Jump to content

Электронная инженерия

Печатная плата

Электронная инженерия — это раздел электротехники , возникший в начале 20 века и отличающийся дополнительным использованием активных компонентов, таких как полупроводниковые устройства, для усиления и управления потоком электрического тока. Раньше в электротехнике использовались только пассивные устройства, такие как механические переключатели, резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы.

Он охватывает такие области, как аналоговая электроника , цифровая электроника , бытовая электроника , встроенные системы и силовая электроника . Он также задействован во многих смежных областях, например, в физике твердого тела , радиотехнике , телекоммуникациях , системах управления , обработке сигналов , системной инженерии , компьютерной инженерии , приборостроении , управлении электроэнергией , фотонике и робототехнике .

Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) — одна из наиболее важных профессиональных организаций инженеров-электронщиков в США; эквивалентным органом в Великобритании является Институт инженерии и технологий (IET). Международная электротехническая комиссия (МЭК) публикует электрические стандарты, в том числе для электронной техники.

История и развитие

[ редактировать ]

Инженерия электроники как профессия возникла после открытия электрона в 1897 году и последующего изобретения вакуумной лампы , которая могла усиливать и исправлять небольшие электрические сигналы, что положило начало области электроники. [ 1 ] Практическое применение началось с изобретения диода Амброузом Флемингом и триода Ли Де Форестом в начале 1900-х годов, что сделало возможным обнаружение небольших электрических напряжений, таких как радиосигналы от радиоантенны, с помощью немеханического устройства. Развитие электроники было быстрым. К началу 1920-х годов коммерческое радиовещание и связь получили широкое распространение, а электронные усилители стали использоваться в таких разнообразных приложениях, как междугородная телефония и индустрия звукозаписи.

Дисциплина еще больше расширилась за счет большого количества разработок электронных систем во время Второй мировой войны , таких как радар и гидролокатор , а также последующей потребительской революции мирного времени, последовавшей за изобретением Уильямом транзистора Шокли , Джоном Бардином и Уолтером Брэттеном .

Специализированные области

[ редактировать ]

Электроника имеет множество подотраслей. В этом разделе описаны некоторые из наиболее популярных.

Электронная обработка сигналов занимается анализом и манипулированием сигналами . Сигналы могут быть либо аналоговыми , и в этом случае сигнал непрерывно меняется в зависимости от информации, либо цифровыми , и в этом случае сигнал изменяется в соответствии с рядом дискретных значений, представляющих информацию.

Для аналоговых сигналов обработка сигналов может включать усиление и фильтрацию аудиосигналов для аудиооборудования, а также модуляцию и демодуляцию радиочастотных сигналов для телекоммуникаций . Для цифровых сигналов обработка сигналов может включать сжатие , проверку ошибок , ошибок обнаружение и коррекцию .

Телекоммуникационная инженерия занимается передачей информации коаксиальный через такую ​​среду, как кабель , оптическое волокно или свободное пространство . передачи через свободное пространство информация должна быть закодирована в несущей волне Для . Это называется модуляцией . Популярные методы аналоговой модуляции включают амплитудную модуляцию и частотную модуляцию .

После определения характеристик передачи системы инженеры связи проектируют передатчики и приемники, необходимые для таких систем. Иногда эти два устройства объединяют, образуя устройство двусторонней связи, известное как трансивер . Ключевым моментом при проектировании передатчиков является их энергопотребление , поскольку оно тесно связано с мощностью их сигнала . Если мощность сигнала передатчика недостаточна, информация сигнала будет искажена шумом .

Авиация электроника и авиационно-телекоммуникационная техника – связаны с аэрокосмическими приложениями. авиационно К инженерам -связи относятся специалисты, работающие с бортовым радиоэлектронным оборудованием самолетов или наземным оборудованием. Специалистам в этой области в основном необходимы знания в области компьютеров , сетей , информационных технологий и датчиков . Эти курсы предлагаются, например, в технологических колледжах гражданской авиации . [ 2 ] [ 3 ]

Техника управления имеет широкий спектр электронных приложений: от пилотажных и двигательных систем коммерческих самолетов до круиз-контроля, присутствующего во многих современных автомобилях . Он также играет важную роль в промышленной автоматизации . Инженеры по управлению часто используют обратную связь при проектировании систем управления .

