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電気工学は、電気、電子工学、電磁気学を利用する機器、装置、システムの研究、設計、応用を扱う工学分野である。電気電信、電話、電力の発電、配電、利用が商業化された19世紀後半に、明確な職業として確立された。
電気工学は、コンピュータ工学、システム工学、電力工学、電気通信、高周波工学、信号処理、計測、制御工学、太陽電池、電子工学、光学およびフォトニクスなど、幅広い分野に分かれています。これらの分野の多くは、ハードウェア工学、パワーエレクトロニクス、電磁気学および波動、マイクロ波工学、ナノテクノロジー、電気化学、再生可能エネルギー、メカトロニクス/制御、電気材料科学など、膨大な数の専門分野を含む他の工学分野と重複しています。[ a ]機械学習とコンピュータサイエンスの技術も、歴史的に電気工学の分野として発展してきたため、さらに研究されています。
電気技術者は通常、電気工学、電子工学、または電気電子工学の学位を取得しています。実務に携わる技術者は、専門資格を取得し、専門機関や国際標準化団体に所属している場合があります。これらの団体には、国際電気標準会議（IEC）、全米プロフェッショナルエンジニア協会（NSPE）、電気電子学会（IEEE）、および工学技術学会（IET、旧IEE）などがあります。
電気技術者は非常に幅広い業界で活躍しており、求められるスキルも同様に多岐にわたります。回路理論からプロジェクトマネージャーのような管理能力まで、その範囲は様々です。個々の技術者が必要とするツールや機器も同様に多様で、単純な電圧計から高度な設計・製造ソフトウェアまで多岐にわたります。
電気は少なくとも17世紀初頭から科学的な関心の対象となってきた。ウィリアム・ギルバートは著名な初期の電気科学者であり、磁気と静電気を明確に区別した最初の人物である。彼は「電気」という用語を確立した人物として知られている。[ 1 ]彼はまた、静電気を帯びた物体の存在を検出する装置であるヴェルソリウムを設計した。1762年、スウェーデンの教授ヨハン・ヴィルケは、後にエレクトロフォラスと呼ばれる静電気を発生させる装置を発明した。 [ 2 ] 1800年までに、アレッサンドロ・ボルタは電気電池の先駆けとなるボルタ電池を開発した。
19世紀には、この分野の研究が活発化し始めた。この世紀の注目すべき発展としては、1820年に電流が方位磁針を偏向させる磁場を生成することを発見したハンス・クリスチャン・エルステッド、 1825年に電磁石を発明したウィリアム・スタージョン、 1835年に電気リレーを発明したジョセフ・ヘンリーとエドワード・デービー、1827年に導体内の電流と電位差の関係を定量化したゲオルク・オーム、1831年に電磁誘導を発見したマイケル・ファラデー、そして1873年に著書『電気と磁気』で電気と磁気の統一理論を発表したジェームズ・クラーク・マクスウェルなどが挙げられる。[ 3 ]
1782年、ジョルジュ＝ルイ・ル・サージュは、おそらく世界初の電気式電信を開発し、ベルリンで発表した。これは、アルファベットの各文字に対応する24本の異なる電線を用いたもので、2つの部屋を結んでいた。電気伝導によって金箔を移動させる静電式電信であった。
1795年、フランシスコ・サルバ・カンピージョは静電電信システムを提案した。1803年から1804年にかけて電気電信に取り組み、1804年にバルセロナ王立自然科学芸術アカデミーで報告書を発表した。サルバの電解電信システムは非常に革新的であったが、1800年にヨーロッパでなされた2つの発見、すなわちアレッサンドロ・ボルタの電流発生用電気電池とウィリアム・ニコルソンとアンソニー・カーライルの水の電気分解に大きく影響を受け、それらに基づいていた。[ 4 ]電気電信は電気工学の最初の例とみなすことができる。[ 5 ]電気工学は19世紀後半に職業となった。実務家は世界的な電気電信ネットワークを構築し、英国と米国で最初の専門的な電気工学機関が設立され、新しい学問分野を支援した。フランシス・ロナルズは1816年に電気電信システムを構築し、電気によって世界がどのように変革されるかという彼のビジョンを記録した。[ 6 ] [ 7 ] 50年以上後、彼は新しい電信技術者協会（まもなく電気技術者協会と改名される）に加入し、他の会員からは同世代の先駆者と見なされた。[ 8 ] 19世紀末までに、陸上回線、海底ケーブル、そして1890年頃からの無線電信の工学的発展によって可能になった高速通信によって、世界は永久に変わった。
