(Fr.: électrotechnique; Du.: Elektrotechnik; Eng.: electrical and electronics engineering), vakgebied dat zich bezighoudt met enerzijds energietechniek, anderzijds met de zgn. berichttechniek.
De energietechniek betreft de beschikbare middelen om elektriciteit op te wekken en om deze in voor ons nuttige vormen om te zetten; daarbij wordt dan in de eerste plaats aan de elektrische centrales en de daarmee verbonden transmissieleidingen, distributienetten en daarop aangesloten machines gedacht (voorts zie Elektriciteitsvoorziening).Tegenover deze energietechniek staat het grote gebied dat met berichttechniek kan worden aangeduid. Het gaat daarbij om de toepassing van elektrische verschijnselen, waarbij de elektrische energie wordt gebruikt als drager van een bericht of, om de meer gangbare term te gebruiken, als drager van de informatie. Dacht men hierbij vroeger uitsluitend aan de overdracht van elektrische energie langs geleidingen, of als elektromagnetische golven in de ruimte, waarbij de elektromagnetische grootheden in hun verloop met de tijd de berichten bevatten, zo ontstond later de mogelijkheid berichten en gegevens vast te leggen in statische elektromagnetische toestanden. Zo worden bijv. in de geheugens van computers en daarmee verwante inrichtingen veelvuldig gegevens vastgelegd in de vorm van magnetische toestanden in magneetbanden, in magneetkernen, in ladingen op condensatoren enz. Om echter de informatie, die ook instructies kan inhouden, verder te kunnen verwerken zijn schakelhandelingen noodzakelijk.
Het gehele gebied van de berichttechniek valt uiteen in twee delen. Het ene heeft te maken met het overdragen van berichten, aangeduid met informatietransmissie.
Het andere deel kan worden weergegeven met termen als verwerking van informatie, schakeltechniek, informatietechnologie.
Een heel belangrijk gebied is ontstaan door de noodzaak op grond van verkregen informatie omtrent het verloop van bepaalde technologische processen hierin regelend, besturend en optimaliserend in te grijpen. Op dit gebied wordt niet alleen informatie verkregen en verwerkt, doch worden tevens besturende en regelende werkingen geactiveerd. Dit is het terrein van de regeltechniek.
De vier aangeduide gebieden van technische activiteit vormen onderdelen van de elektrotechniek voor zover voor verwezenlijking van de doeleinden van elektrische verschijnselen en inrichtingen gebruik wordt gemaakt. De vier hoofdrichtingen hebben in hoofdzaak betrekking op systemen. Deze kunnen slechts functioneren voor zover de elementen waaruit de inrichtingen worden opgebouwd, beschikbaar zijn. In de berichttechniek zijn dat bij de telefonie alles wat er functioneert vanaf microfoon tot telefoon: kabels, versterkers, centrales, straalverbindingen met overdracht via elektromagnetische stralenbundels, zeekabels enz.
Veel hiervan is slechts mogelijk geworden door de geweldige ontwikkeling van de elektronica met uitlopers als microgolftechniek en elektronische instrumentatie. Het ontwerpen en bouwen van de vele elektrotechnische onderdelen vereist kennis van de op de elektrotechniek gerichte hoofdstukken van de natuurkunde en wiskunde, zoals elektrotechnische meettechniek, kennis van elektrotechnische en elektronische materialen, theorie van de elektrische netwerken gebaseerd op de grondwetten van het elektromagnetisme, het complex rekenen en andere wiskundige disciplines.
Energietechniek.
De energietechniek houdt zich bezig met het opwekken van elektrische energie en met het transformeren daarvan in voor de gebruiker gewenste vormen. De opwekking geschiedt vrijwel uitsluitend met machines met draaiende rotoren en de energiebron is grotendeels fossiele brandstof. Om zich op dit gebied met kennis van zaken te kunnen bewegen, dient men bekend te zijn met de constructie en het gedrag van grote synchrone machines. Daarmede verbonden is de schakelaanleg met railsystemen en vermogenschakelaars, grote transformatoren voor zeer hoge spanningen om energieoverdracht over grote afstanden op economische wijze tot stand te kunnen brengen.
Het gebied van de elektrische machines strekt zich in het algemeen uit tot de problemen die samenhangen met alle facetten die een essentiële rol spelen bij de constructie, werking en het gebruik van de elektrische machine. Deze drie aspecten zijn niet los van elkaar te zien en in feite zeer sterk van elkaar afhankelijk.
De regeling en besturing van aggregaten heeft zich bijzonder ontwikkeld door toepassing van de thyristor en de vermogenstransistor. Het gebied van de vermogenselektronica is ca. 20 jaar oud; het belooft een ondersteuning te verlenen aan de vooruitgang van de energietechniek voor zowel huishoudelijk als industrieel gebruik.