Приборостроение занимается разработкой устройств для измерения физических величин, таких как давление , расход и температура . Проектирование таких приборов требует хорошего понимания электроники и физики ; например, радары используют эффект Доплера для измерения скорости встречных транспортных средств. Точно так же термопары используют эффект Пельтье-Зебека для измерения разницы температур между двумя точками.

Часто приборы используются не сами по себе, а в качестве датчиков более крупных электрических систем. Например, можно использовать термопару, чтобы обеспечить постоянство температуры печи. По этой причине приборостроение часто рассматривается как аналог техники управления. [ 4 ]

Компьютерная инженерия занимается проектированием компьютеров и компьютерных систем. Это может включать разработку нового компьютерного оборудования , разработку КПК или использование компьютеров для управления промышленным предприятием . Разработка встроенных систем — систем, предназначенных для конкретных задач (например, мобильных телефонов) — также входит в эту область. Эта область включает в себя микроконтроллер и его приложения. системы Компьютерные инженеры также могут работать над программным обеспечением . Однако проектирование сложных программных систем часто является областью разработки программного обеспечения , которая подпадает под информатику , которая обычно считается отдельной дисциплиной.

Проектирование СБИС. СБИС означает очень крупномасштабную интеграцию . Он занимается производством микросхем и различных электронных компонентов. При разработке интегральной схемы инженеры-электронщики сначала создают принципиальные схемы , которые определяют электрические компоненты и описывают взаимосвязи между ними. По завершении инженеры СБИС преобразуют схемы в реальные макеты, на которых отображаются слои различных проводниковых и полупроводниковых материалов, необходимых для построения схемы.

Образование и обучение

[ редактировать ]

Электроника — это подполе более широкого академического предмета электротехники . Инженеры-электронщики обычно имеют ученую степень по специальности «электронная инженерия». Продолжительность обучения для получения такой степени обычно составляет три или четыре года, а полученная степень может быть обозначена как бакалавр инженерных наук , бакалавр наук , бакалавр прикладных наук или бакалавр технологий в зависимости от университета. Многие университеты Великобритании также предлагают степени магистра инженерных наук ( MEng ) на уровне последипломного образования.

Некоторые инженеры-электронщики также предпочитают получить последипломное образование, например, степень магистра наук , доктора философии в области техники или доктора технических наук . Степень магистра вводится в некоторых европейских и американских университетах в качестве первой степени, и дифференциация инженера с аспирантурой и последипломным образованием часто затруднена. В этих случаях учитывается опыт. Степень магистра может состоять из исследования, курсовой работы или их смеси. Доктор философии включает в себя значительный исследовательский компонент и часто рассматривается как точка входа в академические круги.

В большинстве стран степень бакалавра инженерных наук представляет собой первый шаг на пути к сертификации, а сама программа обучения сертифицируется профессиональной организацией. Сертификация позволяет инженерам юридически подписывать планы проектов, влияющих на общественную безопасность. [ 5 ] После завершения сертифицированной программы получения степени инженер должен удовлетворить ряд требований, включая требования к опыту работы, прежде чем получить сертификацию. После сертификации инженеру присваивается звание профессионального инженера (в США, Канаде и Южной Африке), дипломированного инженера или зарегистрированного инженера (в Великобритании, Ирландии, Индии и Зимбабве), дипломированного профессионального инженера (в Австралии и Южной Африке). Новая Зеландия) или европейский инженер (в большей части Европейского Союза).

Степень в области электроники обычно включает разделы, охватывающие физику , химию , математику , управление проектами и конкретные темы электротехники . Первоначально такие темы охватывают большинство, если не все, разделы электронной техники. Затем к концу обучения студенты выбирают специализацию в одной или нескольких областях.

Фундаментальным для этой дисциплины являются науки физики и математики, поскольку они помогают получить как качественное, так и количественное описание того, как такие системы будут работать. Сегодня большая часть инженерных работ связана с использованием компьютеров, и компьютерного проектирования и моделирования при проектировании электронных систем обычным явлением является использование программ . Хотя большинство инженеров-электронщиков понимают основы теории цепей, теории, используемые инженерами, обычно зависят от выполняемой ими работы. Например, квантовая механика и физика твердого тела могут быть важны для инженера, работающего над СБИС , но в значительной степени не имеют значения для инженеров, работающих со встроенными системами .