こうした分野における実用的な応用と進歩により、標準化された測定単位の必要性が高まった。その結果、ボルト、アンペア、クーロン、オーム、ファラド、ヘンリーの単位が国際的に標準化された。これは1893年にシカゴで開催された国際会議で達成された。[ 9 ]これらの標準の公表は、様々な産業における標準化の将来の進歩の基礎となり、多くの国で、その定義は関連法規で直ちに認められた。[ 10 ]
これらの年、電気の研究は、初期の電気技術が本質的に電気機械的なものと考えられていたため、主に物理学のサブ分野とみなされていました。ダルムシュタット工科大学は、 1882年に世界初の電気工学科を設立し、1883年に電気工学の学士課程を導入しました。[ 11 ]米国で最初の電気工学の学位プログラムは、マサチューセッツ工科大学（MIT）の物理学科でチャールズ・クロス教授の下で開始されましたが、 [ 12 ] 1885年に世界初の電気工学の卒業生を輩出したのはコーネル大学でした。 [ 13 ]電気工学の最初のコースは、1883年にコーネル大学のシブリー機械工学・機械芸術学部で教えられました。[ 14 ]
1885年頃、コーネル大学の学長アンドリュー・ディクソン・ホワイトは、米国で最初の電気工学科を設立した。[ 15 ]同年、ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンは、英国で最初の電気工学講座を設立した。[ 16 ]ミズーリ大学のメンデル・P・ワインバック教授は、1886年に電気工学科を設立した。[ 17 ]その後、世界中の大学や工科大学が徐々に学生に電気工学プログラムを提供するようになった。
この数十年間で、電気工学の利用は劇的に増加した。1882年、トーマス・エジソンは世界初の大規模電力網を稼働させ、ニューヨーク市マンハッタン島の59世帯に110ボルトの直流（DC）電力を供給した。1884年には、チャールズ・パーソンズ卿が蒸気タービンを発明し、より効率的な発電が可能になった。交流は、変圧器を使用して長距離にわたってより効率的に電力を伝送できる能力により、1880 年代と 1890 年代に、Károly Zipernowsky、Ottó Bláthy、Miksa Déri (後に ZBD 変圧器と呼ばれる)、Lucien Gaulard、John Dixon Gibbs、William Stanley Jrによる変圧器設計によって急速に発展しました。誘導電動機を含む実用的な交流電動機の設計は、 Galileo FerrarisとNikola Teslaによって独立して発明され、 Mikhail Dolivo-DobrovolskyとCharles Eugene Lancelot Brownによって実用的な三相形式にさらに発展しました。[ 18 ] Charles SteinmetzとOliver Heaviside は、交流工学の理論的基礎に貢献しました。[ 19 ] [ 20 ] ACの使用の普及は、米国でジョージ・ウェスティングハウスが支持するACシステムとトーマス・エジソンが支持するDC電力システムとの間の「電流戦争」と呼ばれるものを引き起こし、ACが全体的な標準として採用されました。[ 21 ]
ラジオの開発過程では、多くの科学者や発明家がラジオ技術と電子工学に貢献しました。1850年代のジェームズ・クラーク・マクスウェルの数学的研究は、目に見えない空気中の波（後に「電波」と呼ばれる）の可能性を含む、さまざまな形態の電磁放射の関係を示しました。1888年の古典物理学実験において、ハインリヒ・ヘルツは火花放電送信機で電波を送信し、単純な電気装置でそれを検出することで、マクスウェルの理論を証明しました。他の物理学者たちもこれらの新しい波を実験し、その過程で送信および検出のための装置を開発しました。1895年、グリエルモ・マルコーニは、これらの「ヘルツ波」の送信および検出の既知の方法を、専用の商用無線電信システムに適用する方法の研究に着手しました。初期の段階で、彼は1.5マイルの距離にわたって無線信号を送信しました。1901年12月には、地球の曲率の影響を受けない無線波を送信しました。マルコーニは後に、コーンウォールのポルドゥとニューファンドランドのセントジョンズの間、 2,100マイル（3,400 km）の距離で大西洋を横断する無線信号を送信した。[ 22 ]
