值计算、逻辑作业、数据处理、 过程控制 、信号与信息处理、 计算机辅助设计 、专家系统等的原理、技术和系统，包括各种计算机硬件和软件等。通信是以电子学方法，实现从点到点（人与人、人与机器或机器与机器）的信息传输的原理、技术和系统。广播是将语言、音乐同活动与静止的图像、文字向公众播发，并由公众接收、录放的原理、技术和系统。
基础理论与基础技术
基础理论与基础技术类学科包括电子线路与网络分析、 微波 、天线、电波传播、测量、电源、显示技术、 信号处理 、 信息论 、自动控制原理、可靠性理论等。它们是构成功能性 电子 系统所需的各种技术手段或基础理论。
其中电子线路与网络是由电子元件和 电子器件 组成的功能性电子单元。电子线路有线性的非线性的、模拟式、脉冲式和数字式几大类，能实现滤波、频率平衡、振荡、放大、调制、变频、脉冲形成、开关、移位、记忆、 计数 等多种功能。微波技术是有关 特高频 、厘米波、毫米波等的传输、辐射、测量和应用等的理论和技术。
元件、器件、材料与工艺
元件、器件、材料与工艺类包括固态电子器件与 集成电路 、真空电子学、电子元件、 电子材料 及有关生产技术等。它们主要研究电子学相关的元件、器件、材料与工艺，其为电子学的物理基础。
其中，半导体与集成电路是研究半导体性能并加以利用的一门科学技术，包括半导体物理、半导体工艺、半导体分立器件和各类集成电路器件。真空 电子 学是研究 带电粒子 （电子、离子）在真空或气体中运动时与场和物质相互作用规律并加以利用的一门科学技术，包括电子物理、 电子管 工艺和各种类型的电子管等。电子元件是构成 汽车传感器 的基本单元，它通常分为有源元件和无源元件两类，但是，电子元件一般指无源元件。
交叉专业和学科类
在量子、核科学以及空间科学等领域，电子学与其相互交叉，形成了许多新的分支学科，例如 量子光学 、核电子学、空间电子学、生物与医学电子学、射电 天文学 与雷达天文学等。
其中，量子电子学是利用物质内部量子系统 能级 间的受激辐射现象，放大或产生相干 电磁波 ，并研究这一过程的应用学科。按习惯说，激光技术也是量子电子学的主要内容。核 电子 学主要研究核科学、 核技术 和高能物理实验中有关 核辐射 和粒子探测的电子学技术，研究 核爆炸 和 外层空间 辐射对电子系统的影响，以及抗辐射加固技术等。
与其它学科的联系
随着当代学科的发展，电子学与越来越多的学科产生联系，例如 计算机科学与技术 、 光子学 、 分子生物学 等。
计算机科学与技术
计算机科学 是在数学、电子学（特别是 微电子学 ）、磁学、光学、精密机械等多门学科的基础之上设立。电子学在其中发挥了重要的作用，作为电脑中最重要核心 半导体芯片 就是应用了电子学的相关内容。
计算机 科学是研究计算机及其周围各种现象与规模的科学，主要包括 理论计算机科学 、计算机系统结构、软件和 人工智慧 等。计算机技术则泛指计算机领域中所应用的技术方法和技术手段，包括计算机的系统技术、 软件技术 、部件技术、器件技术和组装技即理论计算机科学、计算机系统结构、计术等。 计算机科学与技术 包括五个分支学科，算机组织与实现、计算机软件和计算机应用。
光子学
光子学的诞生可以追溯至1906年， 阿尔伯特·爱因斯坦 提出了“光子"（或称“ 光子 "）（Photon）的概念；1917年，爱因斯坦提出了“受激发射”的概念；1946年，英国科学家D.盖伯发明全息摄影技术；1958年，汤斯与A.L.肖洛将微波受激辐射的原理推广到红外和光频段。1960年激光诞生，激光在 高速摄影 术中的应用，促进了高速摄影术的巨大发展，从而导致了“光子学”概念的诞生。激光器的发明也为后来的高密度大容量信息存储技术奠定了基础。