Помимо электромагнетики и теории сетей, другие предметы учебной программы относятся только к курсам электронной инженерии. Курсы электротехники включают и другие специализации, такие как машины , электроэнергии производство и распределение . В этот список не входит обширная учебная программа по инженерной математике , которая является обязательным условием для получения ученой степени. [ 6 ] [ 7 ]

Поддержка областей знаний

[ редактировать ]

Огромный размах электронной техники привел к использованию большого количества специалистов, поддерживающих области знаний.

Элементы векторного исчисления : дивергенция и ротор ; Теоремы Гаусса и Стокса , Уравнения Максвелла : дифференциальная и интегральная формы. Волновое уравнение , вектор Пойнтинга . Плоские волны : распространение в различных средах; отражение и преломление ; фазовая и групповая скорость ; глубина кожи . Линии передачи : волновое сопротивление ; преобразование импеданса; диаграмма Смита ; согласование импеданса ; импульсное возбуждение. Волноводы : моды в прямоугольных волноводах; граничные условия ; частоты среза ; дисперсионные соотношения . Антенны: Дипольные антенны ; антенные решетки ; диаграмма направленности; теорема взаимности, коэффициент усиления антенны . [ 8 ] [ 9 ]

Сетевые графы: матрицы, связанные с графами; инцидентность, фундаментальное множество разрезов и фундаментальные матрицы цепей. Методы решения: узловой и сеточный анализ. Сетевые теоремы: суперпозиция, передача максимальной мощности Тевенина и Нортона, преобразование Уай-Дельта. [ 10 ] Устойчивый синусоидальный анализ с использованием векторов. Линейные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами; анализ простых схем RLC во временной области, решение сетевых уравнений с использованием преобразования Лапласа : анализ схем RLC в частотной области. 2-портовые сетевые параметры: точка движения и функции передачи. Уравнения состояния сетей. [ 11 ]

Электронные устройства : Энергетические зоны в кремнии, собственном и внешнем кремнии. Транспорт носителей в кремнии: диффузионный ток, дрейфовый ток, подвижность, удельное сопротивление. Генерация и рекомбинация носителей. с pn-переходом диод , стабилитрон , туннельный диод , BJT , JFET , МОП-конденсатор , МОП-транзистор , , светодиод штыревой лавинный и фотодиод , ЛАЗЕРЫ. Технология устройства: процесс изготовления интегральных схем , окисление, диффузия, ионная имплантация , фотолитография, процесс КМОП с n-tub, p-tub и двойной ванной. [ 12 ] [ 13 ]

Аналоговые схемы : Эквивалентные схемы (большие и слабосигнальные) диодов, BJT, JFET и MOSFET. Простые диодные схемы, ограничение, ограничение, выпрямитель. Смещение и стабильность смещения транзисторных и полевых усилителей. Усилители: одно- и многокаскадные, дифференциальные, оперативные, с обратной связью и силовые. Анализ усилителей; частотная характеристика усилителей. Простые схемы операционных усилителей . Фильтры. Синусоидальные генераторы; критерий колебательности; Конфигурации с одним транзистором и операционным усилителем. Функциональные генераторы и схемы формирования сигналов. Источники питания. [ 14 ]

Цифровые схемы : Булевы функции ( НЕ , И , ИЛИ , исключающее ИЛИ ,...). Семейства цифровых ИС логических вентилей ( DTL , TTL , ECL , MOS , CMOS ). Комбинационные схемы: арифметические схемы, преобразователи кодов, мультиплексоры и декодеры . Последовательные схемы : защелки и триггеры, счетчики и сдвиговые регистры. Схемы выборки и хранения, АЦП , ЦАП . Полупроводниковая память . Микропроцессор 8086 : архитектура, программирование, память и интерфейс ввода-вывода. [ 15 ] [ 16 ]