ミリ波通信は、1894年から1896年にかけてジャガディッシュ・チャンドラ・ボースによって初めて研究され、彼は実験で最大60GHzという極めて高い周波数に到達しました。 [ 23 ]また、彼は1901年にラジオクリスタル検出器の特許を取得した際に、電波を検出するために半導体接合の使用を導入しました。 [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]
1897年、カール・フェルディナント・ブラウンは、電子テレビの重要な基盤技術であるオシロスコープの一部として陰極線管を導入した。[ 27 ]ジョン・フレミングは1904年に最初のラジオ管であるダイオードを発明した。2年後、ロバート・フォン・リーベンとリー・デ・フォレストはそれぞれ独立して増幅管である三極管を開発した。[ 28 ]
1920年、アルバート・ハルはマグネトロンを開発し、それが最終的に1946年にパーシー・スペンサーによる電子レンジの開発につながった。[ 29 ] [ 30 ] 1934年、イギリス軍はウィンペリス博士の指揮の下、レーダー（これもマグネトロンを使用）の開発に着手し、1936年8月にボーズィーで最初のレーダー基地が稼働した。 [ 31 ]
1941年、コンラート・ツーゼは、電気機械部品を使用した世界初の完全機能かつプログラム可能なコンピュータであるZ3を発表しました。1943年、トミー・フラワーズは、世界初の完全機能、電子式、デジタル式、プログラム可能なコンピュータであるコロッサスを設計・製作しました。 [ 32 ] [ 33 ] 1946年には、ジョン・プレスパー・エッカートとジョン・モークリーによるENIAC（電子数値積分計算機）が続き、コンピュータ時代の幕開けとなりました。これらの機械の演算性能により、エンジニアは全く新しい技術を開発し、新たな目標を達成することが可能になりました。[ 34 ]
1948年、クロード・シャノンは「通信の数学的理論」を発表し、不確実性（電気ノイズ）を伴う情報の伝達を数学的に記述した。
最初の実用的なトランジスタは、1947年にベル電話研究所（BTL）でウィリアム・ショックレーの下で働いていたジョン・バーディーンとウォルター・ハウザー・ブラッテンによって発明された点接触型トランジスタでした。 [ 35 ]その後、彼らは1948年にバイポーラ接合型トランジスタを発明しました。 [ 36 ]初期の接合型トランジスタは比較的かさばるデバイスで、大量生産は困難でしたが、[ 37 ]より小型のデバイスへの道を開きました。[ 38 ]
最初の集積回路は、1958年にテキサス・インスツルメンツのジャック・キルビーによって発明されたハイブリッド集積回路と、 1959年にフェアチャイルド・セミコンダクターのロバート・ノイスによって発明されたモノリシック集積回路チップである。 [ 39 ]
MOSFET （金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、またはMOSトランジスタ）は、1959年にBTLのMohamed AtallaとDawon Kahngによって発明されました。[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]これは、小型化して幅広い用途向けに大量生産できる、真にコンパクトな最初のトランジスタでした。[ 37 ]これは電子産業に革命をもたらし、[ 43 ] [ 44 ]世界で最も広く使用されている電子機器になりました。[ 41 ] [ 45 ] [ 46 ]
MOSFETは高密度集積回路チップの製造を可能にした。[ 41 ]最初に製造された実験的なMOS ICチップは、1962年にRCA研究所のフレッド・ハイマンとスティーブン・ホフスタインによって作られた。 [ 47 ] MOS技術は、1965年にゴードン・ムーアが予測した、ICチップ上のトランジスタが2年ごとに倍増するというムーアの法則を可能にした。 [ 48 ]シリコンゲートMOS技術は、 1968年にフェアチャイルドのフェデリコ・ファギンによって開発された。[ 49 ]それ以来、MOSFETは現代エレクトロニクスの基本構成要素となっている。[ 42 ] [ 50 ] [ 51 ]シリコンMOSFETとMOS集積回路チップの大量生産と、指数関数的なペースでのMOSFETの継続的なスケーリングと小型化（ムーアの法則で予測された通り）は、それ以来、技術、経済、文化、思考に革命的な変化をもたらした。[ 52 ]
