Электротехника

Не путать с электронным инженерией .

Электротехника

Длинный ряд разобщиков
Занятие
Имена	Инженер -электрик
Секторы деятельности	Электроника , электрические схемы , электромагнитика , энергетическая инженерия , электрические машины , телекоммуникации , системы управления , обработка сигналов , оптика , фотоника и электрические подстанции
Описание
Компетенции	Технические знания, навыки управления, передовая математика, системный дизайн, физика, абстрактное мышление, аналитическое мышление, философия логики (см. Также Глоссарий электротехники и электроники )
Поля работа	Технология , наука , разведка , военные , промышленность и общество

Электротехника - это инженерная дисциплина, связанная с изучением, проектированием и применением оборудования, устройств и систем, которые используют электричество , электронику и электромагнетизм . Он появился как идентифицируемая занятие во второй половине 19 -го века после коммерциализации электрического телеграфа , телефона и производства электроэнергии , распределения и использования.

Электротехника разделена на широкий спектр различных областей, включая компьютерную технику , системную технику , энергетическую инженерию , телекоммуникации , радиочастотную инженерию , обработку сигналов , приборы , фотоэлектрические ячейки , электронику , а также оптику и фотонику . Многие из этих дисциплин перекрываются с другими инженерными филиалами, охватывающими огромное количество специализаций, включая аппаратную инженерию, электронику , электромагнетику и волны, микроволновую инженерию , нанотехнологии , электрохимию , возобновляемые энергии, мехатроника/контроль и электротехнологическое научное наук.

Инженеры -электрики обычно имеют степень по электротехнике, электронному или электрическому и электронному проектированию. Практикующие инженеры могут иметь профессиональную сертификацию и быть членами профессионального органа или международной организации по стандартам. К ним относятся Международная электротехническая комиссия (МЭК), Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) и Институт инженерии и технологий (IET, ранее IEE).

Инженеры -электрики работают в очень широком спектре отраслей, и требуемые навыки также являются переменными. Они варьируются от теории схем до навыков управления менеджером проекта . Инструменты и оборудование, которые может понадобиться отдельному инженеру, имеют одинаковую переменную, начиная от простого вольтметра до сложного программного обеспечения для проектирования и производства.

История

Основная статья: История электротехники

Электричество было предметом научного интереса, по крайней мере, с начала 17 -го века. Уильям Гилберт был выдающимся ранним ученым -электриком и был первым, кто провел четкое различие между магнетизмом и статическим электричеством . Ему приписывают установление термина «электричество». Он также разработал Versorium : устройство, которое обнаруживает наличие статически заряженных объектов. В 1762 году шведский профессор Йохан Уилке изобрел устройство, позже названное электрофорусом , которое создало статический электрический заряд. К 1800 году Alessandro Volta разработала Voltaic Pule , предшественник электрической батареи.

19 -й век

Открытия Майкла Фарадея сформировали основу электроэнергетической технологии.

В 19 веке исследования по этому вопросу начали усиливаться. Примечательные события в этом столетии включают в себя работу Ганса Кристиана Эрстеда , который обнаружил в 1820 году, что электрический ток производит магнитное поле, которое отклонит иглу компаса; Уильяма Осетрина , который в 1825 году изобрел электромагнит ; Джозефа Генри и Эдварда Дэви , которые изобрели электрическую эстафету в 1835 году; Георг Ом , который в 1827 году определил количественно взаимосвязь между электрическим током и разностью потенциалов в проводнике ; Майкла Фарадея , открытия электромагнитной индукции в 1831 году; и клерка Джеймса Максвелла , который в 1873 году опубликовал единую теорию электричества и магнетизма в своем трактате Электричество и магнетизм .

В 1782 году Georges-Louis Le Sage разработал и представлен в Берлине, вероятно, первая в мире форма электрической телеграфии , используя 24 разных провода, по одному для каждой буквы алфавита. Этот телеграф соединил две комнаты. Это был электростатический телеграф, который перемещал лист золота через электрическую проводимость.

В 1795 году Франсиско Сальва Кампильо предложила электростатическую телеграфную систему. В период с 1803 по 1804 год он работал над электрической телеграфией, а в 1804 году он представил свой отчет в Королевской академии естественных наук и искусства Барселоны. Электролитная телеграфная система Salva была очень инновационной, хотя в 1800 году на нее сильно повлияло два открытия, сделанные в Европе - электрическая батарея Арессандро Вольты для создания электрического тока, а также Уильяма Николсона и электролиза воды Энтони Карлайла. Электрическая телеграфия может считаться первым примером электротехники. Электротехника стала профессией в более позднем 19 веке. Практикующие создали глобальную сеть электрической телеграфной сети, и первые профессиональные инженерные инженерные учреждения были основаны в Великобритании и США для поддержки новой дисциплины. Фрэнсис Рональдс создал электрическую телеграфную систему в 1816 году и задокументировал свое видение того, как мир может быть преобразован электричеством. Более 50 лет спустя он присоединился к новому обществу инженеров телеграфия (вскоре будет переименован в институт инженеров -электриков ), где его считали первыми из их когорты. К концу 19-го века мир навсегда изменился из-за быстрого общения, ставшего возможным благодаря инженерному развитию земель, подводных кабелей и примерно с 1890 года, беспроводной телеграфии .

Практические приложения и достижения в таких областях создали растущую потребность в стандартизированных единицах измерения . Они привели к международной стандартизации подразделений Volt , Ampere , Coulomb , Ohm , Farad и Henry . Это было достигнуто на международной конференции в Чикаго в 1893 году. Публикация этих стандартов стала основой будущих достижений в стандартизации в различных отраслях, и во многих странах определения были немедленно признаны в соответствующем законодательстве.