Сигналы и системы: определения и свойства преобразования Лапласа с непрерывным и дискретным временем , ряды Фурье с непрерывным и дискретным временем , преобразование Фурье , z-преобразование . Теоремы выборки . Линейные, инвариантные во времени (LTI) системы : определения и свойства; причинность, стабильность, импульсная характеристика, свертка, частотная характеристика полюсов и нулей, групповая задержка и фазовая задержка . Передача сигнала через системы LTI. Случайные сигналы и шум: вероятность , случайные величины , функция плотности вероятности , автокорреляция , спектральная плотность мощности и аналогия функций между векторами и функциями. [ 17 ] [ 18 ]

Электронные системы управления

[ редактировать ]

Основные компоненты системы управления; блок-схемное описание, редукция блок-схем — правило Мейсона . Системы с разомкнутым и замкнутым контуром (отрицательная единичная обратная связь) и анализ устойчивости этих систем. Графы потоков сигналов и их использование при определении передаточных функций систем; анализ переходных и установившихся режимов систем управления LTI и частотных характеристик. Анализ подавления установившихся помех и чувствительности к шуму.

Инструменты и методы анализа и проектирования систем управления LTI: корневые локусы, критерий устойчивости Рауса – Гурвица Боде и , графики Найквиста . Компенсаторы системы управления: элементы опережающей и запаздывающей компенсации, элементы пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулирования. Дискретизация систем с непрерывным временем с использованием удержания нулевого порядка и АЦП для реализации цифрового контроллера. Ограничения цифровых контроллеров: псевдонимы. Представление переменных состояния и решение уравнения состояния систем управления LTI. Линеаризация нелинейных динамических систем с реализациями в пространстве состояний как в частотной, так и во временной областях. Фундаментальные понятия управляемости и наблюдаемости систем MIMO LTI. Реализации пространства состояний: наблюдаемая и управляемая каноническая форма. Формула Аккермана для размещения полюсов с обратной связью по состоянию. Проектирование оценщиков полного и пониженного порядка. [ 19 ] [ 20 ]

Коммуникации

[ редактировать ]

Системы аналоговой связи: системы амплитудной и угловой модуляции и демодуляции, спектральный анализ этих операций, супергетеродинные шумовые условия.

Системы цифровой связи: импульсно-кодовая модуляция (ИКМ), дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (ДИКМ), дельта-модуляция (ДМ), цифровая модуляция – амплитудная, фазовая и частотная манипуляции ( ASK , PSK , FSK ), согласованная- фильтр приемников, учет полосы пропускания и расчет вероятности ошибки для этих схем GSM , TDMA . [ 21 ] [ 22 ]

Профессиональные организации

[ редактировать ]

Известные профессиональные организации для инженеров-электриков Институт инженеров по электротехнике и электронике Великобритании США (IEEE) и Институт инженерии и технологий (IET). Члены Института инженерии и технологий (МИЭТ) являются признанными в Европе профессиональными инженерами-электриками и компьютерами. IEEE утверждает, что выпускает 30 процентов мировой литературы по электротехнике и электронике, насчитывает более 430 000 членов и ежегодно проводит более 450 конференций, спонсируемых или совместно спонсируемых IEEE, по всему миру. SMIEEE является признанным профессиональным статусом в США.

Проектирование

[ редактировать ]

Для большинства инженеров, не участвующих в проектировании и разработке систем, техническая работа составляет лишь часть выполняемой ими работы. Много времени также тратится 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 навыки управления проектами важны. Большинство инженерных проектов включают в себя ту или иную форму документации, поэтому сильные письменные коммуникативные навыки очень важны.

Рабочие места инженеров-электронщиков столь же разнообразны, как и виды выполняемых ими работ. Инженеров-электронщиков можно найти в чистых лабораторных условиях производственного предприятия, в офисах консалтинговой фирмы или в исследовательской лаборатории. В течение своей трудовой деятельности инженеры-электронщики могут руководить широким кругом людей, включая ученых, электриков, программистов и других инженеров.

