Электронная инженерия
Electronic Engineering представляет собой субдисциплину электротехники , которая появилась в начале 20-го века и отличается дополнительным использованием активных компонентов, таких как полупроводниковые устройства для усиления и управления потоком электрического тока. Ранее электротехника использовала только пассивные устройства, такие как механические переключатели, резисторы, индукторы и конденсаторы.
Он охватывает такие области, как аналоговая электроника , цифровая электроника , потребительская электроника , встроенные системы и электроника . Он также участвует во многих связанных областях, например, физике твердого состояния , радиоинженерии , телекоммуникациях , системах управления , обработке сигналов , системной инженерии , компьютерной технике , инженерии приборов , управлении электроэнергией , фотоникой и робототехникой .
Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) является одним из самых важных профессиональных органов для инженеров электроники в США; Эквивалентным органом в Великобритании является институт инженерии и технологий (IET). Международная электротехническая комиссия (МЭК) публикует электрические стандарты, в том числе для Electronics Engineering.
История и развитие
[ редактировать ]Электроника инженерия как профессия появилась после идентификации электрона в 1897 году и последующего изобретения вакуумной трубки , которая могла бы усилить и исправлять небольшие электрические сигналы, которые открывали поле электроники. [ 1 ] Практические применения начались с изобретения диода Амброузом Флемингом и Триодом Ли Форест в начале 1900-х годов, что позволило обнаружить небольшие электрические напряжения, такие как радиосигналы из радиосинны, возможным с помощью немеханического устройства. Рост электроники был быстрым. К началу 1920-х годов коммерческое радиовещание и коммуникации стали широко распространенными, а электронные усилители использовались в таких разнообразных приложениях, как телефонная телефонная связь и индустрия музыкальной записи.
Дисциплина была дополнительно усилена большим количеством развития электронных систем во время Второй мировой войны , таких как радар и сонар , и последующая революция потребителей мира после изобретения Уильяма транзистора Шокли , Джона Бардин и Уолтера Браттейна .
Специализированные зоны
[ редактировать ]Electronics Engineering имеет много подполи. Этот раздел описывает некоторые из самых популярных.
Электронная 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, а также модуляцию и демодуляцию радиочастотных сигналов для телекоммуникаций . Для цифровых сигналов обработка сигналов может включать сжатие , проверку ошибок и обнаружение ошибок , а также коррекцию.
Телекоммуникационная инженерная инженерия имеет дело с передачей информации коасевой в среде, такой как кабель , оптическое волокно или свободное пространство . Передачи в свободном пространстве требуют, чтобы информация была закодирована в волне носителей для передачи, это известно как модуляция . Популярные методы аналоговой модуляции включают амплитудную модуляцию и частотную модуляцию .
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 . Если прочность сигнала передатчика недостаточна, информация сигнала будет повреждена шумом .
Авиация - Электронная инженерия и авиационная инженерия, инженерия , связаны с аэрокосмическими приложениями. Авиационные инженеры по телекоммуникациям включают специалистов, которые работают над воздушной авионикой в самолете или наземном оборудовании. Специалисты в этой области в основном нуждаются в знаниях компьютера , сети , ИТ и датчиков . Эти курсы предлагаются в таких колледжах по технологиям гражданской авиации . [ 2 ] [ 3 ]
Control Engineering имеет широкий спектр электронных применений от систем полета и движения коммерческих самолетов 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 .
Инженерная инженерия приборов имеет дело с проектированием устройств для измерения физических величин, таких как давление , поток и температура . Конструкция таких инструментов требует хорошего понимания электроники и физики ; Например, радиолокационные орудия используют эффект допплера для измерения скорости встречных транспортных средств. Аналогичным образом, термопары используют эффект Пельтье -Следа, 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 инструментов часто рассматривается как аналог управления. [ 4 ]
Компьютерная инженерия имеет дело с проектированием компьютеров и компьютерных систем. Это может включать в себя проектирование нового компьютерного оборудования , проектирования КПК или использования компьютеров для управления промышленной установкой . Разработка встроенных систем . Стисти, созданные для конкретных задач (например, мобильные телефоны) - также включено в эту область. Это поле включает в себя микроконтроллер и его приложения. системы Компьютерные инженеры также могут работать над программным обеспечением . Тем не менее, проектирование сложных программных систем часто является доменом разработки программного обеспечения , которая подпадает под компьютерную науку , которая обычно считается отдельной дисциплиной.
VLSI Design Engineering VLSI означает очень масштабную интеграцию . Он имеет дело с изготовлением ICS и различными электронными компонентами. При разработке интегрированной схемы инженеры по электронике сначала конструируют схемы схемы , которые указывают электрические компоненты и описывают взаимосвязи между ними. При завершении инженеры VLSI преобразуют схемы в фактические макеты, которые отображают слои различных проводников и полупроводниковых материалов, необходимых для построения цепи.