В течение этих лет изучение электричества в значительной степени считалось подполе физики, поскольку ранняя электрическая технология считалось электромеханическим по своему характеру. Technische Universität Darmstadt основал первый в мире департамент электротехники в 1882 году и представил курс первой степени по электротехнике в 1883 году. Первая программа по электротехнике в Соединенных Штатах была начата в Массачусетском технологическом институте (MIT) в физическом отделе под руководством профессора Чарльза Кросса, Хотя это был Корнелльский университет , чтобы произвести первых в мире выпускников электротехники в 1885 году. Первый курс по электротехнике был преподан в 1883 году в Колледже машиностроения и механических искусств в Корнелле .

Примерно в 1885 году президент Корнелла Эндрю Диксон Уайт основал первый департамент электротехники в Соединенных Штатах. В том же году Университетский колледж Лондон основал первого председателя электротехники в Великобритании. Профессор Менделл П. Вайнбах из Университета Миссури основал департамент электротехники в 1886 году. После этого университеты и технологические институты постепенно начали предлагать программы электротехники своим студентам по всему миру.

В течение этих десятилетий использование электротехники резко возросло. В 1882 году Томас Эдисон включил первую в мире крупномасштабную сеть электроэнергии, которая предоставила 110 вольт- постоянный ток (DC)-на 59 клиентов на острове Манхэттен в Нью-Йорке. В 1884 году сэр Чарльз Парсонс изобрел паровую турбину, позволяющую более эффективно выработать электроэнергию. Чередовый ток , с его способностью передавать власть более эффективно на большие расстояния с помощью использования трансформаторов , быстро развивающихся в 1880 -х и 1890 -х годах с конструкциями трансформаторов Кароли Зипернауски , Отта Гулда и Микса Дери (позже называется Zbd Transformers), Лусин Гулард, Джон и Микса Дери (позже называемый ZBD), Лусин Гулард, Джон и Микса Дери (позже называется ZBD), Лусиен Гулард , Джон. Dixon Gibbs и William Stanley Jr. Практические AC моторные моторные конструкции , включая индукционные двигатели, были независимо изобретены Галилео Феррарисом и Николой Теслой , а также превратились в практическую трехфазную форму Михаил Доливо-Добролски и Чарльз Эуген Ланселот Браун . Чарльз Стейнмец и Оливер Хайвисид внесли свой вклад в теоретическую основу чередующегося текущего инженера. Распространение в использовании AC, отправленного в Соединенных Штатах, как называлось « Война токов» между системой AC, поддерживаемой Джорджем Вестхаусом , и системой энергетики Томаса Эдисона, при этом AC принят в качестве общего стандарта.

Начало 20 -го века

Гульилмо Маркони , известный своей новаторской работой по радиопродаке на большие расстояния

Во время развития радио многие ученые и изобретатели внесли свой вклад в радиотехнологию и электронику. Математическая работа клерка Джеймса Максвелла в 1850 -х годах показала взаимосвязь различных форм электромагнитного излучения , включая возможность невидимых воздушных волн (позже называемых «радиоволны»). В своих классических физических экспериментах 1888 года Генрих Херц доказал теорию Максвелла, передавая радиоволн с помощью передатчика с искра и обнаружил их с помощью простых электрических устройств. Другие физики экспериментировали с этими новыми волнами и в процессе разработали устройства для передачи и их обнаружения. В 1895 году Гульельмо Маркони начал работать над способом адаптации известных методов передачи и обнаружения этих «герццовских волн» в целенаправленную коммерческую беспроводную телеграфную систему. В начале он послал беспроводные сигналы на расстоянии от полутора миль. В декабре 1901 года он послал беспроводные волны, которые не пострадали от кривизны земли. Позже Маркони передал беспроводные сигналы через Атлантику между Польдху, Корнуолл и Сент -Джонс, Ньюфаундленд , расстояние 2100 миль (3400 км).

Связь миллиметровой волны была впервые исследована Джагадиш Чандрой Бозе в 1894–1896 годах, когда он достиг чрезвычайно высокой частоты до 60   ГГц в своих экспериментах. Он также представил использование полупроводниковых соединений для обнаружения радиоволн, Когда он запатентовал радиоемристальный детектор в 1901 году.

В 1897 году Карл Фердинанд Браун представил катодную трубку в рамках осциллографа , что является важнейшей технологией для электронного телевидения . Джон Флеминг изобрел первую радиопробивную трубку, диод , в 1904 году. Два года спустя Роберт фон Либен и Ли де Форест независимо разработали трубку усилителя, называемую Триодом .

В 1920 году Альберт Халл разработал магнетрон , который в конечном итоге приведет к развитию микроволновой печи в 1946 году Перси Спенсером . В 1934 году британские военные начали добиваться успеха в отношении радара (который также использует магнетрон) под руководством доктора Вимпериса, кульминацией которого стал эксплуатация первой радиолокационной станции в Баудси в августе 1936 года.

В 1941 году Konrad Zuse представила Z3 , первый в мире полностью функциональный и программируемый компьютер с использованием электромеханических деталей. В 1943 году Томми Флауэрс разработал и построил Колосс , первый в мире полностью функциональный, электронный, цифровой и программируемый компьютер. В 1946 году последовали ENIAC (электронный числовой интегратор и компьютер) Джона Преспера Экерта и Джона Маухли , начав вычислительную эру. Арифметические характеристики этих машин позволили инженерам разработать совершенно новые технологии и достичь новых целей.

В 1948 году Клод Шеннон опубликовал «Математическую теорию общения», которая математически описывает прохождение информации с неопределенностью ( электрический шум ).

Твердотельная электроника

См. Также: История электронной техники , история транзистора , изобретение интегрированной схемы , МОСФЕТА и твердотельной электроники

Реплика первого рабочего транзистора , точечного транзистора

Полевой транзистор с металлом-оксидом-символом-эемиканистом (MOSFET), основной строительный блок современной электроники

Первым работающим транзистором был точечный транзистор, изобретенный Джоном Бардином и Уолтером Хаузером Браттейном, работая под руководством Уильяма Шокли в The Bell Telephone Laboratories (BTL) в 1947 году. Затем они изобрели транзистор биполярного соединения в 1948 году. В то время как ранние перекрестки транзисторы были относительно громоздкими устройствами, которые трудно производить на основе массового производства , Они открыли дверь для более компактных устройств.

