Էլեկտրատեխնիկա

Էլեկտրատեխնիկան ճարտարագիտության ճյուղ է, որը վերաբերում է էլեկտրականություն, էլեկտրոնիկա և էլեկտրամագնիսականություն օգտագործող սարքավորումների, սարքերի և համակարգերի ուսումնասիրմանը, նախագծմանը և կիրառմանը։ Այն ի հայտ եկավ որպես ուսումնասիրման առարկա 19-րդ դարի վերջին կեսին էլեկտրական հեռագրի, հեռախոսի և էլեկտրաէներգիայի արտադրությունից, բաշխումից և օգտագործումից հետո։

Էլեկտրատեխնիկան իր հերթին այժմ ընդգրկում է ոլորտների լայն շրջանակ՝  ներառյալ համակարգչային տեխնիկան, համակարգերի ինժեներությունը, էներգետիկան, հեռահաղորդակցությունը, ռադիոհաճախականության ինժեներությունը, ազդանշանի մշակումը, գործիքավորումն ու էլեկտրոնիկան։ Այս առարկաներից շատերը համընկնում են ճարտարագիտական այլ ճյուղերի հետ՝ ընդգրկելով հսկայական քանակությամբ մասնագիտացումներ, այդ թվում՝ ապարատային ճարտարագիտություն, ուժային էլեկտրոնիկա, էլեկտրամագնիսականություն և ալիքներ, միկրոալիքային ճարտարագիտություն, նանոտեխնոլոգիա, էլեկտրաքիմիա, վերականգնվող էներգիաներ, մեխատրոնիկա և էլեկտրական նյութերի գիտություն:

Էլեկտրատեխնիկները սովորաբար ունեն էլեկտրատեխնիկայի կամ էլեկտրոնային ճարտարագիտության որակավորում։ Պրակտիկ ինժեներները կարող են ունենալ մասնագիտական սերտիֆիկացում և լինել պրոֆեսիոնալ մարմնի կամ միջազգային ստանդարտների կազմակերպության անդամ։ Դրանք ներառում են Միջազգային էլեկտրատեխնիկական հանձնաժողովը (IEC), էլեկտրական և էլեկտրոնիկայի ինժեներների ինստիտուտը (IEEE) և ինժեներական և տեխնոլոգիական ինստիտուտը (IET) (նախկին IEE):

Էլեկտրատեխնիկները աշխատում են արդյունաբերության շատ լայն շրջանակում, և պահանջվող հմտությունները նույնպես փոփոխական են։ Դրանք ընդգրկում են ՝ շղթայի տեսությունից մինչև ծրագրի ղեկավարի կառավարման հմտություններ։ Գործիքներն ու սարքավորումները, որոնք կարող են անհրաժեշտ լինել անհատ ինժեներին, նույնքան փոփոխական են ՝ սկսած պարզ վոլտմետրից մինչև նախագծման և արտադրության բարդ ծրագրակազմ։

Պատմություն 
Էլեկտրաէներգիան գիտական հետաքրքրության առարկա է դարձել առնվազն 17-րդ դարի սկզբից։ Ուիլյամ Գիլբերտը վաղ ականավոր էլեկտրիկ գիտնական էր և առաջինը հստակ տարբերակեց մագնիսականությունը և ստատիկ էլեկտրականությունը։ Նրան են վերագրում «էլեկտրականություն» տերմինի սահմանումը։ Նա նաև նախագծեց վերսորիումը. Սարք, որը որոշում է ստատիկ լիցքավորված առարկաների առկայությունը։ 1762 թ.-ին շվեդ պրոֆեսոր Յոհան Վիլկեն հայտնագործեց մի սարք, որը հետագայում կոչվեց էլեկտրոֆոր, որն առաջացրեց ստատիկ էլեկտրական լիցք։ 1800 թ.-ին Ալեսսանդրո Վոլտան զարգացրեց վոլտայական կույտը՝ էլեկտրական մարտկոցի նախատիպը։

19-րդ դար 

19-րդ դարում թեմայի վերաբերյալ հետազոտությունները սկսեցին ակտիվանալ։ Այս դարի ուշագրավ զարգացումները ներառում են Հանս Քրիստիան Օրսթեդի (ով 1820 թ.-ին հայտնաբերեց, որ էլեկտրական հոսանքն առաջացնում է մագնիսական դաշտ, որը կուղղորդի կողմնացույցի ասեղը), Ուիլյամ Ստարգեոնի (ով 1825-ին հայտնագործեց էլեկտրամագնիսը), Ժոզեֆ Հենրիի, Էդվարդ Նեվիի (ովքեր 1835-ին հայտնագործել էին էլեկտրական ռելեն), Գեորգ Օհմի (ով 1827 թ.-ին քանակական հաշվարկեց էլեկտրական հոսանքի և պոտենցիալների միջև տարբերության հարաբերությունը շղթայում), Մայքլ Ֆարադեյի (1831 թ.-ին էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի հայտնագործող) և Ջեյմս Քլերք Մաքսվելի (ով 1873 թվականին իր «Էլեկտրաէներգիա և մագնիսություն» տրակտատում հրապարակեց էլեկտրաէներգիայի և մագնիսականության միասնական տեսությունը) աշխատանքները։

1782-ին Ժորժ-Լուի Լե Սեյջը զարգացրեց և Բեռլինում ներկայացրեց էլեկտրական հեռագրության աշխարհի առաջին ձևը, օգտագործելով 24 տարբեր լարեր, ամեն մեկը հունական այբուբենի յուրաքանչյուր տառի համար։ Այս հեռագիրը միացնում էր երկու սենյակ։ Դա էլեկտրաստատիկ հեռագիր էր, որը ոսկու տերևը տեղափոխում էր էլեկտրական հաղորդակցության միջոցով։