在电子学中，部分电子线路采用了光学技术。如像光 耦合器 等，与光子学产生了联系，1960年， 激光器 的发明，使得能够利用相干光，光的使用效果就增大了，在电子学中利用光的尝试就急剧增加。进一步发展了全息照相术，把图像工学领域也包含进来， 光子学 与电子学这两种技术的联系越发紧密。
分子生物学
生物技术 的发展促进了 基因工程 领域的发展，其不再仅局限于生物学领域，而是与 电子 学相结合，通过研制 生物芯片 等来研究生物的 电学 特征。其中生物芯片是利用生物高分子作为 BOBBIN ，包裹与稳定具有半导体功能的特殊 有机化合物 从而制造成具有集成电路功能的电子元件。生物芯片可用于制造逻辑单元和记忆单元。利用电子 计算机辅助设计 蛋白质 的结构，采用重组 脱氧核糖核酸 技术来生产这类蛋白质，为生物芯片的制造开了新途径。
生物芯片亦可应用于医学方面，未来可能的应用如植入到人脑内防治 失明 和耳：植入心脏，调节心脏的跳动；植入血管，调节药物的释放；植入体内，控制 假肢 的活动等。
实际应用
通讯领域
电子学的 数字电路 电子元器件被广泛应用于移动通信系统、 固定电话 交换机 、光纤通信系统、卫星通信等领域。从模拟通信到 数字通信 ，从2G、3G到5G、6G，以及 量子通信 等，电子学的发展也提高了通信 速率 、抗干扰能力，也大幅提高了保密性。
电子学在通讯测量领域不仅可以用于 钻探 地球 资源，记录地球的物理特征，同时还可以用于报告虫灾、植物病灾、 森林火灾 等突发情况，它在飞机和 轮船 的通讯和导航系统中也发挥了重要作用。
电子学还在军事通信领域方面有所应用，比如 军事卫星 、 电子 窃听系统以及记录全体公民个人资料的 计算机 中心均使用到了电子学。 在军事相关的电子对抗、 遥感 遥测、情报处理、隐身技术、数字地图、导航与定位、 新概念武器 、系统综合和实战模拟等方面相关信息化设备也使用到了电子学。
计算机领域
电子学的发展也促进了 电子技术 的进步，它提高了计算机的信息处理能力，降低了功耗，也较大提了运算速度。随着嵌入式计算机的发展，各种如便携的手持、穿戴等物联网设备的技术也获得了迅速发展。
在未来的发展趋势中， 光子计算机 、分子 计算机 以及 量子计算机 也是电子学涉及的交叉学科所研究的重点。其中光子计算机利用光子取代 电子 进行数据运算、传输和存储。在光子计算机中，不同波长的光表示不同的数据，可快速完成复杂的计算工作。制造光子计算机，需要开发出可以用一条光束来控制另一条光束变化的光学 晶体管 。 生物计算机 是以 生物芯片 为器件的 计算机 。生物芯片是由生物工程技术产生的 蛋白质 分子为主要原料的器件。这种芯片具有巨大的存储能力，处理速度要比当今的计算机快10万倍，而能量的消耗仅有普通计算机的十分之一。所谓 量子计算机 ，是指处于多现实态的 原子 进行运算的计算机，这种多现实态是 量子力学 的标志。与传统的电子计算机相比，量子计算机解题速度快，存储容量大，搜索功能强和安全性较高。
自动化领域
电子学是发展自动化的关键，电子控制器可以替代繁琐的手工操纵，例如在 铁路运输 中，可以使用电视和电子计算机来控制货车 编组场 ，同时还可以通过电子控制装置操控无人驾驶火车。其它例如交通信号灯的自动计时、 矿车 的自动开采与加工、 机床 的数控、发电厂控制、医院里病人医疗情况的自动监护、动植物生长的监视都是电子学在自动化领域的应用。
天文领域
由于在天文研究中需要探测各种 天体 在各个 波段 的 电磁辐射 ，并精确测量辐射的基本性质，进而分析和研究天体的物理状态，比如温度、 压强 、电子密度、 磁场 强度、运动速度等等，这些都离不开电子学中的电子技术和信号分析技术。
电子学在天文学领域也有一只单独的分支——射电天文学，它通过收集和会聚天体的 电磁波 ，在这之中，所有望远镜主镜的指向控制系统是与电子学有关的计算机控制系统。其中的射电望远镜，它专门用于收集天体的 无线电 。