Первыми интегрированными цепи были гибридная интегрированная схема, изобретенная Джеком Килби в Texas Instruments в 1958 году, и монолитная интегрированная цепь схемы, изобретенная Робертом Нойсом в полупроводнике Fairchild в 1959 году.

МОСФЕТ Мохамедом (металлический транзистор-эффект, транзистор, или транзистор MOS), был изобретен Аталлой и Давоном Кангом в BTL в 1959 году. Это был первый по-настоящему компактный транзистор, который мог быть миниатюрным и продуцированным для широкого спектра использования. Он произвел революцию в электронике , Стать наиболее широко используемым электронным устройством в мире.

MOSFET позволил создавать интегрированные чипы цепи высокой плотности . Самый ранний экспериментальный чип MOS IC был построен Фредом Хейманом и Стивеном Хофштейном в RCA Laboratories в 1962 году. Технология MOS позволила законодательству Мура , удвоение транзисторов на чипе IC каждые два года, предсказанный Гордоном Мур в 1965 году. Технология MOS -кремния была разработана Federico Faggin в Fairchild в 1968 году. С тех пор MOSFET был основным строительным блоком современной электроники. С тех пор массовое производство кремниевых мусфетов и интегрированных микросхем MOS, наряду с непрерывной миниатюризацией масштабирования МОСФЕТА в экспоненциальных темпах (как предсказано законом Мура ), с тех пор привело к революционным изменениям в технологии, экономике, культуре и мышлении.

Программа Аполлона , завершившаяся в приземлении астронавтов на Луне с Аполлоном 11 в 1969 году, была включена внедрением НАСА по достижениям в области полупроводниковых электронных технологий , включая МОПЕТЫ в межпланетной платформе мониторинга (IMP) и кремниевые интегрированные чипсы схемы в компьютерном компьютере Apollo (AGC).

Разработка технологии интегрированной схемы MOS в 1960 -х годах привела к изобретению микропроцессора в начале 1970 -х годов. Первым одноцмерным микропроцессором был Intel 4004 , выпущенный в 1971 году. Intel 4004 был спроектирован и реализован Федерико Фаггином в Intel с его технологией MOS кремниевого ворота, Наряду с Марциан Хофф и Стэнли Мазором и Масатоши Шимой из Stanley Mazor и Busicom. Микропроцессор привел к разработке микрокомпьютеров и персональных компьютеров, а также революции микрокомпьютера .

Подполя

Одним из свойств электроэнергии является то, что он очень полезен для передачи энергии, а также для передачи информации. Это были также первые области, в которых была разработана электротехника. Сегодня электротехника имеет много субдисциплин, наиболее распространенных из которых перечислены ниже. Хотя есть инженеры -электрики, которые фокусируются исключительно на одном из этих субдисциплин, многие имеют дело с их сочетанием. Иногда некоторые области, такие как электронная инженерия и компьютерная инженерия , считаются дисциплинами сами по себе.

Власть и энергия

Основные статьи: энергетическая и энергетическая инженерия

Вершина силового шеста

Power & Energy Engineering связано с генерацией , передачей и распределением электроэнергии, а также с проектированием ряда связанных устройств. К ним относятся трансформаторы , электрические генераторы , электродвигатели , инженерия высокого напряжения и электроника . Во многих регионах мира правительства поддерживают электрическую сеть, называемую силовой сеткой , которая соединяет различные генераторы вместе с пользователями своей энергии. Пользователи приобретают электрическую энергию в сети, избегая дорогостоящих упражнений, чтобы генерировать свою собственную. Инженеры -энергетики могут работать над проектированием и обслуживанием энергосистемы, а также подключаемыми к ней систем питания. Такие системы вызываются на сетке и могут обеспечить сетку дополнительной мощностью, вытянуть мощность из сетки или делать оба. Инженеры-энергетики также могут работать над системами, которые не подключаются к сети, выпускаемые автономные энергосистемы, которые в некоторых случаях предпочтительны для систем на сетке.

Телекоммуникации

Основная статья: Телекоммуникационная инженерия

Спутниковые блюда являются важнейшим компонентом в анализе спутниковой информации.

Телекоммуникационная инженерия фокусируется на передаче информации через канал связи , такой как коаксиальный кабель , оптическое волокно или свободное пространство . Передача в свободном пространстве требует, чтобы информация была кодирована в сигнале носителя для сдвига информации на частоту носителя, подходящую для передачи; Это известно как модуляция . Популярные методы аналоговой модуляции включают амплитудную модуляцию и частотную модуляцию . Выбор модуляции влияет на стоимость и производительность системы, и инженер должен тщательно сбалансировать эти два фактора.

После определения характеристик передачи системы, инженеры телекоммуникации разрабатывают передатчики и приемники, необходимые для таких систем. Эти два иногда объединяются, чтобы сформировать двухстороннее устройство связи, известное как трансивер . Ключевым соображением в проектировании передатчиков является их энергопотребление , так как это тесно связано с их силой сигнала . Как правило, если мощность передаваемого сигнала недостаточна, когда сигнал прибывает на антенну (ы) приемника, информация, содержащаяся в сигнале, будет повреждена шумом , специально статичным.

Управление инженерией

Основные статьи: управления и контроля Теория

Системы управления играют важную роль в космическом полете .

Control Engineering фокусируется на моделировании разнообразных динамических систем и проектировании контроллеров , которые заставляют эти системы вести себя желательно. Для реализации таких контроллеров инженеры управления электроникой могут использовать электронные схемы , процессоры цифровых сигналов , микроконтроллеры и программируемые логические контроллеры (ПЛК). Control Engineering имеет широкий спектр применений от систем полета и двигателя коммерческих авиалайнеров до круиз -контроля, присутствующего во многих современных автомобилях . Это также играет важную роль в промышленной автоматизации .