Образование и обучение
[ редактировать ]Электроника является подполе в более широком академическом предмете электротехники . Инженеры по электронике обычно имеют академическую степень с специальностью в области электроники. Продолжительность исследования для такой степени обычно составляет три или четыре года, и полученная степень может быть обозначена как бакалавр инженерии , бакалавр наук , бакалавр прикладной науки или бакалавр технологий в зависимости от университета. Многие британские университеты также предлагают степень магистра инженерии ( Meng ) на уровне выпускников.
Некоторые инженеры по электронике также предпочитают получить степень в аспирантуре , такую как магистр науки , доктор философии в области инженерии или докторская степень . Степень магистра вводится в некоторых европейских и американских университетах в качестве первой степени, и дифференциация инженера с аспирантом и аспирантом часто затруднена. В этих случаях опыт учитывается. Степень магистра может состоять из исследований, курсовой работы или смеси двух. Доктор философии состоит из значительного исследовательского компонента и часто рассматривается как точка входа в научные круги.
В большинстве стран степень бакалавра в области инженерии представляет собой первый шаг к сертификации, а сама программа степени сертифицирована профессиональным органом. Сертификация позволяет инженерам законно подписывать планы проектов, влияющих на общественную безопасность. [ 5 ] После завершения программы сертифицированной степени 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 Великобритании, Ирландии, Индии и Зимбабве), чартерного профессионального инженера (в Австралии и Новая Зеландия) или европейский инженер (в большей части Европейского Союза).
Степень в области электроники, как правило, включает в себя единицы, охватывающие физику , химию , математику , управление проектами и конкретные темы в области электротехники . Первоначально такие темы охватывают большинство, если не все, из подполи электроники. Затем студенты предпочитают специализироваться на одном или нескольких подполях к концу степени.
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 большинство инженерных работ включает в себя использование компьютеров, и это обычное использование программных программ с компьютерным проектированием и моделирования при разработке электронных систем. Хотя большинство электронных инженеров поймут основную теорию цепи, теории, используемые инженерами, обычно зависят от работы, которую они выполняют. Например, квантовая механика и физика твердого состояния могут иметь отношение к инженеру, работающему над VLSI, но в значительной степени не имеют отношения к инженерам, работающим со встроенными системами .
Помимо электромагнетики и теории сети, другие элементы в учебной программе являются особенно для электронных инженерных курсов. Курсы электротехники имеют другие специалисты, такие как машины , выработка электроэнергии и распределение . Этот список не включает в себя обширную учебную программу по математике инженерной инженерии , которая является обязательным условием в некоторой степени. [ 6 ] [ 7 ]
Поддержка областей знаний
[ редактировать ]Огромная широта электроники инженерия привела к использованию большого количества специалистов, поддерживающих области знаний.
Элементы векторного исчисления : дивергенция и завиток ; Теорема Гаусса и Стокса , уравнения Максвелла : дифференциальные и интегральные формы. Волновое уравнение , вектор . Плоскости волны : распространение через различные средства массовой информации; отражение и преломление ; фаза и групповая скорость ; глубина кожи . Линии передачи : характерный импеданс ; трансформация импеданса; Смит диаграмма ; Сопоставление импеданса ; пульсное возбуждение. Волноводы : моды в прямоугольных волноводах; граничные условия ; частоты отсечения ; Дисперсионные отношения . Антенны: дипольные антенны ; антенны массивы ; радиационная картина; Теорема о взаимности, усиление антенны . [ 8 ] [ 9 ]
Сетевые графики: матрицы, связанные с графиками; Заболеваемость, фундаментальный набор и фундаментальные схемы. Методы решения: анализ узлов и сетки. Теоремы сети: Суперпозиция, Тэвенин и максимальная передача мощности Нортона, преобразование Wye-Delta. [ 10 ] Устойчивое состояние синусоидального анализа с использованием фазоров. Линейные постоянные дифференциальные уравнения коэффициента; Анализ временной области простых схем RLC, решение сетевых уравнений с использованием преобразования Лапласа : Анализ частотной области RLC. 2-портовые параметры сети: движущаяся точка и трансферные функции. Государственные уравнения для сетей. [ 11 ]
Электронные устройства : энергетические полосы в кремнии, внутреннем и внешнем кремнии. Перенос носителя в кремнии: диффузионный ток, дрейфовый ток, подвижность, удельное сопротивление. Поколение и рекомбинация носителей. PN -соединительный диод, ZenerEdode , туннельный диод , BJT , JFET , конденсатор MOS , MOSFET , светодиод , штифт и лавинный фотоид , лазеры. Технология устройства: процесс изготовления интегрированного изготовления , окисление, диффузия, ионная имплантация , фотолитография, N-TUB, P-Tub и CMOS-процесс TWIN-TUB. [ 12 ] [ 13 ]