1795 թվականին Ֆրանցիսկո Սալվա Կամպիլոն առաջարկեց էլեկտրաստատիկ հեռագրական համակարգ։ 1803–1804 թվականների ընթացքում նա աշխատել է էլեկտրական հեռագրության վրա և 1804 թվականին Բարսելոնայի բնական գիտությունների և արվեստի թագավորական ակադեմիայում ներկայացրել է իր զեկույցը։ Սալվայի էլեկտրոլիտային հեռագրական համակարգը շատ նորարարական էր, չնայած դրա վրա մեծ ազդեցություն էր ունեցել և հիմնված էր 1800 թվականին Եվրոպայում կատարված երկու նոր հայտնագործությունների վրա. Ալեսսանդրո Վոլտայի էլեկտրական մարտկոցի՝ էլեկտրական հոսանք արտադրելու համար և Ուիլյամ Նիքոլսոնի և Էնթոնի Քարլեյլի ջրի էլեկտրոլիզի տեսության։ Էլեկտրական հեռագրությունը կարելի է համարել էլեկտրատեխնիկայի առաջին օրինակ։ Էլեկտրատեխնիկան մասնագիտություն դարձավ 19-րդ դարի վերջին։ Մասնագետները ստեղծել էին էլեկտրական հեռագրական գլոբալ ցանց և նոր մասնագիտությանը աջակցելու համար Միացյալ Թագավորությունում և ԱՄՆ-ում հիմնվեցին էլեկտրական ինժեներական առաջին մասնագիտացված հաստատությունները։ Ֆրենսիս Ռոնալդսը 1816 թվականին ստեղծեց էլեկտրական հեռագրական համակարգ և փաստաթղթավորեց իր տեսլականն այն մասին, թե ինչպես կարելի է աշխարհը վերափոխել էլեկտրաէներգիայի միջոցով։ Ավելի քան 50 տարի անց նա միացավ Հեռագրական ինժեներների նոր ընկերությանը (շուտով այն վերանվանվեց Էլեկտրատեխնիկների ինստիտուտ), որտեղ մյուս անդամները նրան համարում էին որպես իրենց խմբի առաջին անդամ։ 19-րդ դարի վերջին աշխարհը ընդմիշտ փոխվել էր այն արագ հաղորդակցության շնորհիվ, որը հնարավոր էր դարձել ցամաքային գծերի, սուզանավային մալուխների և մոտավորապես 1890 թվականից անլար հեռագրության ինժեներական զարգացման միջոցով։

Նման ոլորտներում գործնական կիրառությունները և առաջխաղացումները առաջացնում էին չափորոշիչներ և չափման միավորներ ունենալու աճող անհրաժեշտություն։ Դրանք հանգեցրին վոլտ, ամպեր, կուլոն, օմ, ֆարադ և հենրի միավորների միջազգային ստանդարտացմանը։ Դա տեղի ունեցավ Չիկագոյի միջազգային խորհրդաժողովում 1893 թ.-ին։ Այս ստանդարտների հրապարակումը հիմք է հանդիսացել տարբեր արդյունաբերություններում ստանդարտացման ապագա առաջընթացի, և շատ երկրներում այս ստանդարտները անմիջապես ճանաչվել են համապատասխան օրենսդրությունում։

Այս տարիների ընթացքում էլեկտրաէներգիայի ուսումնասիրությունը հիմնականում համարվում էր ֆիզիկայի ենթադաշտ, քանի որ վաղ էլեկտրական տեխնոլոգիան համարվում էր էլեկտրամեխանիկական բնույ ունեցողթ։ ԴարշտադտիՏեխնիկական  համալսարանը 1882-ին հիմնել է էլեկտրատեխնիկայի աշխարհում առաջին բաժինը, իսկ 1883-ին էլեկտրատեխնիկայի առաջին աստիճանի դասընթաց է ներմուծել։ ԱՄՆ-ում էլեկտրատեխնիկայի աստիճանի առաջին ծրագիրը սկսվեց Մասաչուսեթսի տեխնոլոգիական ինստիտուտում (MIT) ֆիզիկայի բաժնում `պրոֆեսոր Չարլզ Քրոսի ղեկավարությամբ,  թեև Քորնելի համալսարանն էր, որ պատրաստեց աշխարհի առաջին էլեկտրատեխնիկական շրջանավարտներին 1885 թվականին։ Էլեկտրատեխնիկայի առաջին դասընթացը դասավանդվել է 1883 թվականին Քորնելի Սիբիլի մեքենաշինության և մեխանիկական արվեստի քոլեջում։ Միայն 1885-ին էր, որ Քորնելի Նախագահ Էնդրյու Դիքսոն Ուայթը Միացյալ Նահանգներում ստեղծեց էլեկտրատեխնիկայի առաջին բաժինը։ Նույն թվականին Լոնդոնի համալսարանական քոլեջը հիմնեց էլեկտրատեխնիկայի առաջին ամբիոնը Մեծ Բրիտանիայում։ Շուտով Միսուրիի համալսարանի պրոֆեսոր Մենդել Պ. Ուայնբախը հետևեց այդ օրինակին՝ 1886 թվականին հիմնելով էլեկտրատեխնիկայի բաժինը։ Դրանից հետո համալսարաններն ու տեխնոլոգիական ինստիտուտները աստիճանաբար սկսեցին էլեկտրատեխնիկական ծրագրեր առաջարկել իրենց ուսանողներին ամբողջ աշխարհում։

Այս տասնամյակների ընթացքում էլեկտրատեխնիկայի օգտագործումը կտրուկ աճեց։ 1882 թ.-ին Թոմաս Էդիսոնը Նյու Յորքի Մանհեթեն կղզու 59 օգտագործողների համար միացրեց 110 վոլտ հաստատուն հոսանք (DC)՝ շնորհիվ աշխարհի առաջին խոշոր էլեկտրական էներգիայի ցանցի։ 1884 թվականին Սըր Չարլզ Փարսոնսը հորինեց տուրբինը՝ ստեղծելով էլեկտրաէներգիայի առավել արդյունավետ արտադրություն:. 