Инженеры управления часто используют обратную связь при разработке систем управления . Например, в автомобиле с круиз -контролем транспортного средства скорость непрерывно контролируется и возвращается обратно в систему, которая соответственно регулирует двигателя мощность . Там, где есть регулярная обратная связь, теория управления может использоваться для определения того, как система реагирует на такую ​​обратную связь.

Инженеры управления также работают в робототехнике для разработки автономных систем, используя алгоритмы управления, которые интерпретируют сенсорную обратную связь по управлению приводами, которые перемещают роботов, такие как автономные транспортные средства , автономные беспилотники и другие, используемые в различных отраслях промышленности.

Электроника

Основная статья: электронная инженерия

Электронные компоненты

Электронная инженерия включает в себя проектирование и тестирование электронных цепей , которые используют свойства компонентов, таких как резисторы , конденсаторы , индукторы , диоды и транзисторы для достижения определенной функциональности. , Настроенная схема которая позволяет пользователю радиофильтрования все , кроме одной станции, является лишь одним из примеров такой схемы. Другим примером для исследований является кондиционер пневматического сигнала.

До Второй мировой войны субъект был широко известен как радиоинженерия и в основном был ограничен аспектами коммуникаций и радара , коммерческого радио и раннего телевидения . Позже, в послевоенные годы, когда потребительские устройства стали разрабатывать, поле стало включать в себя современное телевидение, аудиосистемы, компьютеры и микропроцессоры . В середине до конца 1950-х годов термин радиоинженерия постепенно уступило место названию Electronic Engineering .

Перед изобретением интегрированной схемы в 1959 году, Электронные схемы были построены из дискретных компонентов, которыми могли манипулировать люди. Эти дискретные цепи потребляли много места и мощности и были ограничены в скорости, хотя они все еще распространены в некоторых приложениях. Напротив, интегрированные цепи упаковали большое количество - часто миллионы - крошечных электрических компонентов, в основном транзисторов , в маленький чип вокруг размера монеты . Это позволило для мощных компьютеров и других электронных устройств, которые мы видим сегодня.

Микроэлектроника и наноэлектроника

Основные статьи: микроэлектроника , наноэлектроника и дизайн чипов

Микропроцессор

Microelectronics Engineering имеет дело с проектированием и микрофонией очень небольших компонентов электронных цепей для использования в интегрированной цепи или иногда для самостоятельного использования в качестве общего электронного компонента. Наиболее распространенными микроэлектронными компонентами являются полупроводниковые транзисторы , хотя все основные электронные компоненты ( резисторы , конденсаторы и т. Д.) Могут быть созданы на микроскопическом уровне.

Наноэлектроника - это дальнейшее масштабирование устройств до уровня нанометра . Современные устройства уже находятся в режиме нанометра, примерно с 2002 года обработка ниже 100 нм была стандартной.

Микроэлектронные компоненты создаются химически изготовленными пластинами полупроводников, таких как кремний (на более высоких частотах, составные полупроводники, такие как арсенид галлия и фосфид индейского), для получения желаемого переноса электронного заряда и контроля тока. Область микроэлектроники включает в себя значительное количество химии и науки о материалах и требует, чтобы электронный инженер работал в этой области, чтобы иметь очень хорошие знания о воздействии квантовой механики .

Обработка сигнала

Основная статья: обработка сигнала

Фильтр Bayer на ПЗС требует обработки сигналов для получения красного, зеленого и синего значения на каждом пикселе.

Обработка сигнала посвящена анализу и манипулированию сигналами . Сигналы могут быть либо аналоговыми , и в этом случае сигнал непрерывно варьируется в зависимости от информации, либо цифровой , и в этом случае сигнал варьируется в зависимости от ряда дискретных значений, представляющих информацию. Для аналоговых сигналов обработка сигналов может включать усиление и фильтрацию аудиосигналов для аудиооборудования или модуляции и демодуляции сигналов для телекоммуникаций. Для цифровых сигналов обработка сигналов может включать в себя сжатие , обнаружение ошибок и коррекцию ошибок сигналов дискретизации в цифровом виде.

Обработка сигнала является очень математически ориентированной и интенсивной областью, формирующей ядро ​​цифровых сигналов , и она быстро расширяется с новыми приложениями во всех областях электротехники, таких как коммуникации, управление, радар, аудиоинженерия , трансляция , электроника и биомедика. Инженерная техника , как многие уже существующие аналоговые системы заменяются своими цифровыми аналогами. Обработка аналогового сигнала по -прежнему важна при разработке многих систем управления .

Процессор DSP ICS встречаются во многих типах современных электронных устройств, таких как наборы цифрового телевидения , Radios, Hi-Fi Audio Equipment, мобильные телефоны, мультимедийные игроки , видеокамер и цифровые камеры, системы управления автомобилем, наушники с отменой шума цифрового , анализаторы спектра , системы управления ракет, радиолокационные системы и системы телематики . В таких продуктах DSP может нести ответственность за снижение шума , распознавание речи или синтез , кодирование или декодирование цифровых носителей, беспроводной передачи или получения данных, триангулирующих позиций с использованием GPS и других видов обработки изображений , обработки видео , обработки аудио и речевых Полем

Приборы

Основная статья: Инжиниринг инструментов

Летные инструменты предоставляют пилотам инструменты для аналитического управления самолетами.

Инженерные измерительные приборы имеют дело с конструкцией устройств для измерения физических величин, таких как давление , поток и температура. Дизайн таких инструментов требует хорошего понимания физики , которое часто выходит за рамки электромагнитной теории . Например, летные приборы измеряют такие переменные, как скорость ветра и высота, чтобы позволить пилотам аналитически контроль самолетов. Аналогичным образом, термопары используют эффект пельтье-смесь, чтобы измерить разницу температуры между двумя точками.

Часто инструментарии само по себе используются, а в качестве датчиков более крупных электрических систем. Например, термопару может быть использована для обеспечения того, чтобы температура печи оставалась постоянной. По этой причине инженерия приборов часто рассматривается как аналог контроля.