Устаревание технических навыков является серьезной проблемой для инженеров-электронщиков. Таким образом, членство и участие в технических обществах, регулярные обзоры периодических изданий в этой области и привычка к постоянному обучению необходимы для поддержания квалификации, что еще более важно в области бытовой электроники. [ 23 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ «Октябрь 1897 года: Открытие электрона» . Проверено 19 сентября 2018 г.
  2. ^ «Электронная техника и авиационная связь» . catc.ac.ir Архивировано из оригинала 21 января 2021 года . Проверено 31 января 2021 г.
  3. ^ "Раахнамайе-джааме-94-6-Мордад[catc.info]" . s3.picofile.com . Проверено 31 января 2021 г.
  4. ^ Бартелт, Терри. Промышленные автоматизированные системы: контрольно-измерительные приборы и управление движением. Cengage Learning, 2010.
  5. ^ «Существуют ли какие-либо профессиональные экзамены в области электроники и телекоммуникаций? Где я могу получить списки этих экзаменов и как мне подать на них заявку? Кто имеет право сдавать такие экзамены?» . Проверено 28 мая 2018 г.
  6. ^ Ракеш К. Гарг/Ашиш Диксит/Паван Ядав Базовая электроника , стр. 1, Межсетевые экраны СМИ, 2008 г. ISBN   978-81-318-0302-8
  7. ^ Сачин С. Шарма Силовая электроника , с. ix, Firewall Media, 2008 г. ISBN   978-81-318-0350-9
  8. ^ Эдвард Дж. Ротвелл/Майкл Дж. Клауд Электромагнетизм , CRC Press, 2001 ISBN   978-0-8493-1397-4
  9. ^ Джозефа Эдминистра Шаума Очерки электромагнетизма , McGraw Hill Professional, 1995 ISBN   978-0-07-021234-3
  10. ^ Джо Берд Теория и технология электрических цепей , стр. 372–443, Newness, 2007 ISBN   978-0-7506-8139-1
  11. ^ Алан К. Уолтон Сетевой анализ и практика , Cambridge University Press, 1987 ISBN   978-0-521-31903-4
  12. ^ Дэвид К. Ферри/Джонатан П. Берд Электронные материалы и устройства , Academic Press, 2001 ISBN   978-0-12-254161-2
  13. ^ Джимми Дж. Кэти Шаума Очерк теории и проблем электронных устройств и схем , McGraw Hill, 2002 ISBN   978-0-07-136270-2
  14. ^ Вай-Кай Чена Аналоговые схемы и устройства , CRC Press, 2003 ISBN   978-0-8493-1736-1
  15. ^ Рональд К. Эмери Цифровые схемы: логика и дизайн , CRC Press, 1985 ISBN   978-0-8247-7397-7
  16. ^ Анант Агарвал / Джеффри Х. Ланг. Основы аналоговых и цифровых электронных схем , Морган Кауфманн, 2005 г. ISBN   978-1-55860-735-4
  17. ^ Майкла Дж. Робертса Сигналы и системы , с. 1, McGraw – Hill Professional, 2003 г. ISBN   978-0-07-249942-1
  18. ^ Хвэй Пяо Сюй Шаума Очерк теории и проблем сигналов и систем , с. 1, McGraw – Hill Professional, 1995 г. ISBN   978-0-07-030641-7
  19. ^ Джеральд Люке, Аналоговые и цифровые схемы для приложений электронных систем управления , Newnes, 2005. ISBN   978-0-7506-7810-0 .
  20. ^ Джозеф Дж. ДиСтефано, Аллен Р. Стубберуд и Иван Дж. Уильямс, Очерк теории и проблем систем обратной связи и управления Шаума , McGraw-Hill Professional , 1995. ISBN   978-0-07-017052-0 .
  21. ^ Шанмугам, Цифровые и аналоговые системы связи , Wiley-Индия, 2006. ISBN   978-81-265-0914-0 .
  22. ^ Шаума Хвэй Пиа Сюй, Очерк аналоговых и цифровых коммуникаций , McGraw – Hill Professional, 2003. ISBN   978-0-07-140228-6 .
  23. ^ Гомер Л. Дэвидсон, Устранение неполадок и ремонт бытовой электроники , стр. 1, McGraw–Hill Professional, 2004. ISBN   978-0-07-142181-2 .
[ редактировать ]

Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 3e16006864c7436066f7b46950fded22__1719775080
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/3e/22/3e16006864c7436066f7b46950fded22.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Electronic engineering - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)