1969年にアポロ11号で宇宙飛行士を月面に着陸させることで最高潮に達したアポロ計画は、 NASAが半導体電子技術の進歩を採用したことで可能になった。これには、惑星間監視プラットフォーム（IMP）[ 53 ] [ 54 ]のMOSFETや、アポロ誘導コンピュータ（AGC） [ 55 ]のシリコン集積回路チップが含まれる。
1960年代のMOS集積回路技術の発展により、1970年代初頭にマイクロプロセッサが発明されました。 [ 56 ] [ 57 ]最初のシングルチップマイクロプロセッサは、1971年にリリースされたIntel 4004でした。 [ 56 ] Intel 4004は、Intelのフェデリコ・ファギンがシリコンゲートMOS技術を用いて設計・実現したもので、Intelのマルシアン・ホフとスタンレー・マゾール、そしてBusicomの島正敏が開発に携わりました。[ 56 ] [ 58 ]マイクロプロセッサは、マイクロコンピュータやパーソナルコンピュータの開発、そしてマイクロコンピュータ革命につながりました。
近年、機械学習（音声認識システム、コンピュータビジョン、強化学習などを含む）は、信号処理、画像処理、制御工学といった電気工学分野と大きく重なり合っており、電気技術者によって頻繁に研究されている。また、機械学習技術は、電子設計自動化、確率的・適応的制御、スマートグリッド、適応信号処理などの分野における電気工学システムにも活用されている。
電気の特性の一つは、エネルギー伝送だけでなく情報伝送にも非常に有用であることです。これらは、電気工学が最初に発展した分野でもありました。今日、電気工学には多くの下位分野があり、最も一般的なものを以下に示します。これらの下位分野のいずれかに特化して研究する電気技術者もいますが、多くは複数の分野を組み合わせて研究しています。電子工学やコンピュータ工学など、特定の分野は独立した学問分野として扱われることもあります。
電力・エネルギー工学は、電力の発電、送電、配電、および関連するさまざまな機器の設計を扱います。[ 59 ]これらには、変圧器、発電機、電動機、高電圧工学、およびパワーエレクトロニクスが含まれます。世界の多くの地域では、政府が電力網と呼ばれる電力ネットワークを維持しており、さまざまな発電機とエネルギーの利用者を接続しています。利用者は電力網から電力を購入し、自分で発電するという費用のかかる作業を回避します。電力エンジニアは、電力網の設計と保守、および電力網に接続される電力システムの設計と保守に取り組むことがあります。[ 60 ]このようなシステムはオングリッド電力システムと呼ばれ、電力網に追加の電力を供給したり、電力網から電力を引き出したり、またはその両方を行うことができます。電力エンジニアは、電力網に接続しないシステム、オフグリッド電力システムにも取り組むことがあり、場合によってはオングリッドシステムよりも好ましいことがあります。
電気通信工学は、同軸ケーブル、光ファイバー、自由空間などの通信チャネルを介した情報の伝送に焦点を当てています。[ 61 ]自由空間を介した伝送では、情報を伝送に適した搬送周波数にシフトするために、搬送信号に情報を符号化する必要があります。これは変調として知られています。一般的なアナログ変調技術には、振幅変調と周波数変調があります。[ 62 ]変調の選択はシステムのコストとパフォーマンスに影響するため、エンジニアはこれら2つの要素を慎重にバランスさせる必要があります。
システムの伝送特性が決定されると、通信技術者はそのようなシステムに必要な送信機と受信機を設計します。これら2つは、トランシーバーと呼ばれる双方向通信デバイスを形成するために組み合わされることがあります。送信機の設計における重要な考慮事項は、信号強度と密接に関係する消費電力です。[ 63 ] [ 64 ]通常、送信信号の電力が不十分な場合、信号が受信機のアンテナに到達すると、信号に含まれる情報はノイズ、特に静電気によって劣化します。
制御工学は、多様な動的システムのモデリングと、これらのシステムが望ましい動作をするようにするコントローラの設計に焦点を当てています。 [ 65 ]このようなコントローラを実装するために、電子制御エンジニアは、電子回路、デジタル信号プロセッサ、マイクロコントローラ、プログラマブルロジックコントローラ（PLC）を使用する場合があります。制御工学は、商用旅客機の飛行および推進システムから、多くの現代の自動車に搭載されているクルーズコントロールまで、幅広い用途があります。[ 66 ]また、産業オートメーションにおいても重要な役割を果たしています。