Een belangrijk facet van de elektriciteitsvoorziening wordt gevormd door het invoeren van reken- en besturingstechnieken voor het bestuderen, controleren en regelen van het transport en de distributie van de energie. Hierbij moet rekening worden gehouden met de eisen, die gesteld worden aan de kwaliteit van de energielevering in de vorm van continuïteit, spanning en frequentie, waarbij bovendien de energielevering zo economisch mogelijk moet plaatsvinden.
Berichttechniek.
In de berichttechniek valt in de eerste plaats het enorme gebied van de techniek der communicatiesystemen op en dan voornamelijk hetgeen kortweg wordt genoemd: de telefonie. Hierbij moet men niet alleen denken aan de lokale, interlokale en internationale telefonie, maar ook aan de intercontinentale en interplanetaire mogelijkheden.
De telecommunicatiesatelliet heeft de oplossing gebracht voor het overbrengen van televisiesignalen over grote afstanden. Deze communicatie is mogelijk geworden door de microgolftechniek. Elektromagnetische golven met frequenties van ca. 4 GHz, dus met golflengten van 75 mm, dringen door de ionosfeer en laten zich door nog hanteerbare spiegelantennes bundelen en ook goed ontvangen.
De ontwikkeling van de microgolftechniek, ontstaan te zamen met de radar, heeft in en na de Tweede Wereldoorlog een explosief karakter vertoond.
Informatie transmissie.
In alle inrichtingen voor transmissie van berichten treden storingen op door onderlinge beïnvloeding, door storingen van buiten en in de vorm van fluctuaties (zie Ruis). De bestudering hiervan en de strijd tegen deze verschijnselen heeft aanleiding gegeven tot het ontstaan van nieuwe takken van wetenschap, zonder welke de moderne elektrotechniek onbestaanbaar is.
Van de zuiver fysische kant bezien speelt hier de statistische fysica een grote rol. Wellicht ontstaan uit de theorie van de brownbeweging en de kinetische gastheorie, treft men tegenwoordig termen aan als irreversibele en statistische thermofysica. Mathematische statistiek, waarschijnlijkheidsrekening en gegeneraliseerde harmonische analyse zijn gebieden die hiermede in nauw verband staan.
Schakeltechniek.
In het gebied van de schakeltechniek ziet men zich geplaatst voor een uitgestrekt terrein, dat pas in de laatste decennia is verkend en waarover men zich thans met niet al te veel moeite kan bewegen. In samenhang met hetgeen over transmissie werd vermeld kan opgemerkt worden dat de behoefte aan schakelen voor het geleiden van informatie in eerste instantie tot stand kwam in telefooncentrales waarin informatie van een oproepende abonnee moet worden geleid naar een opgeroepene. Het idee dit ‘automatisch’ te doen is vrijwel zo oud als de telefonie zelf en in de jaren twintig waren dan ook al elektromechanisch werkende telefooncentrales in grote steden aanwezig.
De moderne automatische telefonie heeft een aanvang genomen met de kruisschakelaarsystemen, zo genoemd naar de daarin toegepaste kruisschakelaars. Hierbij zijn draden kruislings over elkaar gelegd met beweegbare contacten op de kruispunten. Het sluiten van contacten geschiedt mechanisch en de besturing geschiedt door middel van computerachtige organen, die opdrachten van de abonnees in de vorm van kiesimpulsen verwerken in het zoeken van een vrije verbindingsweg van oproeper naar opgeroepene. Deze organen, processors genoemd, hebben een ontwikkeling doorgemaakt die sterk steunt op de computerontwikkeling; anderzijds gaan ze qua systeemconceptie toch ook eigen wegen op. De werking van deze apparaten berust op een geprogrammeerde logica, die erop ingericht is alle voor het telefoonverkeer noodzakelijke handelingen te verrichten. Het schakelnetwerk is in de moderne centrale van alle intelligentie ontdaan en deze is in de processor geconcentreerd.
Tussen beide ligt de zgn. ‘interface’ bestaande uit aftastinrichtingen voor het waarnemen en berekenen van toestandsveranderingen in en om het schakelnetwerk. In de moderne systemen worden de abonneelijnen afgetast en worden de aftast resultaten vergeleken met die van de vorige aftasting, waardoor veranderingen in de abonneelijnen worden waargenomen, die bijv. optreden bij het opnemen of neerleggen van de haak. Na het waarnemen van een oproep bouwt de processor via het schakelnetwerk een kiesverbinding op van een kiesimpulsoverdrager naar de oproepende abonneelijn. De binnenkomende impulsen worden weer volgens het aftastprincipe opgenomen en geanalyseerd. Op basis hiervan bestuurt de processor de verdere verbindingsopbouw.