Аналоговые схемы : эквивалентные схемы (большой и мелкий сигнал) диодов, BJT, JFET и MOSFET. Простые диодные цепи, отсечение, зажим, выпрямитель. Смещение и устойчивость устойчивости транзистора и усилителей FET. Усилители: один и многоэтапный, дифференциал, эксплуатация, обратная связь и мощность. Анализ усилителей; Частотная характеристика усилителей. Простые операции схемы . Фильтры. Синусоидальные генераторы; критерий колебаний; Однопользовательские и конфигурации Op-AMP. Функциональные генераторы и волновые схемы, питания. [ 14 ]
Цифровые схемы : логические функции ( не , и , или , xor , ...). Logic Gates Digital IC Семейства IC ( DTL , TTL , ECL , MOS , CMOS ). Комбинационные схемы: арифметические схемы, преобразователи кодов, мультиплексоры и декодеры . Последовательные схемы : защелки и шлепанцы, счетчики и регустах смены. Образец и удерживайте цепи, ADC , ЦАП . Полупроводниковые воспоминания . Микропроцессор 8086 : Архитектура, программирование, память и взаимодействие ввода -вывода. [ 15 ] [ 16 ]
Сигналы и системы: определения и свойства преобразования Лапласа непрерывного времени и дискретного времени , серии Фурье , непрерывного времени и дискретного преобразования Фурье , Z-преобразование . Теоремы отбора проб . Линейные временные инвариантные (LTI) системы : определения и свойства; Причинность, стабильность, импульсный отклик, свертка, полюсы и частотные характеристики нулей, задержка группы и фазовая задержка . Передача сигнала через системы LTI. Случайные сигналы и шум: вероятность , случайные переменные , функция плотности вероятности , автокорреляция , спектральная плотность мощности и аналогия функции между векторами и функциями. [ 17 ] [ 18 ]
Электронные системы управления
[ редактировать ]Базовые компоненты системы управления; Блок -схематическое описание, уменьшение блок -схемы - правило Мейсона . Открытые петли и замкнутые циклы (отрицательная обратная связь единства) и анализ стабильности этих систем. Графики потока сигналов и их использование при определении передаточных функций систем; Временный и стационарный анализ систем управления LTI и частотной характеристики. Анализ устойчивого отторжения нарушения и чувствительности к шуму.
Инструменты и методы для анализа и проектирования системы управления LTI: корневые локусы, критерия стабильности Routh -Hurwitz , участки Bode и Nyquist . Компенсаторы системы управления: элементы компенсации свинца и задержки, элементы пропорционального контроля пропорционального контроля (PID). Дискретизация систем непрерывного времени с использованием удержания нулевого порядка и АЦП для реализации цифрового контроллера. Ограничения цифровых контроллеров: псевдоним. Представление переменной состояния и решение уравнения состояния систем управления LTI. Линеаризация нелинейных динамических систем с реализациями пространства состояний как в частотных, так и во времени областях. Фундаментальные концепции управляемости и наблюдения для MIMO систем LTI. Состояние пространства реализации: наблюдаемая и контролируемая каноническая форма. Формула Аккермана для посадки по шкале штата. Проектирование полного порядка и сниженных оценки заказа. [ 19 ] [ 20 ]
Коммуникации
[ редактировать ]Аналоговые системы связи: системы амплитуды и модуляции угла и демодуляции, спектральный анализ этих операций, супергетеринного условия шума.
Цифровые системы связи: модуляция импульсного кода (PCM), дифференциальная модуляция импульсного кода (DPCM), дельта-модуляция (DM), цифровая модуляция-амплитуда, схемы клавиши фазового и частотного сдвига ( Ask , PSK , FSK ), соответственно Фильтрующие приемники, рассмотрение полосы пропускания и вероятность расчетов ошибок для этих схем, GSM , TDMA . [ 21 ] [ 22 ]
Профессиональные органы
[ редактировать ]Профессиональные организации для инженеров -инженеров -электриков Института электротехники и электроники Великобритании (IEEE) и Института инженерии и технологий (IET). Члены Института инженерии и технологий (MIET) профессионально признаны в Европе, как электрические и компьютерные инженеры. IEEE утверждает, что производит 30 процентов мировой литературы в области электротехники и электроники, насчитывает более 430 000 членов и проводит более 450 спонсируемых IEEE или Cosponsed Conferences по всему миру каждый год. Smieee является признанным профессиональным обозначением в Соединенных Штатах.
Проект Инжиниринг
[ редактировать ]Для большинства инженеров, не участвующих в переднем крае проектирования и разработки системы, техническая работа учитывает лишь часть работы, которую они выполняют. 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 важны навыки управления проектами. Поэтому большинство инженерных проектов включают в себя некоторую форму документации, и сильные письменные навыки общения очень важны.
