elektronikk

Digital elektronikk er en gren av elektronikken som behandler signaler som har klart avgrensede (diskrete) nivåer.

Systemene bygger i hovedsak på boolsk algebra og bruker det binære tallsystemet, der all informasjon representeres som enten 0 eller 1. I de elektroniske komponentene representeres 0 og 1 med lav eller høy elektrisk spenning. Den minste byggeklossen i denne teknologien er logiske porter, som kombineres i enorme mengder på integrerte kretser for å danne mikroprosessorer og minnebrikker. Digital elektronikk har lagt grunnlaget for datamaskiner, internett og nesten alt av dagens kommunikasjonsteknologi.

Analog elektronikk behandler signaler som har sammenhengende og kontinuerlige verdier.

I motsetning til digital elektronikk, som kun opererer med to tilstander (0 og 1), kan et analogt signal i teorien ha uendelig mange nivåer innenfor et gitt område. Analog elektronikk er helt essensiell for å koble den fysiske verden sammen med den digitale. Alle naturlige fenomener, som lyd, lys og temperatur, er analoge i sin natur. Derfor brukes analoge kretser i alt fra radiomottakere og Hi-Fi-forsterkere til sensorer som fanger opp data før de konverteres til digitalt format.

Integrerte kretser, ofte kalt mikrochiper eller brikker, er små plater av et halvledermateriale, vanligvis silisium. Materialet inneholder et stort antall mikroskopiske elektroniske komponenter.

Utviklingen av integrerte kretser har gjort det mulig å fremstille elektronikk i svært forminsket format. En moderne integrert krets kan i dag inneholde flere milliarder transistorer på et område som ikke er større enn en fingernegl. Dette er selve hjernen i alt fra enkle kalkulatorer og digitale klokker til avanserte datamaskiner og smarttelefoner. Uten denne teknologien ville datamaskiner vært ekstremt plass- og strømkrevende.

Optoelektronikk kombinerer optikk og elektronikk, og handler om enheter som kan detektere og kontrollere lys ved hjelp av elektrisitet. Teknologien baserer seg på samspillet mellom elektroner og fotoner, og brukes til å konvertere elektriske signaler til optiske signaler, eller omvendt.

De mest kjente eksemplene på optoelektronikk i dagliglivet er LED-belysning, laserdioder og solceller. Feltet er helt avgjørende for kommunikasjonsteknologi, siden fiberoptikk brukes som overføring av signaler i internett. Teknologien er også sentral i utviklingen av avanserte kamerasensorer, ansiktsgjenkjenning og LiDAR-systemer som brukes i selvkjørende biler.

Halvledere er materialer som har en elektrisk ledningsevne som ligger mellom ledningsevnen til en elektrisk leder (for eksempel kobber) og en isolator (for eksempel glass). Dette gjør det mulig å styre strømmen med ekstrem presisjon, enten ved å blokkere den helt eller å la den passere.

Halvledere utgjør den fysiske byggeklossen i all moderne elektronikk. Ved å kombinere ulike typer halvledermaterialer lager man komponenter som dioder og transistorer. Disse fungerer som mikroskopiske brytere i integrerte kretser, og er selve forutsetningen for at det kan bygges prosessorer og minnebrikker.

Audioelektronikk er den delen av elektronikken som handler om behandling av elektriske signaler som representerer lyd. Feltet kombinerer prinsipper fra både analog og digital elektronikk for å bevare lydkvalitet, minimere støy og forsterke signaler.

Audioelektronikk brukes i høreapparater, hjemmekinoanlegg og profesjonelt lydutstyr i studio. Sentrale komponenter inkluderer transdusere (for eksempel mikrofoner og høyttalere), som konverterer mellom lydbølger og elektriske signaler, samt forsterkere og filtre som former lyden.

I moderne utstyr spiller digital signalbehandling en viktig rolle, hvor lyden blir analysert og manipulert som matematiske data for å fjerne bakgrunnsstøy og legge på effekter.

Nanoelektronikk betegner elektroniske komponenter og systemer der de kritiske dimensjonene er mindre enn 100 nanometer. Feltet representerer det neste steget i miniatyriseringen av integrerte kretser, hvor man beveger seg ned på atomnivå for å konstruere maskinvare.

Når komponenter som transistorer blir så små, slutter de tradisjonelle fysiske lovene delvis å gjelde, og man må i økende grad ta hensyn til kvantemekaniske effekter. Teknologier som nanorør av karbon og 2D-materialer som grafén er sentrale forskningsområder innen nanoelektronikk.

• Les mer om nanoteknologi

I 1960 ble planarteknologien lansert. Denne representerte egentlig ikke noe nytt fysisk fenomen, men et teknologisk fremskritt av stor rekkevidde fordi komponentene ble plassert i samme plan. Dette forenklet fremstillingen og førte til en høyt automatisert produksjon, samtidig som det tillot integrasjon av mange kretser på én og samme plate av grunnmaterialet (silisium, galliumarsenid). De fysiske dimensjonene av komponentene lot seg sterkt redusere ved planarteknikken, og begrepet mikroelektronikk ble introdusert. I 1963 fremstod en variant kalt MOS-teknologien (Metal–Oxide–Semiconductor), som forenklet fremstillingen vesentlig, og som i neste omgang muliggjorde MSI- og LSI-kretsene (Medium Scale Integration, Large Scale Integration). Disse siste kretsene er ekstremt kompakte, med opptil 1000 kretsfunksjoner per kvadratmillimeter av basismaterialet.

Utviklingen innen miniatyrisering har gått svært raskt, og antallet transistorer som kan integreres på én brikke har hatt en betydelig økning. I 1965 skrev den amerikanske ingeniøren Gordon Moore (1929–2023) en artikkel hvor han hevdet at kompleksiteten for halvledere hadde blitt doblet hvert år siden 1959. På 1980-tallet viste det seg at dobling av ytelsen for mikroprosessorer skjedde hver 18. måned, og på 1990-tallet ble dette oppfattet som Moores lov. Denne loven er fortsatt (per 2026) gjeldende.

Elektronikken får et stadig videre spektrum av anvendelser, og representerer gjennom sitt bidrag innen telekommunikasjon og databehandling en betydelig endring av samfunnet. Datautstyr med avansert elektronikk inngår stadig mer av det utstyret vi omgir oss med til daglig, fra instrumenter i kjøretøyer til implanterte høreapparater.