Er zijn ook doorschakelingsprincipes ontstaan door toepassing van tijd- en frequentiemultiplexing. Vooral dit tijdverdelingmultiplexprincipe geeft aanleiding tot geintegreerde opstellingen. De term ‘geïntegreerd’ heeft hier betrekking op de omstandigheid dat men in de meest moderne automatische telefoonstelsels met tijdverdelingsmultiplex het doorschakelen van verbindingen met de transmissie integreert door voor beide dezelfde signalen toe te passen. De moderne automatische telefonie is eerst mogelijk geworden door het ter beschikking komen van nieuwe technologieën. De uitvinding van transistoren betekende reeds een stap vooruit. Een nog veel grotere vooruitgang wordt in de naaste toekomst verwacht door de toepassing van op grote schaal geïntegreerde circuits.
Computertechniek.
De computertechniek heeft zich explosief ontwikkeld als gevolg van een aantal samenwerkende factoren. In de eerste plaats zijn door systematische analyse van de logische samenhang in schakelende netwerken meer doelgerichte ontwerpmethoden ontstaan; deze berusten op mathematische disciplines als boole algebra die een voortzetting vindt in de zgn. schakelalgebra. De ‘geheugens’ die in de computers voorkomen worden gebruikt om gegevens vast te leggen, die bijv. voor het verrichten van rekenbewerkingen nodig zijn. De meest toegepaste geheugenelementen zijn de zgn. ringkernen, die opgebouwd zijn uit ferrieten met een passende hystereselus. (zie Elektronische materialen). De voortschrijdende ontwikkeling naar steeds grotere en snellere computersystemen stelt aan de snelheid van deze geheugens steeds hogere eisen.
Een ander belangrijk facet van de digitale techniek is de ontwikkeling van de systeemelementen. De bouwstenen in de schakeltechnieken hebben elementaire functies. Deze functies kunnen zijn de logische verbindingen: ‘en’, ‘of ’ en ‘niet’ die dan weer kunnen worden gebruikt om grotere eenheden op te bouwen als M(aster) S(lave)-geheugenelementen, schuifregisters, tellers. Dit is praktisch goed mogelijk geworden door de toepassing van geïntegreerde schakelingen. Deze worden in micro-uitvoeringen verwezenlijkt.
Door de computer of rekenaar is in combinatie met andere zgn. randapparaten de automatisering van vele processen mogelijk geworden.
Regeltechniek.
De vierde tak van de elektrotechniek wordt gevormd door de regeltechniek. Vele situaties, die zich in elektrische installaties en systemen kunnen voordoen, vragen dwingend om snel en doeltreffend werkende regelinrichtingen. Meestal moet regelend ingrijpen zo snel geschieden, dat uitsluitend mechanisch werkende regelsystemen niet aan de gestelde eisen kunnen voldoen. Dit speelt uiteraard een grote rol in de energietechniek bij het beheersen van spanningen, vermogens, toerentallen, snelheden, temperaturen en vele andere grootheden. Ook bij de transmissie over lange afstanden over kabels en radioverbindingen worden elektronisch werkende niveauregelingen gebruikt.
In de tweede plaats verleent de elektrotechniek diensten bij die regelproblemen, waarbij de toepassing van elektrotechnische middelen voordelen oplevert.
Ten derde kan worden opgemerkt dat de mathematische disciplines die in de meet- en regeltechniek op de voorgrond treden, ook voor andere delen van de elektrotechniek van fundamentele betekenis zijn.
Elektronica.
De naam van het gebied elektronica houdt verband met het feit dat oorspronkelijk de elektronenbuis deed denken aan de beheersing van de beweging van vrije elektronen. Hoe belangrijk de elektronica voor de elektrotechniek en de samenleving is geworden kan men zich enigszins bewust maken indien men bedenkt wat allemaal onmogelijk wordt indien men niet over elektronische middelen beschikt! Er zouden dan geen radio, geen televisie, geen intense interlokale telefonie, geen radar, geen computer, geen geavanceerde regeltechniek, geen automatisering op grote schaal, bestaan. Het gebied van de elektronica heeft zich in de loop der jaren steeds meer uitgebreid; na de intrede van de transistor zijn het niet meer alleen vrije elektronen die hier de dienst uitmaken maar de in halfgeleiders optredende stromen, samenhangend met elektronen- en gatengeleiding.
Netwerktheorie.
Een interessante ontwikkeling lijkt wel het samengaan van elektronica en netwerktheorie door het invoeren van een nieuw begrip; versterken door middel van negatieve weerstanden. Hierdoor kan de werking van een versterker of generator in een netwerk snel worden overzien en worden vele mathematische betrekkingen die hiermede samenhangen meer doorzichtig. De netwerktheorie verleent ook gewichtige diensten bij het tot-stand-komen van geïntegreerde schakelingen; het is bijv. moeilijk in zodanige schakelingen zelfinducties op te nemen daar deze praktisch niet gerealiseerd kunnen worden. De netwerktheorie, in het bijzonder de netwerksynthese, streeft er nu naar om netwerken op te bouwen, die aan voorgeschreven eisen voldoen zonder dat van zelfinductie-elementen wordt gebruik gemaakt.