Компьютеры

Основная статья: компьютерная инженерия

Суперкомпьютеры используются в таких разнообразных областях, как вычислительная биология и географические информационные системы .

Компьютерная инженерия имеет дело с проектированием компьютеров и компьютерных систем . Это может включать дизайн нового оборудования . Компьютерные инженеры также могут работать над программным обеспечением системы. Тем не менее, проектирование сложных программных систем часто является доменом разработки программного обеспечения, которая обычно считается отдельной дисциплиной. Настольные компьютеры представляют собой крошечную долю устройств, над которыми может работать компьютерный инженер, так как компьютерные архитектуры теперь встречаются в различных встроенных устройствах, включая консоли видеоигр и DVD-игроки . Компьютерные инженеры участвуют во многих аппаратных и программных аспектах вычислений. Роботы являются одним из приложений компьютерной инженерии.

Фотоника и оптика

Основные статьи: фотоника и оптика

Фотония и оптика связаны с генерацией, передачей, амплификацией, модуляцией, обнаружением и анализом электромагнитного излучения . Применение оптики посвящено проектированию оптических инструментов, таких как линзы , микроскопы , телескопы и другое оборудование, которое использует свойства электромагнитного излучения. Другие заметные применения оптики включают электрооптические датчики и системы измерений, лазеры , оптоволоконные системы связи и системы оптических дисков (например, CD и DVD). Photonics в значительной степени опирается на оптическую технологию, дополненную современными разработками, такими как оптоэлектроника (в основном с участием полупроводников ), лазерные системы, оптические усилители и новые материалы (например, метаматериалы ).

Связанные дисциплины

Bird VIP -детская вентилятор

Mechatronics - это инженерная дисциплина, которая занимается конвергенцией электрических и механических систем. Такие комбинированные системы известны как электромеханические системы и имеют широкое распространение. Примеры включают автоматические производственные системы , системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха , и различные подсистемы самолетов и автомобилей . Дизайн электронных систем является предметом в области электротехники, которая занимается междисциплинарными проблемами проектирования сложных электрических и механических систем.

Термин «Мехатроника» обычно используется для обозначения макроскопических систем, но футуристы предсказывают появление очень мелких электромеханических устройств. Уже такие небольшие устройства, известные как микроэлектромеханические системы (MEMS), используются в автомобилях, чтобы сообщить подушки безопасности , когда развертывание, В цифровых проекторах для создания более четких изображений и в струйных принтерах для создания форсунок для печати с высокой четкой. В будущем есть надежда, что устройства помогут создать крошечные имплантируемые медицинские устройства и улучшить оптическую связь .

В аэрокосмической инженерии и робототехнике пример - самое последнее электрическое движение и ионное движение.

Образование

Основная статья: Образование и обучение инженеров по электротехнике и электронике

Осциллограф

Инженеры -электрики обычно имеют академическую степень с специалистом по электротехнике, электронике, технологии электротехники , технологии, технологии электротехники , или электрическая и электронная инженерия. Те же основные принципы преподаются во всех программах, хотя акцент может варьироваться в зависимости от названия. Продолжительность исследования для такой степени обычно составляет четыре или пять лет, и полученная степень может быть обозначена как бакалавр наук в области электротехнических/электроники, бакалавр инженерии , бакалавр наук, бакалавр технологий или бакалавр прикладной науки. , в зависимости от университета. как Степень бакалавра, правило, включает в себя единицы, охватывающие физику , математику, компьютерную науку , управление проектами и различные темы в области электротехники . Первоначально такие темы охватывают большинство, если не все, из субдисциплинков электротехники. В некоторых школах ученики могут затем выбрать подчеркнуть одну или несколько субдисциплин в конце их курсов обучения.

Пример схема , которая полезна при конструкции цепи и устранении неполадок

Во многих школах электронная инженерия включена как часть электрической награды, иногда явно, такой как бакалавр инженерии (электрический и электронный), но в других электрические и электронные инженерии считаются достаточно широкими и сложными, которые отдельными градусами предлагаются.

Некоторые инженеры -электрики предпочитают учиться для аспирантуры, такой как магистр инженерии /Магистр наук (Meng /MSC), магистр инженерного управления , доктор философии (PhD) в области инженерии, докторскую степень инженерии (Eng.D. ), или степень инженера . Степень магистра и инженера может состоять из исследований, курсовой работы или смеси двух. Доктор философии и инженерных докторских степеней состоят из значительного исследовательского компонента и часто рассматривается как точка входа в академические круги . В Соединенном Королевстве и в некоторых других европейских странах магистр инженерии часто считается степенью бакалавриата немного дольше, чем бакалавр инженерии, а не отдельная степень в аспирантуре.

Профессиональная практика

Бельгийские инженеры -электрики осматривают ротор турбины 40 000 киловатт компании General Electric в Нью -Йорке

В большинстве стран степень бакалавра в области инженерии представляет собой первый шаг к профессиональному сертификации , а сама программа степени сертифицирована профессиональным органом . После завершения сертифицированной программы получения инженер должен удовлетворить ряд требований (включая требования к опыту работы), прежде чем быть сертифицированным. После сертификата инженер назначен звание профессионального инженера (в Соединенных Штатах, Канаде и Южной Африке), дипломированного инженера или инженера -инженера (в Индии, Пакистане, Великобритании, Ирландии и Зимбабве ), чартерного профессионального инженера (в Австралии и и Новая Зеландия) или европейский инженер (в большей части Европейского Союза ).

Корпоративный офис IEEE находится на 17 -м этаже 3 Парк -авеню в Нью -Йорке.