Փոփոխական հոսանքը, տրանսֆորմատորների միջոցով երկար հեռավորության վրա ավելի արդյունավետ էներգիա փոխանցելու իր ունակությամբ, արագորեն զարգացավ 1880-ական և 1890-ական թվականներին՝ Կառոլի Զիպերնովսկու, Օտտո Բլաթիի և Միկսա Դերիի (հետագայում կոչված ZBD տրանսֆորմատորներ), Լյուսիեն Գոլարդի, Ջոն Դիքսոն Գիբսի և Ուիլյամ Սթենլի կրտսերի ստեղծած տրանսֆորմատորային ձևերով։ Փոփոխական հոսանքով (AC) շարժիչի գործնական ձևավորումները, ներառյալ ինդուկցիոն շարժիչները, ինքնուրույն հորինել են Գալիլեո Ֆերրարիսը և Նիկոլա Տեսլան, և հետագայում վերածվեց Միխայիլ Դոլիվո-Դոբրովոլսկու և Չարլզ Եվգենի Լանսելոտ Բրաունի գործնական եռաֆազ ձևի։ Չարլզ Շտայնմեցը և Օլիվեր Հեվիզայդը նպաստեցին այլընտրանքային հոսանքի ինժեներական տեսական հիմքին։ Փոփոխական հոսանքի օգտագործման տարածումը սկսվեց Միացյալ Նահանգներում, որը կոչվում էր հոսանքների պատերազմ Ջորջ Ուեսթինգհաուսի փոփոխական հոսանքի համակարգի և Թոմաս Էդիսոնի հաստատուն էլեկտրահամակարգի միջև, փոփոխական հոսանքն ընդունվեց որպես ընդհանուր ստանդարտ։

20-րդ դարի սկիզբ 

Ռադիոյի զարգացման ընթացքում շատ գիտնականներ և գյուտարարներ իրենց ներդրումն ունեցան ռադիոտեխնոլոգիայում և էլեկտրոնիկայում։ 1850-ականների ընթացքում Ջեյմս Քլերք Մաքսվելի մաթեմատիկական աշխատանքը ցույց է տվել էլեկտրամագնիսական ճառագայթման տարբեր ձևերի փոխհարաբերությունը, ներառյալ անտեսանելի օդով փոխանցվող ալիքների հնարավորությունը (հետագայում անվանեցին «ռադիոալիքներ»)։ Հենրիխ Հերցը 1888-ի իր դասական ֆիզիկայի փորձերում ապացուցեց Մաքսվելի տեսությունը՝ կայծային բաց հաղորդիչով ռադիոալիքներ փոխանցելով, և դրանք հայտնաբերեց պարզ էլեկտրական սարքերի միջոցով։ Մյուս ֆիզիկոսները փորձեր էին կատարում այս նոր ալիքների հետ և գործնականում ստեղծում էին դրանք փոխանցելու և հայտնաբերելու սարքեր։ 1895 թ.-ին Գուգիելմո Մարկոնին սկսեց աշխատել «Հերցիական ալիքների» փոխանցման և հայտնաբերման հայտնի մեթոդները նպատակային հարմարեցված առևտրային անլար հեռագրական համակարգում հարմարեցնելու եղանակի վրա։ Ավելի վաղ նա մեկ ու կես մղոն հեռավորության վրա անլար ազդանշաններ էր ուղարկում։ 1901 թվականի դեկտեմբերին նա անլար ալիքներ ուղարկեց, որոնց վրա Երկրի կորությունն ազդեցություն չի ունեցել։ Ավելի ուշ Մարկոնին անլար ազդանշանները փոխանցեց Ատլանտյան օվկիանոսի այն կողմում ՝ Պոլդհուի, Քորնուոլի և Նյուֆաունդլենդ նահանգի միջև, 2100 մղոն (3,400 կմ) հեռավորության վրա։

Միլիմետր ալիքային կապը առաջին անգամ հետաքննել է Ջագադիշ Չանդրա Բոզեն 1894–1896 թվականներին, երբ իր փորձերի ընթացքում նա հասավ ծայրաստիճան բարձր հաճախականության ՝ մինչև 60 ԳՀց։ Նա նաև ներմուծեց կիսահաղորդչային հանգույցների օգտագործումը ռադիոալիքները հայտնաբերելու համար, երբ նա արտոնագրեց ռադիոբյուրեղների դետեկտորը 1901 թվականին։

1897 թ.-ին Կառլ Ֆերդինանդ Բրաունը ներկայացրեց կաթոդային ճառագայթային խողովակը որպես օսիլոսկոպի մաս, որը էլեկտրոնային հեռուստատեսության համար թույլատրող կարևոր տեխնոլոգիա է։ Ջոն Ֆլեմինգը հորինեց առաջին ռադիո խողովակը ՝ դիոդը, 1904 թվականին։ Երկու տարի անց, Ռոբերտ ֆոն Լիբենը և Լի Դե Ֆորստը ինքնուրույն մշակեցին ուժեղացուցիչ խողովակը, որը կոչվում է տրիոդ։

1920-ին Ալբերտ Հալը ստեղծեց մագնետրոնը, որը, ի վերջո, հանգեցրեց միկրոալիքային վառարանի ստեղծմանը 1946 թ.-ին Պերսի Սպենսերի կողմից։ 1934 թ.-ին բրիտանական զինուժը սկսեց քայլեր կատարել դեպի ռադար (որը նույնպես օգտագործում է մագնետրոնը) Դոկտոր Ուիմփերիսի ղեկավարությամբ, որն ավարտվեց 1936-ի օգոստոսին Բավդսեյում առաջին ռադիոլոկացիոն կայանի գործարկմամբ։