制御エンジニアは、制御システムを設計する際にフィードバックをよく利用します。たとえば、クルーズコントロール付きの自動車では、車両の速度が継続的に監視され、システムにフィードバックされ、それに応じてモーターの出力が調整されます。[ 67 ]定期的なフィードバックがある場合、制御理論を使用して、システムがそのようなフィードバックにどのように反応するかを決定できます。
制御エンジニアはロボット工学の分野でも活動しており、感覚フィードバックを解釈してアクチュエータを制御し、自律走行車、自律ドローン、その他さまざまな産業で使用されるロボットを動かす自律システムを設計しています。 [ 68 ]
電子工学とは、抵抗器、コンデンサ、インダクタ、ダイオード、トランジスタなどの部品の特性を利用して特定の機能を実現する電子回路の設計とテストを指します。 [ 60 ]ラジオのユーザーが特定の放送局以外のすべての放送をフィルタリングできるようにする同調回路は、そのような回路の一例です。研究すべきもう1つの例は、空気圧式信号コンディショナーです。
第二次世界大戦前は、この分野は一般的に無線工学として知られており、基本的には通信とレーダー、商用ラジオ、初期のテレビの側面に限定されていました。[ 60 ]その後、戦後、消費者向け機器が開発され始めると、この分野は現代のテレビ、オーディオシステム、コンピューター、マイクロプロセッサーを含むように拡大しました。1950年代半ばから後半にかけて、無線工学という用語は徐々に電子工学という名称に取って代わられました。
1959年に集積回路が発明される以前は、電子回路は人間が操作できる個別の部品で構成されていました。[ 69 ]これらの個別の回路は多くのスペースと電力を消費し、速度も制限されていましたが、一部の用途では今でも一般的です。対照的に、集積回路は、主にトランジスタ[ 70 ]などの多数の（しばしば数百万個の）微小な電気部品をコインほどの大きさの小さなチップに詰め込みました。これにより、今日見られるような強力なコンピュータやその他の電子機器が実現しました。
マイクロエレクトロニクス工学は、集積回路で使用するため、または場合によっては一般的な電子部品として単独で使用するために、非常に小さな電子回路部品の設計と微細加工を扱います。 [ 71 ]最も一般的なマイクロエレクトロニクス部品は半導体トランジスタですが、すべての主要な電子部品（抵抗器、コンデンサなど）は微細なレベルで作成できます。
ナノエレクトロニクスとは、デバイスをさらにナノメートルレベルまで小型化することです。現代のデバイスはすでにナノメートル領域にあり、100 nm以下のプロセスは2002年頃から標準となっています。[ 72 ]
マイクロエレクトロニクス部品は、シリコンなどの半導体ウェハを化学的に加工して、所望の電荷と電流の輸送を実現することによって作られます（高周波では、ガリウムヒ素やリン化インジウムなどの化合物半導体を使用できます）。マイクロエレクトロニクスの分野には、かなりの量の化学と材料科学が関係しており、電子技術者は量子力学の影響に関する実用的な知識を持っている必要があります。[ 73 ]
信号処理は、信号の分析と操作を扱います。[ 74 ]信号は、情報に応じて連続的に変化するアナログ信号と、情報を表す一連の離散値に応じて変化するデジタル信号のいずれかです。アナログ信号の場合、信号処理には、オーディオ機器用のオーディオ信号の増幅とフィルタリング、または電気通信用の信号の変調と復調が含まれる場合があります。デジタル信号の場合、信号処理には、デジタルサンプリングされた信号の圧縮、エラー検出、およびエラー訂正が含まれる場合があります。 [ 75 ]
信号処理は、デジタル信号処理の中核を成す数学的な分野であり、通信、制御、レーダー、オーディオ工学、放送工学、パワーエレクトロニクス、生体医工学など、電気工学の様々な分野で新たな応用が急速に拡大しています。これは、既存のアナログシステムがデジタルシステムに置き換えられるにつれて、その応用範囲が広がっているためです。アナログ信号処理は、多くの制御システムの設計において依然として重要な役割を果たしています。