Преимущества лицензии варьируются в зависимости от местоположения. Например, в Соединенных Штатах и ​​Канаде «только лицензированный инженер может запечатать инженерные работы для государственных и частных клиентов». Это требование обеспечивается государственным и провинциальным законодательством, таким как . Закон Инженеров Квебека В других странах такого законодательства не существует. Практически все сертифицирующие органы поддерживают этический кодекс , который они ожидают, что все участники будут соблюдать или изгнать риску. Таким образом, эти организации играют важную роль в поддержании этических стандартов для профессии. Даже в юрисдикциях, где сертификация практически не имеет юридического уровня на работе, инженеры подлежат контракту . В тех случаях, когда работа инженера терпит неудачу, он или она может подвергаться деликту небрежности и, в крайних случаях, обвинение в преступной халатности . Работа инженера также должна соблюдать многочисленные другие правила и правила, такие как строительные нормы и правила и законодательство, касающиеся экологического права .

Профессиональные органы для инженеров -электриков включают Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) и Институт техники и технологий (IET). IEEE утверждает, что производит 30% мировой литературы по электротехнике, насчитывает более 360 000 членов по всему миру и ежегодно проходит более 3000 конференций. IET публикует 21 журнал, содержит мировое членство более 150 000 человек, и утверждается, что является крупнейшим профессиональным инженерным обществом в Европе. Уфиновение технических навыков является серьезной проблемой для инженеров -электриков. Членство и участие в технических обществах, регулярные обзоры периодических изданий в этой области и привычка дальнейшего обучения, поэтому важны для поддержания мастерства. MIET (член Института инженерии и технологий) признан в Европе как инженер -электрический и компьютерный (технологический).

В Австралии, Канаде и Соединенных Штатах инженеры -электрики составляют около 0,25% рабочей силы.

Инструменты и работа

От глобальной системы позиционирования до электрической электроэнергии инженеры -электрики способствовали разработке широкого спектра технологий. Они разрабатывают, разрабатывают, тестируют и контролируют развертывание электрооборудования и электронных устройств. Например, они могут работать над проектированием телекоммуникационных систем, эксплуатации электростанций , освещения и проводки зданий, проектирования бытовых приборов или электрического контроля промышленного механизма.

Спутниковая связь типична для того, над чем работают инженеры -электрики.

Фундаментальным для дисциплины являются науки о физике и математике, поскольку они помогают получить как качественное , так и количественное описание того, как будут работать такие системы. Сегодня большая часть инженерных работ включает в себя использование компьютеров является обычным явлением использовать программы компьютерных проектов , и при разработке электромонтажных систем . Тем не менее, способность зарисовать идеи по -прежнему неоценима для быстрого общения с другими.

Система рук теневого робота

Хотя большинство инженеров -электриков поймут основную теорию цепи (то есть взаимодействие таких элементов, как резисторы , конденсаторы , диоды , транзисторы и индукторы в схеме), теории, используемые инженерами, обычно зависят от работы, которую они выполняют. Например, квантовая механика и физика твердотельного состояния могут иметь отношение к инженеру, работающему над VLSI (проектирование интегрированных цепей), но в значительной степени не относятся к инженерам, работающим с макроскопическими электрическими системами. Даже теория схем может не иметь отношения к человеку, разрабатывающему телекоммуникационные системы, которые используют готовые компоненты. Возможно, наиболее важные технические навыки для инженеров -электриков отражаются в университетских программах, которые подчеркивают сильные численные навыки , компьютерную грамотность и способность понимать технический язык и концепции , которые относятся к электротехнике.

Лазер , прыгающий с акрилового стержня, иллюстрируя общее внутреннее отражение света в многомодовом оптическом волокне

Широкий диапазон инструментов используется инженерами -электриками. Для простых цепей управления и сигналов тревоги может быть достаточно основного мультиметра измерительного напряжения , тока и сопротивления . Там, где необходимо изучить временные сигналы, осциллограф также является повсеместным инструментом. В РЧ -инженерных и высокочастотных телекоммуникациях анализаторы спектра и сетевые анализаторы используются . В некоторых дисциплинах безопасность может быть особой проблемой с инструментами. Например, дизайнеры медицинской электроники должны учитывать, что гораздо более низкие напряжения, чем обычно, могут быть опасными, когда электроды находятся непосредственно в контакте с внутренними жидкостями тела. Инженерная инженерия передачи электроэнергии также имеет большие проблемы с безопасностью из -за высоких напряжений; Хотя Voltmeters в принципе могут быть похожи на их эквиваленты низкого напряжения, проблемы безопасности и калибровки делают их очень разными. Многие дисциплины электротехники используют тесты, специфичные для их дисциплины. Инженеры аудиоэлектроники используют аудио -тестовые наборы , состоящие из генератора сигналов и измерителя, главным образом для измерения уровня, но также и других параметров, таких как гармонические искажения и шум . Аналогичным образом, информационные технологии имеют свои собственные тестовые наборы, часто специфичные для конкретного формата данных, и то же самое относится и к телевизионному вещанию.

Радом на авиабазе Мисава Мисава Центр безопасности, Мисава, Япония

Для многих инженеров техническая работа учитывает лишь часть работы, которую они выполняют. Много времени также может быть потрачено на такие задачи, как обсуждение предложений с клиентами, подготовка бюджетов и определение графиков проектов . Многие старшие инженеры управляют командой техников или других инженеров, и по этой причине управления проектами важны навыки . Поэтому большинство инженерных проектов включают в себя некоторую форму документации, и сильные письменные навыки общения очень важны.

Рабочие места инженеров так же разнообразны, как и типы работы, которые они выполняют. Инженеры -электрики могут быть найдены в нетронутой лабораторной среде на заводе на борту на борту военно -морского корабля , офисах консалтинговой фирмы или на месте на шахте. В течение своей трудовой жизни инженеры -электрики могут оказаться контролем широкого спектра людей, включая ученых, электриков , программистов и других инженеров.

Электротехника имеет интимные отношения с физическими науками. Например, физик лорд Кельвин сыграл важную роль в разработке первого трансатлантического телеграфного кабеля . И наоборот, инженер Оливер Хайвисид проработал основную работу по математике передачи на телеграфных кабелях. Инженеры -электрики часто требуются в крупных научных проектах. Например, крупные акселераторы частиц, такие как CERN, нуждаются в инженерах -электриках, чтобы справиться со многими аспектами проекта, включая распределение мощности, инструменты, а также производство и установку сверхпроводящих электромагнитов .