1941 թ.-ին Կոնրադ Զասը ներկայացրեց Z3- ը`աշխարհի առաջին լիարժեք ֆունկցիոնալ և ծրագրավորվող համակարգիչը` օգտագործելով էլեկտրամեխանիկական մասեր։ 1943 թ.-ին Թոմի Ֆլաուերզը նախագծեց և կառուցեց Colossus- ը՝ աշխարհի առաջին լիարժեք ֆունկցիոնալ, էլեկտրոնային, թվային և ծրագրավորվող համակարգիչը։ 1946 թ.-ին հետևեցին Ջոն Պրեսպեր Էկերտի և Ջոն Մոշլիի ENIAC- ը (էլեկտրոնային թվային ինտեգրատոր և համակարգիչ) ՝ սկսելով հաշվարկային դարաշրջանը։ Այս մեքենաների թվաբանական կատարողականությունը թույլ տվեց ինժեներներին զարգացնել բոլորովին նոր տեխնոլոգիաներ և հասնել նոր նպատակների։

1948 թվականին Կլոդ Շաննոնը հրատարակում է «Հաղորդակցության մաթեմատիկական տեսություն» աշխատությունը, որը մաթեմատիկորեն նկարագրում է տեղեկատվության անցումն անորոշությամբ (էլեկտրական աղմուկ)։

Պինդ վիճակի էլեկտրոնիկա 

Առաջին աշխատող տրանզիստորը կետային կոնտակտային տրանզիստորն էր, որը հորինել էին Ջոն Բարդինը և Ուոլթեր Հաուսեր Բրատեյնը, երբ աշխատում էինր Ուիլյամ Շոկլիի ղեկավարությամբ Բել հեռախոսի լաբորատորիաներում (BTL) 1947 թվականին։ Դրանից հետո նրանք 1948 թվականին հայտնագործեցին երկբևեռ հանգույցի տրանզիստորը։ Մինչդեռ վաղ միացման տրանզիստորները համեմատաբար մեծածավալ սարքեր էին, որոնք դժվար էր արտադրել զանգվածային արտադրության հիմունքներով։ Դրանք դուռ բացեցին ավելի կոմպակտ սարքերի համար։

Մակերևութային պասիվացման գործընթացը, որը ջերմային օքսիդացման միջոցով էլեկտրականորեն կայունացրեց սիլիցիումի մակերեսները, մշակվել է Մուհամեդ Մ. Աթալլայի կողմից BTL- ում 1957 թ.-ին։ Դա հանգեցրեց մոնոլիտ ինտեգրալային միկրոսխեմաների զարգացմանը։ Առաջին ինտեգրալային շղթաներն էին հիբրիդային ինտեգրալային շղթան(հորինել էր Jackեք Քիլբին ՝ Texas Instruments-ում 1958-ին) և մոնոլիտ ինտեգրալային միկրոսխեման (հորինել էր Ռոբերտ Նոյսը՝ Fairchild Semiconductor-ում 1959-ին)։

MOSFET- ը (մետաղ-օքսիդ-կիսահաղորդչային դաշտային էֆեկտ ունեցող տրանզիստոր կամ MOS տրանզիստոր) հորինել են Մուհամեդ Աթալլան և Դաոն Քահնգը BTL- ում 1959 թվականին։ Դա առաջին իսկապես կոմպակտ տրանզիստորն էր, որը կարող էր մանրանկարահանվել և մասսայականորեն արտադրվել լայն օգտագործման համար։ Այն հեղափոխեց էլեկտրոնիկայի արդյունաբերությունը, դառնալով աշխարհում ամենաշատ օգտագործվող էլեկտրոնային սարքը։ MOSFET- ը ժամանակակից սարքավորումների մեծ մասի հիմնական տարրն է, և եղել է էլեկտրոնիկայի հեղափոխության կարևորագույն մասը, ինչպես նաև միկրոէլեկտրոնիկայի հեղափոխության, և թվային հեղափոխության բաղադրիչ մասը։ Այսպիսով, MOSFET-ով սկզբնավորվում է ժամանակակից էլեկտրոնիկայի ծնունդը, և, հնարավոր է, ամենակարևոր գյուտը էլեկտրոնիկայում։

MOSFET- ը հնարավորություն տվեց կառուցել բարձր խտության ինտեգրալային միկրոսխեմաներ։ Աթալան առաջին անգամ առաջարկել է MOS ինտեգրալային շղթայի (MOS IC) չիպի գաղափարը 1960-ին, որին հաջորդեց Կանգը 1961-ին։ Պատրաստված ամենավաղ փորձարարական MOS IC չիպը կառուցվել է Ֆրեդ Հեյմանի և Սթիվեն Հոֆշտեյնի կողմից RCA լաբորատորիաներում 1962 թվականին։ MOS տեխնոլոգիան հնարավորություն տվեց Մուրի օրենքին ՝ երկու տարին մեկ IC տիպի տրանզիստորների կրկնապատկմանը, որը կանխատեսել էր Գորդոն Մուրը 1965 թվականին։ Silicon-gate MOS տեխնոլոգիան մշակվել է Ֆեդերիկո Ֆագգինի կողմից Fairchild-ում 1968 թվականին։ Այդ ժամանակվանից ի վեր, MOSFET- ը ժամանակակից էլեկտրոնիկայի հիմնական կառուցվածքն է։ Սիլիցիումի MOSFET- ների և MOS ինտեգրալային միկրոսխեմաների զանգվածային արտադրությունը, շարունակական MOSFET մասշտաբային մանրապատման հետ մեկտեղ ապշեցնող տեմպերով (ինչպես կանխատեսում էր Մուրի օրենքը) այդ ժամանակվանից հանգեցրեցին տեխնոլոգիայի, տնտեսության, մշակույթի և մտածողության հեղափոխական փոփոխությունների։