DSPプロセッサICは、デジタルテレビ[ 76 ]、ラジオ、ハイファイオーディオ機器、携帯電話、マルチメディアプレーヤー、ビデオカメラ、デジタルカメラ、自動車制御システム、ノイズキャンセリングヘッドホン、デジタルスペクトラムアナライザ、ミサイル誘導システム、レーダーシステム、テレマティクスシステムなど、多くの種類の現代の電子機器に搭載されています。これらの製品では、DSPはノイズ低減、音声認識または合成、デジタルメディアのエンコードまたはデコード、データの無線送信または受信、 GPSを使用した位置の三角測量、その他の種類の画像処理、ビデオ処理、オーディオ処理、音声処理を担当する場合があります。[ 77 ]
計測工学は、圧力、流量、温度などの物理量を測定する装置の設計を扱います。 [ 78 ]このような計測器の設計には、電磁気理論を超えた物理学の深い理解が求められます。たとえば、飛行計器は風速や高度などの変数を測定し、パイロットが航空機を解析的に制御できるようにします。同様に、熱電対はペルティエ・ゼーベック効果を利用して2点間の温度差を測定します。[ 79 ]
計測機器は単独で使用されることは少なく、むしろより大きな電気システムのセンサーとして使用されます。たとえば、熱電対は炉の温度が一定に保たれていることを確認するために使用されることがあります。[ 80 ]このため、計測工学は制御の対極にあるものと見なされることがよくあります。
コンピュータ工学は、コンピュータおよびコンピュータシステムの設計を扱います。これには、新しいハードウェアの設計が含まれる場合があります。コンピュータエンジニアは、システムのソフトウェアに取り組むこともあります。ただし、複雑なソフトウェアシステムの設計は、通常、独立した分野とみなされるソフトウェア工学の領域であることが多いです。[ 81 ]デスクトップコンピュータは、コンピュータエンジニアが扱う可能性のあるデバイスのごく一部にすぎません。コンピュータのようなアーキテクチャは、ビデオゲームコンソールやDVDプレーヤーなどのさまざまな組み込みデバイスに見られるようになりました。コンピュータエンジニアは、コンピューティングのハードウェアとソフトウェアの多くの側面に関わっています。[ 82 ]ロボットは、コンピュータ工学の応用例の1つです。
フォトニクスと光学は、電磁放射の発生、伝送、増幅、変調、検出、および分析を扱います。光学の応用分野では、レンズ、顕微鏡、望遠鏡、その他電磁放射の特性を利用する機器などの光学機器の設計を扱います。光学のその他の主要な応用分野には、電気光学センサーおよび測定システム、レーザー、光ファイバー通信システム、光ディスクシステム（CDやDVDなど）があります。フォトニクスは、光技術を基盤としており、オプトエレクトロニクス（主に半導体）、レーザーシステム、光増幅器、新素材（メタマテリアルなど）といった最新の技術開発によって補完されています。
メカトロニクスは、電気システムと機械システムの融合を扱う工学分野です。このような複合システムは電気機械システムとして知られ、広く採用されています。例としては、自動製造システム[ 83 ] 、暖房、換気、空調システム[ 84 ]、航空機や自動車のさまざまなサブシステム[ 85 ] などがあります。電子システム設計は、複雑な電気システムと機械システムの多分野にわたる設計問題を扱う電気工学の分野です[ 86 ] 。
メカトロニクスという用語は通常、マクロなシステムを指すのに使われますが、未来学者たちは非常に小さな電気機械デバイスの出現を予測しています。すでに、マイクロ電気機械システム（MEMS）として知られるそのような小さなデバイスは、自動車でエアバッグの展開タイミングを指示したり、デジタルプロジェクターでより鮮明な画像を作成したり、インクジェットプリンターで高精細印刷用のノズルを作成したりするために使用されています。[87 ]将来的には、これらのデバイスが小型の埋め込み型医療機器の製造や光通信の改善に役立つことが期待されています。[ 88 ]
電気技師は通常、電気工学、電子工学、電子・コンピュータ工学、電気工学技術[ 89 ]、または電気・電子工学[ 90 ] [ 91 ]を専攻とする学位を取得しています。すべてのプログラムで同じ基本原理が教えられますが、タイトルによって重点が異なる場合があります。このような学位の学習期間は通常4年または5年で、大学によっては、修了した学位は電気・電子工学技術の理学士、工学士、理学士、技術学士、または応用科学学士として指定される場合があります。学士課程には通常、物理学、数学、コンピュータ科学、プロジェクト管理、および電気工学のさまざまなトピックを網羅する科目が含まれます[ 92 ]。最初は、これらのトピックは、電気工学のすべての下位分野ではないにしても、ほとんどすべてを網羅しています。