Смотрите также

• Барнакл (сленг)
• Сравнение программного обеспечения EDA
• Электрический технолог
• Электронная автоматизация дизайна
• Глоссарий электрического и электроники
• Индекс статей электротехники
• Информационная инженерия
• Международная электротехническая комиссия (МЭК)
• Список инженеров -электриков
• Список инженерных филиалов
• Список компаний по производству механических, электронных оборудования по доходам
• Список русских инженеров -электриков
• Занятия в области электротехники/электроники
• Схема электротехники
• Временная шкала электрической и электронной техники

Ссылки

Библиография

• Абрамсон, Альберт (1955). Электронные кинофильмы: история телевизионной камеры . Калифорнийский университет.
• Åström, KJ; Мюррей, RM (2021). Системы обратной связи: введение для ученых и инженеров, второе издание . ПРИЗНАЯ УНИВЕРСИТЕТА ПРИСЕТА . п. 108. ISBN  978-0-691-21347-7 .
• Bayoumi, Magdy A.; Сварцлендер, Эрл Э. младший (31 октября 1994 г.). Технология обработки сигналов VLSI . Спрингер. ISBN  978-0-7923-9490-7 .
• Бхушан, Бхарат (1997). Микро/нанотрибология и ее применение . Спрингер. ISBN  978-0-7923-4386-8 .
• Бисселл, Крис (25 июля 1996 г.). Инженерное управление, 2 -е издание . CRC Press. ISBN  978-0-412-57710-9 .
• Чандрасекхар, Томас (1 декабря 2006 г.). Аналоговое общение (JNTU) . Tata McGraw-Hill Education. ISBN  978-0-07-064770-1 .
• Chaturvedi, Pradeep (1997). Устойчивое энергоснабжение в Азии: Материалы Международной конференции, Asia Energy Vision 2020, организованное Индийским комитетом -членом, Всемирным энергетическим советом в рамках Института инженеров (Индия), в течение 15–17 ноября 1996 года в Нью -Дели . Концептуальная издательская компания. ISBN  978-81-7022-631-4 .
• Доддс, Кристофер; Кумар, Чандра; Возвращение, Бернадетт (март 2014 г.). Оксфордский учебник анестезии для пожилого пациента . Издательство Оксфордского университета. ISBN  978-0-19-960499-9 .
• Фэйрман, Фредерик Уокер (11 июня 1998 года). Линейная теория управления: подход космоса состояния . Джон Уайли и сыновья. ISBN  978-0-471-97489-5 .
• Fredlund, DG; Rahardjo, H.; Fredlund, MD (30 июля 2012 г.). Ненасыщенная почвенная механика в инженерной практике . Уайли. ISBN  978-1-118-28050-8 .
• Грант, Малкольм Алистер; Бикли, Пол Ф. (1 апреля 2011 г.). Геотермальное водохранилище . Академическая пресса. ISBN  978-0-12-383881-0 .
• Григсби, Леонард Л. (16 мая 2012 г.). Электроэнергетическая выработка, передача и распределение, третье издание . CRC Press. ISBN  978-1-4398-5628-4 .
• Heertje, Арнольд; Перлман, Марк (1990). Развивающиеся технологии и структура рынка: исследования в области экономики Шумпетериан . Университет Мичиганской прессы. ISBN  978-0-472-10192-4 .
• Хуурдеман, Антон А. (31 июля 2003 г.). Всемирная история телекоммуникаций . Джон Уайли и сыновья. ISBN  978-0-471-20505-0 .
• Iga, Kenichihi; Кокуно, Яуо (12 декабря 2010 г.). Энциклопедический справочник интегрированной оптики CRC Press. ISBN  978-1-4200-2781-5 .
• Джалот, Панкадж (31 января 2006 г.). Интегрированный подход к разработке программного обеспечения . Спрингер. ISBN  978-0-387-28132-2 .
• Ханна, Винод Кумар (1 января 2009 г.). Цифровая обработка сигнала . С. Чанд. ISBN  978-81-219-3095-6 .
• Ламбурн, Роберт Дж.А. (1 июня 2010 г.). Относительность, гравитация и космология . Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-13138-4 .
• Leitgeb, Норберт (6 мая 2010 г.). Безопасность электромаедицинских устройств: Закон - Риски - Возможности . Спрингер. ISBN  978-3-211-99683-6 .
• Леондс, Корнелиус Т. (8 августа 2000 г.). Энергетические и энергетические системы . CRC Press. ISBN  978-90-5699-677-2 .
• Махалик, Nitaigour Premchand (2003). Мехатроника: принципы, концепции и приложения . Tata McGraw-Hill Education. ISBN  978-0-07-048374-3 .
• Малуф, Надим; Уильямс, Кирт (1 января 2004 г.). Введение в микроэлектромеханическую системную технику . Artech House. ISBN  978-1-58053-591-5 .
• Манолакис, Димитрис Г . ; Ингл, Виной К. (21 ноября 2011 г.). Прикладная цифровая обработка сигнала: теория и практика . Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-1-139-49573-8 .
• Мартини Л., "BSCCO-2233 Многослойные проводники", в сверхпроводящих материалах для коллайдеров с высокой энергией , с. 173–181, World Scientific, 2001 ISBN   981-02-4319-7 .
• Martinsen, Orjan G.; Гримнс, Сверре (29 августа 2011 г.). Биоимпеданс и основы биоэлектричества . Академическая пресса. ISBN  978-0-08-056880-5 .
• McDavid, Richard A.; Echaore-McDavid, Сьюзен (1 января 2009 г.). Карьера в инженерии . Infobase Publishing. ISBN  978-1-4381-1070-7 .
• Merhari, Lhadi (3 марта 2009 г.). Гибридные нанокомпозиты для нанотехнологий: электронные, оптические, магнитные и биомедицинские применения . Спрингер. ISBN  978-0-387-30428-1 .
• Мук, Уильям Мойер (2008). Механический отклик общей наноразмерной контактной геометрии . ISBN  978-0-549-46812-7 .
• Найду, См; Камараджу, В. (2009). Инжиниринг высокого напряжения . Tata McGraw-Hill Education. ISBN  978-0-07-066928-4 .
• Обайдат, Мохаммед с.; Денко, Мизо; Вунганг, Исаак (9 июня 2011 г.). Распространенные вычисления и сеть . Джон Уайли и сыновья. ISBN  978-1-119-97043-9 .
• Розенберг, Хаим М. (2008). Америка на ярмарке: Чикагская колумбийская экспозиция в 1893 году . Arcadia Publishing. ISBN  978-0-7385-2521-1 .
• Шмидт, Рудигер, «Акселератор LHC и его проблемы», в Kramer M.; Soler, FJP (Eds), феноменология большого адронного коллайдера , с. 217–250, CRC Press, 2004 ISBN   0-7503-0986-5 .
• Северс, Джеффри; Лейз, Кристофер (24 февраля 2011 г.). Пинчон против дня: искаженное руководство паломника . Lexington Books. ISBN  978-1-61149-065-7 .
• Шетти, Девдас; Колк, Ричард (14 сентября 2010 г.). Дизайн системы мехатроники, SI версия . Cengage Learning. ISBN  978-1-133-16949-9 .
• Смит, Брайан В. (январь 2007 г.). Коммуникационные структуры . Томас Телфорд. ISBN  978-0-7277-3400-6 .
• Салливан, Деннис М. (24 января 2012 г.). Квантовая механика для инженеров -электриков . Джон Уайли и сыновья. ISBN  978-0-470-87409-7 .
• Тейлор, Аллан (2008). Энергетическая промышленность . Infobase Publishing. ISBN  978-1-4381-1069-1 .
• Томпсон, Марк (12 июня 2006 г.). Интуитивно понятная аналоговая схема . Новый. ISBN  978-0-08-047875-3 .
• Тобин, Пол (1 января 2007 г.). Pspice для цифровой коммуникации . Morgan & Claypool Publishers. ISBN  978-1-59829-162-9 .
• Танбридж, Пол (1992). Лорд Кельвин, Его влияние на электрические измерения и подразделения . IET. ISBN  978-0-86341-237-0 .
• Тузлуков, Вячеслав (12 декабря 2010 г.). Шум обработки сигнала . CRC Press. ISBN  978-1-4200-4111-8 .
• Уокер, Дениз (2007). Металлы и неметалы . Братья Эванс. ISBN  978-0-237-53003-7 .
• Уайлдс, Карл Л.; Линдгрен, Нило А. (1 января 1985 г.). Столетие электротехники и информатики в MIT, 1882–1982 . MIT Press. п. 19 ​ ISBN  978-0-262-23119-0 .
• Чжан, Ян; Ху, Хонглин; LUO, Jijun (27 июня 2007 г.). Распределенные антенные системы: открытая архитектура для будущих беспроводных коммуникаций . CRC Press. ISBN  978-1-4200-4289-4 .