Рабочие места инженеров электроники так же разнообразны, как и типы работы, которые они выполняют. Инженеры по электронике могут быть найдены в нетронутой лабораторной среде завода изготовления, офисов консалтинговой фирмы или в исследовательской лаборатории. В течение своей трудовой жизни инженеры по электронике могут оказаться контролем широкого спектра людей, включая ученых, электриков, программистов и других инженеров.
Уфиновение технических навыков является серьезной проблемой для инженеров электроники. Членство и участие в технических обществах, регулярные обзоры периодических изданий в этой области и привычка дальнейшего обучения, поэтому важны для поддержания мастерства, что еще более важно в области продуктов потребительской электроники. [ 23 ]
Смотрите также
[ редактировать ]- Технология электротехники
- Глоссарий электрического и электроники
- Индекс статей электротехники
- Информационная инженерия
- Список инженеров -электриков
- Временная шкала электрической и электроники
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Октябрь 1897 года: открытие электрона» . Получено 19 сентября 2018 года .
- ^ «Электронная инженерия и телекоммуникации» . Catc.ac.ir. Архивировано из оригинала 21 января 2021 года . Получено 31 января 2021 года .
- ^ «Раахмай-Джейам-94-6-Мордад [Catc.info]» . s3.picofile.com . Получено 31 января 2021 года .
- ^ Бартльт, Терри. Промышленные автоматизированные системы: приборы и управление движением. Cengage Learning, 2010.
- ^ «Есть ли какие -либо профессиональные экзамены, доступные в области электроники и телекоммуникаций? Где я могу получить списки этих экзаменов и как мне подать заявку на них? Кто имеет право написать такие экзамены?» Полем Получено 28 мая 2018 года .
- ^ Rakesh K. Garg/Ashish Dixit/Pavan Yadav Basic Electronics , p. 1, Firewall Media, 2008 ISBN 978-81-318-0302-8
- ^ Sachin S. Sharma Power Electronics , p. IX, брандмауэр Media, 2008 ISBN 978-81-318-0350-9
- ^ Эдвард Дж. Ротвелл/Майкл Дж. Клаус Electromagnetics , CRC Press, 2001 ISBN 978-0-8493-1397-4
- ^ Джозеф Эдминистер Шаум изложена электромагнетика , McGraw Hill Professional, 1995 ISBN 978-07-078-021234-3
- ^ Jo Bird Electrical Cupry Theory and Technology , с. 372–443, Newness, 2007 ISBN 978-0-7506-8139-1
- ^ Алан К. Уолтон Сеть Анализ и практика , издательство Кембриджского университета, 1987 ISBN 978-0-521-31903-4
- ^ Дэвид К. Ферри/Джонатан П. Берд Электронные материалы и устройства , Academic Press, 2001 ISBN 978-0-12-254161-2
- ^ Джимми Дж. Кэти Шаум, наброски теории и проблем электронных устройств и цепей , McGraw Hill, 2002 ISBN 978-07-136270-2
- ^ Wai-Kai Chen Аналоговые схемы и устройства , CRC Press, 2003 ISBN 978-0-8493-1736-1
- ^ Рональд С. Эмери Цифровые цепи: логика и дизайн , CRC Press, 1985 ISBN 978-0-8247-7397-7
- ^ Anant Agarwal/Jeffrey H. Lang Основы аналоговых и цифровых электронных цепей , Morgan Kaufmann, 2005 ISBN 978-1-55860-735-4
- ^ Майкл Дж. Робертс Сигналы и системы , с. 1, McGraw - Hill Professional, 2003 ISBN 978-07-2499442-1
- ^ HWEI PIAO HSU SCHAUM Описание теории и проблем сигналов и систем , с. 1, McGraw - Hill Professional, 1995 ISBN 978-07-030641-7
- ^ Геральд Луке, аналоговые и цифровые цепи для электронных приложений системы управления , Newnes, 2005. ISBN 978-0-7506-7810-0 .
- ^ Джозеф Дж. Дистефано, Аллен Р. Стабберад и Иван Дж. Уильямс, Схема теории и проблем обратной связи и контроля , McGraw-Hill Professional , 1995. ISBN 978-07-07052-0 .
- ^ Shanmugam, цифровые и аналоговые системы связи , Wiley-India, 2006. ISBN 978-81-265-0914-0 .
- ^ HWEI PIA HSU, Схема Аналоговой и Цифровой связи Schaum , McGraw - Hill Professional, 2003. ISBN 978-07-140228-6 .
- ^ Гомер Л. Дэвидсон, Устранение неполадок и ремонта потребительской электроники , с. 1, McGraw - Hill Professional, 2004. ISBN 978-07-142181-2 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]