多くの学校では、電子工学は電気系の学位の一部として含まれており、場合によっては工学士（電気電子）のように明示的に含まれているが、他の学校では、電気工学と電子工学はどちらも十分に幅広く複雑であると考えられているため、別々の学位が提供されている。[ 93 ]
電気技師の中には、工学修士/理学修士（MEng/MSc）、工学マネジメント修士、工学博士（PhD）、工学博士（ Eng.D.）、または工学士号などの大学院学位を取得するために研究を選択する人もいます。修士号と工学士号は、研究、講義、またはその両方の組み合わせで構成される場合があります。哲学博士号と工学博士号は、重要な研究要素を含み、多くの場合、学術界への入り口と見なされています。英国および他のいくつかのヨーロッパ諸国では、工学修士号は、独立した大学院学位というよりは、工学学士号よりも少し期間が長い学部学位と見なされることがよくあります。[ 94 ]
ほとんどの国では、工学の学士号は専門資格取得への第一歩であり、学位プログラム自体が専門機関によって認定されています。[ 95 ]認定された学位プログラムを修了した後、エンジニアは認定を受ける前に、さまざまな要件（実務経験要件を含む）を満たす必要があります。認定されると、エンジニアは、プロフェッショナルエンジニア（米国、カナダ、南アフリカ）、チャータードエンジニアまたはインコーポレーテッドエンジニア（インド、パキスタン、英国、アイルランド、ジンバブエ）、チャータードプロフェッショナルエンジニア（オーストラリアとニュージーランド）、またはヨーロピアンエンジニア（欧州連合の多くの国）の称号を与えられます。
免許取得のメリットは地域によって異なります。たとえば、米国とカナダでは、「免許を持つ技術者のみが、公共および民間の顧客に対するエンジニアリング業務に印鑑を押印できる」[ 96 ] 。この要件は、ケベック州の技術者法などの州および地方の法律によって強制されています。 [ 97 ]他の国では、このような法律は存在しません。事実上すべての認証機関は、すべての会員が遵守することを期待する倫理規定を維持しており、違反した場合は除名される可能性があります。 [ 98 ]このように、これらの組織は、専門職の倫理基準を維持する上で重要な役割を果たしています。認証が業務に法的影響をほとんどまたはまったく及ぼさない管轄区域であっても、技術者は契約法の対象となります。技術者の業務が失敗した場合、過失不法行為の対象となり、極端な場合には刑事過失の罪に問われる可能性があります。技術者の業務は、建築基準や環境法に関する法律など、その他多くの規則や規制にも準拠する必要があります。
電気技術者にとって注目すべき専門団体としては、電気電子学会（IEEE）と工学技術学会（IET）が挙げられます。IEEEは、世界の電気工学文献の30%を出版していると主張しており、世界中に36万人以上の会員を擁し、年間3,000以上の会議を開催しています。[ 99 ] IETは21のジャーナルを発行し、世界中に15万人以上の会員を擁し、ヨーロッパ最大の専門技術者団体であると主張しています。[ 100 ] [ 101 ]技術スキルの陳腐化は、電気技術者にとって深刻な懸念事項です。そのため、技術学会への加入と参加、当該分野の定期刊行物の定期的なレビュー、継続的な学習の習慣は、熟練度を維持するために不可欠です。MIET（工学技術学会会員）は、ヨーロッパでは電気およびコンピュータ（技術）技術者として認められています。[ 102 ]
オーストラリア、カナダ、アメリカ合衆国では、電気技師は労働人口の約0.25%を占めている。[ b ]
全地球測位システムから発電まで、電気技術者は幅広い技術の開発に貢献してきました。彼らは電気システムや電子機器の設計、開発、テスト、導入の監督を行います。例えば、通信システムの設計、発電所の運用、建物の照明や配線、家電製品の設計、産業機械の電気制御などに携わることがあります。[ 106 ]
この分野の基礎となるのは物理学と数学であり、これらはシステムの動作原理を定性的にも定量的にも記述する上で役立つ。今日では、ほとんどのエンジニアリング業務にコンピュータが用いられており、電気システムの設計においてはコンピュータ支援設計（CAD）プログラムの使用が一般的になっている。しかしながら、アイデアをスケッチする能力は、他者と迅速に意思疎通を図る上で依然として非常に重要である。