«Ապոլոն» ծրագիրը, որն ավարտվեց 1969 թ.-ին Ապոլոն 11-ով Լուսնի վրա տիեզերագնացներ վայրէջք կատարելով, հնարավոր դարձավ NASA- ի կողմից կիսահաղորդչային էլեկտրոնային տեխնոլոգիայի, այդ թվում` MOSFET- ների միջմոլորակային դիտարկման պլատֆորմի (IMP) մեջ առաջխաղացումների շնորհիվ և Ապոլոնի առաջնային համակարգչում(AGC)  սիլիցիումի ինտեգրալային միկրոսխեմաների օգտագործմամբ։

1960-ականներին MOS ինտեգրալային շղթայի տեխնոլոգիայի զարգացումը հանգեցրեց 1970-ականների սկզբին միկրոպրոցեսորի գյուտին։ Մեկ չիպանի առաջին միկրոպրոցեսորը Intel 4004-ն է, որը թողարկվել է 1971 թվականին։ Այն սկսվեց «Busicomնախագիծ»-ից որպես Մասատոշի Շիմայի երեք չիպային պրոցեսորի դիզայն 1968 թ, նախքան Տադաշի Սասակին Sharp-ից իր մի միկրոսխեմանոց պրոցեսորի դիզայնի գաղափարը կիրականացներ, որը նա քննարկել էր Busicom- ի և Intel- ի հետ 1968-ին։ Այնուհետև Intel 4004- ը նախագծվեց և իրականացվեց Ֆեդերիկո Ֆագինիի կողմից Intel- ում՝ իր սիլիկոնային դարպասի MOS տեխնոլոգիայով՝ Intel- ի Մարկիան Հոֆի, Սթենլի Մեզորի և Busicom- ի Մասատոշի Շիմայի հետ միասին։ Միկրոպրոցեսորը հանգեցրեց միկրոհամակարգիչների և անհատական համակարգիչների զարգացմանը և միկրոհամակարգիչների հեղափոխությանը։

Ենթաճյուղեր 
Էլեկտրատեխնիկան ունի բազմաթիվ ենթագիտություններ, որոնցից ամենատարածվածը թվարկված են ստորև։ Չնայած կան էլեկտրիկ ինժեներներ, որոնք կենտրոնացած են բացառապես այս ենթառարկություններից մեկի վրա, շատերը զբաղվում են դրանց համադրությամբ։ Երբեմն որոշակի բնագավառներ, ինչպիսիք են էլեկտրոնային ճարտարագիտությունը և համակարգչային տեխնիկան, համարվում են առանձին առարկաներ։

Էներգետիկա 

Էներգետիկայի ոլորտը զբաղվում է էլեկտրաէներգիայի արտադրմամբ, փոխանցմամբ և բաշխմամբ, ինչպես նաև մի շարք հարակից սարքերի նախագծմամբ: Դրանք ներառում են տրանսֆորմատորներ, էլեկտրական գեներատորներ, էլեկտրական շարժիչներ, բարձր լարման ինժեներական և էլեկտրոնային էլեկտրոնիկա։ Աշխարհի շատ շրջաններում կառավարությունները պահպանում են էլեկտրական ցանց, որը կոչվում է էլեկտրաէներգիական ցանց, որը միավորում է տարբեր գեներատորներ իրենց էներգիայի օգտագործողների հետ միասին։ Օգտագործողները էլեկտրական էներգիա են գնում ցանցից՝ խուսափելով իրենց սեփականը ստեղծելու ծախսատար գործից։ Էլեկտրաէներգիայի ինժեներները կարող են աշխատել ինչպես էլեկտրական ցանցի, այնպես էլ դրան միացող էներգահամակարգերի նախագծման և պահպանման վրա։ Նման համակարգերը կոչվում են ցանցային էլեկտրաէներգիայի համակարգեր և կարող են ցանցն ապահովել լրացուցիչ էլեկտրաէներգիայի միջոցով, ցանցից էլեկտրաէներգիա քաշել կամ կատարել երկուսն էլ։ Էլեկտրաէներգիայի ինժեներները կարող են նաև աշխատել համակարգերի վրա, որոնք չեն միանում ցանցին, որոնք կոչվում են ցանցից դուրս հոսանքի համակարգեր, որոնք որոշ դեպքերում նախընտրելի են ցանցային համակարգերից։ Ապագան ներառում է արբանյակային կառավարվող էլեկտրահամակարգերը, իրական ժամանակում հետադարձ կապով `էներգիայի ալիքների կանխումը և խափանումները կանխելու համար։

Կառավարման ճարտարագիտություն 

Կառավարման ինժեներիան կենտրոնանում է բազմազան դինամիկ համակարգերի մոդելավորման և հսկիչների(կոնտրոլլերների) նախագծման վրա, որոնք կառաջացնեն այդ համակարգերը ցանկալի աշխատանքին: Նման հսկիչներն իրականացնելու համար էլեկտրական ինժեներները կարող են օգտագործել էլեկտրոնային շղթաներ, թվային ազդանշանային պրոցեսորներ, միկրոհսկիչներ և ծրագրավորվող տրամաբանական կարգավորիչներ (ՊԼԿ)։ Կառավարման ինժեներիան ունի լայն կիրառական ծրագրեր ՝ սկսած առևտրային ինքնաթիռների թռիչքային և շարժիչ համակարգերից մինչև շատ ժամանակակից ավտոմեքենաներում առկա թևավորության վերահսկում։ Կարևոր դեր ունի նաև արդյունաբերական ավտոմատացման մեջ։