Дальнейшее чтение

• Адхами, Реза; Минен, Питер М.; Hite, Denis (2007). Фундаментальные концепции в электрической и компьютерной инженерии с практическими проблемами проектирования . Universal-Publishers. ISBN  978-1-58112-971-7 .
• Бобер, Уильям; Стивенс, Эндрю (27 августа 2012 г.). Численные и аналитические методы с MATLAB для инженеров -электриков . CRC Press. ISBN  978-1-4398-5429-7 .
• Боброу, Леонард С. (1996). Основы электротехники . Издательство Оксфордского университета. ISBN  978-0-19-510509-4 .
• Чен, Вай Кай (16 ноября 2004 г.). Руководство по электротехнике . Академическая пресса. ISBN  978-0-08-047748-0 .
• Ciuprina, G.; Иоан Д. (30 мая 2007 г.). Научные вычисления в электротехнике . Спрингер. ISBN  978-3-540-71980-9 .
• Фария, JA Brandao (15 сентября 2008 г.). Электромагнитные основы электротехники . Джон Уайли и сыновья. ISBN  978-0-470-69748-1 .
• Джонс, Линкольн Д. (июль 2004 г.). Электротехника: проблемы и решения . Dearborn Trade Publishing. ISBN  978-1-4195-2131-7 .
• Каралис, Эдвард (18 сентября 2003 г.). 350 Решенные проблемы электротехники . Dearborn Trade Publishing. ISBN  978-0-7931-8511-5 .
• Кравчик, Андредж; Вак С. (1 января 2002 г.). Электромагнитные поля в электротехнике Ios press. ISBN  978-1-58603-232-6 .
• Лапланте, Филипп А. (31 декабря 1999 г.). Комплексный словарь электротехники . Спрингер. ISBN  978-3-540-64835-2 .
• Леон-Гарсия, Альберто (2008). Вероятность, статистика и случайные процессы для электротехники . Прентис Холл. ISBN  978-0-13-147122-1 .
• Малярический, Роман (2011). Приборы и измерение в электротехнике . Universal-Publishers. ISBN  978-1-61233-500-1 .
• Сахай, Кулдип; Pathak, Shivendra (1 января 2006 г.). Основные понятия электротехники . New Age International. ISBN  978-81-224-1836-1 .
• Сринивас, КН (1 января 2007 г.). Основная электротехника . IK International Pvt Ltd. ISBN  978-81-89866-34-1 .

Внешние ссылки

• Международная электротехническая комиссия (МЭК)
• MIT Opencoursware Archived 26 января 2008 г. На Deplow Machine Machine Machine Of Electrical Engineering-онлайн-курсы с видео-лекциями.
• IEEE Global History Network на основе вики-сайта со многими ресурсами об истории IEEE, ее членов, их профессиях, электрических и информационных технологиях и науках.