ほとんどの電気技術者は基本的な回路理論（つまり、回路内の抵抗器、コンデンサ、ダイオード、トランジスタ、インダクタなどの要素の相互作用）を理解していますが、技術者が使用する理論は一般的に彼らの仕事によって異なります。たとえば、量子力学や固体物理学は、VLSI（集積回路の設計）に取り組む技術者にとって関連性があるかもしれませんが、マクロな電気システムに取り組む技術者にとってはほとんど関係ありません。既製の部品を使用する通信システムを設計する人にとっては、回路理論さえ関係ないかもしれません。おそらく、電気技術者にとって最も重要な技術スキルは、大学のプログラムに反映されており、そこでは強力な数値スキル、コンピュータリテラシー、および電気工学に関連する技術言語と概念を理解する能力が重視されています。 [ 107 ]
電気技術者は幅広い計測機器を使用します。単純な制御回路やアラームには、電圧、電流、抵抗を測定する基本的なマルチメータで十分な場合があります。時間的に変化する信号を研究する必要がある場合は、オシロスコープも広く使われている機器です。RFエンジニアリングや高周波通信では、スペクトラムアナライザやネットワークアナライザが使用されます。一部の分野では、計測機器の安全性が特に懸念されることがあります。たとえば、医療用電子機器の設計者は、電極が体内の体液に直接接触する場合、通常よりもはるかに低い電圧でも危険であることを考慮しなければなりません。[ 108 ]電力伝送エンジニアリングも、使用される高電圧のため、安全性に大きな懸念があります。電圧計は原理的には低電圧の同等品と似ているかもしれませんが、安全性と校正の問題により、大きく異なります。[ 109 ]電気工学の多くの分野では、その分野特有のテストが使用されます。オーディオエレクトロニクスのエンジニアは、信号発生器とメーターからなるオーディオテストセットを使用して、主にレベルを測定しますが、高調波歪みやノイズなどの他のパラメータも測定します。同様に、情報技術にも独自のテストセットがあり、多くの場合、特定のデータ形式に特化したものです。テレビ放送についても同じことが言えます。
多くのエンジニアにとって、技術的な作業は仕事のほんの一部に過ぎません。クライアントとの提案の話し合い、予算の作成、プロジェクトスケジュールの決定といった作業にも多くの時間を費やすことがあります。[ 110 ]多くのシニアエンジニアは技術者や他のエンジニアのチームを管理しているため、プロジェクト管理スキルが重要になります。ほとんどのエンジニアリングプロジェクトには何らかの文書作成が伴うため、優れた文書作成能力が非常に重要です。
エンジニアの職場は、彼らが従事する仕事の種類と同じくらい多様です。電気エンジニアは、製造工場の清潔な実験室環境、海軍艦艇、コンサルティング会社のオフィス、または鉱山の現場などで見かけることができます。電気エンジニアは、その職業人生の中で、科学者、電気技師、コンピュータプログラマー、その他のエンジニアなど、幅広い人々を監督する立場になることがあります。 [ 111 ]
電気工学は物理科学と密接な関係があります。例えば、物理学者のケルビン卿は、最初の大西洋横断電信ケーブルの設計において重要な役割を果たしました。[ 112 ]一方、エンジニアのオリバー・ヘヴィサイドは、電信ケーブルの伝送の数学に関する重要な研究を行いました。[ 113 ]電気技師は、主要な科学プロジェクトでしばしば必要とされます。例えば、CERNのような大型粒子加速器では、電力分配、計測機器、超伝導電磁石の製造と設置など、プロジェクトの多くの側面に対処するために電気技師が必要です。[ 114 ] [ 115 ]
これらの発見を利用して、多くの発明家、あるいはむしろ「適応者」が現れ、この新しい知識を取り入れ、商業的に有用なアイデアに変えました。これらの「製品」の最初のものは、遠隔地間で情報を伝送するために電気を使用すること、つまり電信でした。
{{cite book}}: CS1メンテナンス: 場所の発行元が見つかりません (リンク)Si MOSFETは電子産業に革命をもたらし、その結果、私たちの日常生活に考えられるほぼすべての面で影響を与えています。
金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）は、デジタル集積回路の超大規模集積回路（VLSI）において最も一般的に使用されている能動素子である。1970年代には、これらの部品が電子信号処理、制御システム、コンピュータに革命をもたらした。