Կառավարման ինժեներները հաճախ օգտագործում են հետադարձ կապը ՝ կառավարման համակարգեր նախագծելիս։ Օրինակ, վարման կառավարման համակարգ ունեցող մեքենայում մեքենայի արագությունը շարունակաբար վերահսկվում և հետ է մղվում համակարգին, որը համապատասխանաբար կարգավորում է շարժիչի ելքի հզորությունը։ Այն դեպքում, երբ կանոնավոր հետադարձ կապ կա, վերահսկման տեսությունը կարող է օգտագործվել ՝ որոշելու, թե ինչպես է համակարգը պատասխանում այդպիսի արձագանքին։

Էլեկտրոնիկա 

Էլեկտրոնային ինժեներիան ենթադրում է էլեկտրոնային շղթաների նախագծում և փորձարկում, որոնք օգտագործում են այնպիսի բաղադրիչների հատկությունները, ինչպիսիք են ռեզիստորները, կոնդենսատորները, ինդուկտորները, դիոդները և տրանզիստորները ՝ որոշակի ֆունկցիոնալություն հասնելու համար։ Կարգավորված շղթան, որը ռադիոյի օգտագործողին թույլ է տալիս զտել բոլոր հաճախականությունները, բացի մեկ կայանից, նման միացման մի օրինակն է միայն։ Հետազոտության մեկ այլ օրինակ է օդաճնշական ազդանշանային օդափոխիչը։

Երկրորդ համաշխարհային պատերազմից առաջ այդ թեման սովորաբար հայտնի էր որպես ռադիոտեխնիկա և հիմնականում սահմանափակվում էր կապի և ռադարների, կոմերցիոն ռադիոյի և վաղ հեռուստատեսության ասպեկտներով:Հետագայում ՝ հետպատերազմյան տարիներին, երբ սկսեցին զարգանալ սպառողական սարքերը, ոլորտն աճեց ՝ ներառելով ժամանակակից հեռուստատեսությունը, աուդիո համակարգերը, համակարգիչները և միկրոպրոցեսորները։ 1950-ականների կեսերից մինչև վերջ ռադիոտեխնիկա տերմինն աստիճանաբար իր տեղը զիջեց էլեկտրոնային ճարտարագիտություն անվանմանը։

Մինչև 1959 թ. ինտեգրալ շղթայի գյուտը, էլեկտրոնային շղթաները կառուցվել են դիսկրետ բաղադրիչներից, որոնք կարող են շահարկվել մարդկանց կողմից։ Այս դիսկրետ շղթաները սպառում էին մեծ տարածություն և ուժ և սահմանափակ էին արագությամբ, չնայած որոշ ծրագրերում դրանք դեռ տարածված են։ Ի հակադրություն, ինտեգրալային շղթաները մեծ թվով փոքր էլեկտրական բաղադրիչներ, հիմնականում տրանզիստորներ, փաթեթավորեցին մանրադրամի չափի փոքր չիպի մեջ։ Սա թույլ տվեց հզոր համակարգիչներին և այլ էլեկտրոնային սարքերին լինել այնպիսին, ինչպիսին մենք հիմա տեսնում ենք։

Միկրոէլեկտրոնիկա և նանոէլեկտրոնիկա 

Միկրոէլեկտրոնիկայի ինժեներիան զբաղվում է շատ փոքր էլեկտրոնային շղթայի բաղադրիչների նախագծմամբ և միկրոֆաբրիկատով `ինտեգրալային շղթայում օգտագործելու կամ երբեմն ինքնուրույն որպես ընդհանուր էլեկտրոնային բաղադրիչ օգտագործելու համար։ Ամենատարածված միկրոէլեկտրոնային բաղադրիչները կիսահաղորդչային տրանզիստորներն են, չնայած բոլոր հիմնական էլեկտրոնային բաղադրիչները (ռեզիստորներ, կոնդենսատորներ և այլն) կարող են ստեղծվել մանրադիտակային մակարդակում։ 

Նանոէլեկտրոնիկան սարքերի հետագա մասշտաբավորումն է ՝ հասնելով նանոմետրերի մակարդակի։ Մանակակից սարքերն արդեն գտնվում են նանոմետրի մակարդակում՝ ավելի քան 100 նմ վերամշակումը ստանդարտ է 2002 թվականից ի վեր:

Միկրոէլեկտրոնային բաղադրիչները ստեղծվում են կիսահաղորդիչների, ինչպիսիք են սիլիցիումը (բարձր հաճախականություններում, բարդ կիսահաղորդիչներ, ինչպիսիք են գալիում արսենիդը և ինդիումի ֆոսֆիդը), քիմիապես պատրաստելով վաֆլիներ `էլեկտրոնային լիցքի ցանկալի փոխադրումը ստանալու և հոսանքի հսկողության համար։ Միկրոէլեկտրոնիկայի ոլորտը ներառում է զգալի քանակությամբ քիմիա և նյութագիտություն և պահանջում է, որ ոլորտում աշխատող էլեկտրոնային ճարտարագետը շատ լավ աշխատանքային գիտելիքներ ունենա քվանտային մեխանիկայի ազդեցության մասին։

Ազդանշանի մշակում 

Ազդանշանի մշակումը զբաղվում է ազդանշանների վերլուծությամբ և կառավարմամբ։ Ազդանշանները կարող են լինել կամ անալոգային, որի դեպքում ազդանշանը տատանվում է անընդմեջ ըստ տեղեկատվության, կամ թվային, որի դեպքում ազդանշանը տատանվում է ՝ ըստ տեղեկատվությունը ներկայացնող դիսկրետ արժեքների շարքի։ Անալոգային ազդանշանների համար ազդանշանի մշակումը կարող է ներառել աուդիո սարքավորումների համար աուդիո ազդանշանների ուժեղացում և ֆիլտրում կամ հեռահաղորդակցման համար ազդանշանների մոդուլավորում և վերաձևավորում։ Թվային ազդանշանների համար ազդանշանի մշակումը կարող է ներառել թվային նմուշառված ազդանշանների սեղմում, սխալի հայտնաբերում և սխալի ուղղումԱզդանշանի մշակումը շատ մաթեմատիկորեն ուղղված և ինտենսիվ տարածք է, որը կազմում է թվային ազդանշանի մշակման առանցքը և այն արագորեն ընդլայնվում է նոր կիրառություններով `էլեկտրատեխնիկայի յուրաքանչյուր բնագավառում, ինչպիսիք են կապը, հսկողությունը, ռադարը, աուդիոտեխնիկան, հեռարձակման ճարտարագիտությունը, էներգետիկայի էլեկտրոնիկան և կենսաբժշկական ճարտարագիտությունը, քանի որ արդեն գոյություն ունեցող շատ անալոգային համակարգեր փոխարինվում են իրենց թվային գործընկերներով։ Անալոգային ազդանշանի մշակումը դեռևս կարևոր է կառավարման շատ համակարգերի նախագծման մեջ։

Թվային ազդանշանային պրոցեսորների ինտեգրալային շղթան առկա է ժամանակակից էլեկտրոնային սարքերի բազմաթիվ տեսակներում, ինչպիսիք են թվային հեռուստացույցները, ռադիոընդունիչները, Hi-Fi աուդիո սարքավորումները, բջջային հեռախոսները, մուլտիմեդիա նվագարկիչները, տեսախցիկները և թվային ֆոտոխցիկները, ավտոմեքենաների կառավարման համակարգերը, աղմուկը հանող ականջակալները, թվային սպեկտրի վերլուծիչները, հրթիռային ուղղորդման համակարգեր, ռադարային համակարգեր և հեռեմատիկա համակարգեր։ Նման արտադրանքներում թվային ազդանշանային պրոցեսոր կարող է պատասխանատու լինել աղմուկի նվազեցման, խոսքի ճանաչման կամ սինթեզի, թվային մեդիայի կոդավորման կամ վերծանման, տվյալների անլար փոխանցման կամ ստացման, GPS- ի միջոցով եռանկյունացման դիրքի և պատկերի մշակման, տեսանյութերի մշակման, աուդիո մշակման և խոսքի մշակման այլ տեսակների համար։

Հեռահաղորդակցություն 

Հեռահաղորդակցման ինժեներիան կենտրոնանում է տեղեկատվության փոխանցման վրա հաղորդակցական կապուղու միջով, ինչպիսին են կոաքսային մալուխը, օպտիկական մանրաթելը կամ ազատ տարածությունը:Ազատ տարածության վրա փոխանցումները պահանջում են, որ տեղեկատվությունը կոդավորվի կրիչի ազդանշանում `տեղեկատվությունը հարմար կրիչի հաճախականության վրա փոխանցելու համար. սա հայտնի է որպես մոդուլյացիա։ Անալոգային մոդուլյացիայի հանրաճանաչ տեխնիկան ներառում է ամպլիտուդի մոդուլյացիա և հաճախականության մոդուլացում։ Մոդուլյացիայի ընտրությունն ազդում է համակարգի արժեքի և աշխատանքի վրա, և այս երկու գործոնները պետք է մանրակրկիտ հավասարակշռվեն ինժեների կողմից։

Համակարգի հաղորդման բնութագրերը որոշելուց հետո, հեռահաղորդակցման ինժեներները նախագծում են այդպիսի համակարգերի համար անհրաժեշտ հաղորդիչները և ընդունիչները։ Այս երկուսը երբեմն զուգորդվում են `ստեղծելով երկկողմանի հաղորդակցման սարք, որը հայտնի է որպես ընդունիչ(տրանսիվեր)։ Հաղորդիչների նախագծման հիմնական կարևորությունը նրանց էներգիայի սպառումն է, քանի որ դա սերտորեն կապված է նրանց ազդանշանի ուժի հետ։ Սովորաբար, եթե փոխանցվող ազդանշանի հզորությունը անբավարար է, երբ ազդանշանը ստանա ստացողի ալեհավաքը(ները), ազդանշանի մեջ պարունակվող տեղեկատվությունը խաթարված կլինի։

Գործիքավորում 

Գործիքավորումների ինժեներությունը զբաղվում է սարքերի նախագծմամբ `չափելու ֆիզիկական մեծությունները, ինչպիսիք են ճնշումը, հոսքը և ջերմաստիճանը։ Նման գործիքների նախագծման համար անհրաժեշտ է լավ հասկանալ ֆիզիկան, որը հաճախ անցնում է էլեկտրամագնիսական տեսությունից։ Օրինակ ՝ թռիչքային գործիքները չափում են այնպիսի փոփոխականներ, ինչպիսիք են քամու արագությունը և բարձրությունը, որպեսզի օդաչուները վերլուծականորեն վերահսկեն օդանավերը։ Նմանապես, ջերմային զույգերն օգտագործում են Պելտեր-Սեբեկի էֆեկտը ՝ երկու կետերի ջերմաստիճանի տարբերությունը չափելու համար։

Հաճախ գործիքավորումը չի օգտագործվում ինքնին, այլ որպես ավելի մեծ էլեկտրական համակարգերի սենսորի փոխարինող։ Օրինակ ՝ ջերմակայանը կարող է օգտագործվել, որպեսզի ապահովի վառարանի ջերմաստիճանի կայունությունը. Այդ պատճառով գործիքաշինությունը հաճախ դիտվում է որպես կառավարման բաղկացուցիչ մաս։

Համակարգիչներ 

Համակարգչային ինժեներիան զբաղվում է համակարգիչների և համակարգչային համակարգերի նախագծմամբ։ Սա կարող է ներառել նոր սարքավորումների ձևավորում, նոր սարքավորումների, պլանշետների և գերհամակարգիչների նախագծում կամ արդյունաբերական գործարան վերահսկելու համար համակարգիչների օգտագործում։ Համակարգչային ինժեներները կարող են նաև աշխատել համակարգի ծրագրակազմի վրա։ Այնուամենայնիվ, բարդ ծրագրային համակարգերի նախագծումը հաճախ հանդիսանում է ծրագրակազմի ինժեներիայի տիրույթը, որը սովորաբար համարվում է առանձին առարկա։ Սեղանի համակարգիչները այն սարքերի մի փոքր մասն են, որոնց վրա կարող է աշխատել համակարգչային ինժեները, քանի որ համակարգչային նման ճարտարապետությունները այժմ հայտնաբերված են մի շարք սարքերում, ներառյալ տեսախաղերի կոնսուլները և DVD նվագարկիչները։

Հարակից առարկաներ 

Մեխատրոնիկան ինժեներական առարկա է, որը զբաղվում է էլեկտրական և մեխանիկական համակարգերի մերձեցմամբ։ Նման համակցված համակարգերը հայտնի են որպես էլեկտրամեխանիկական համակարգեր և ունեն լայնորեն ընդունվածություն։ Օրինակները ներառում են արտադրության ավտոմատացված համակարգեր, ջեռուցման, օդափոխության և օդորակման համակարգեր  և օդանավերի և ավտոմեքենաների տարբեր ենթահամակարգեր։   Էլեկտրոնային համակարգերի նախագծումը էլեկտրատեխնիկայի շրջանակներում այն առարկան է, որը զբաղվում է բարդ էլեկտրական և մեխանիկական համակարգերի բազմաբնույթ նախագծման հարցերով։

Մեխատրոնիկա տերմինը սովորաբար օգտագործվում է մակրոսկոպիկ համակարգերին վերաբերելու համար, բայց ֆուտուրիստները կանխատեսել են շատ փոքր էլեկտրամեխանիկական սարքերի առաջացումը։ Արդեն այդպիսի փոքր սարքերը, որոնք հայտնի են որպես Միկրոէլեկտրամեխանիկական համակարգեր (MEMS), օգտագործվում են ավտոմեքենաներում ՝ անվտանգության բարձիկների տեղակայման վայրերը հասկանալու համար, թվային պրոյեկտորներում ՝ ավելի հստակ պատկերներ ստեղծելու համար, և թանաքային տպիչներում ՝ բարձր հստակության տպման համար վարդակներ ստեղծելու համար։ Ապագայում հուսով ենք, որ սարքերը կօգնեն կառուցել փոքրիկ փոխպատվաստվող բժշկական սարքեր և բարելավել օպտիկական հաղորդակցությունը։

Կենսաբժշկական ճարտարագիտությունը ևս մեկ հարակից առարկա է, որը վերաբերում է բժշկական սարքավորումների նախագծմանը։ Սա ներառում է ֆիքսված սարքավորումներ, ինչպիսիք են օդափոխիչները, ՄՌՏ սկաները, և էլեկտրասրտագրիչների մոնիտորները, ինչպես նաև շարժական սարքավորումները, ինչպիսիք են կոկլեար իմպլանտները, արհեստական սրտխփոցները և արհեստական սրտերը։

Ավիատիեզերական ճարտարագիտության և ռոբոտաշինության օրինակ է հանդիսանում ամենաթարմ էլեկտրական շարժիչը և իոնային շարժիչը։

Կրթություն 

Էլեկտրատեխնիկները սովորաբար ունեն ակադեմիական աստիճան `էլեկտրատեխնիկայի, էլեկտրոնիկայի ճարտարագիտության, էլեկտրատեխնիկայի տեխնոլոգիայի կամ էլեկտրական և էլեկտրոնային ճարտարագիտության մասնագիտությունների գծով։  Բոլոր հիմնական ծրագրերում ուսուցանվում են նույն հիմնարար սկզբունքները, չնայած շեշտը կարող է տարբեր լինել ՝ կախված վերնագրից։ Նման աստիճանի ուսման տևողությունը սովորաբար չորս կամ հինգ տարի է, և ավարտված աստիճանը կարող է նշանակվել որպես գիտության բակալավր էլեկտրական / էլեկտրոնիկայի ինժեներական տեխնոլոգիայի, ճարտարագիտության բակալավրի, գիտության բակալավրի, տեխնոլոգիայի բակալավրի կամ կիրառական գիտության բակալավրիատի ոլորտում կախված համալսարանից։ Բակալավրի աստիճանը սովորաբար ներառում է ֆիզիկա, մաթեմատիկա, համակարգչային գիտություններ, նախագծերի կառավարում և էլեկտրատեխնիկայի մի շարք թեմաներ ընդգրկող միավորներ։ Սկզբնապես նման թեմաներն ընդգրկում են էլեկտրատեխնիկայի ենթառարկաների մեծ մասը։ Որոշ դպրոցներում ուսանողներն այնուհետև կարող են ընտրել իրենց ուսումնական դասընթացների ավարտին շեշտը դնել մեկ կամ ավելի ենթառարկաների վրա։

Բոլոր հիմնական ծրագրերում ուսուցանվում են նույն հիմնարար սկզբունքները, չնայած շեշտը կարող է տարբեր լինել ՝ կախված վերնագրից։ Նման աստիճանի ուսման տևողությունը սովորաբար չորս կամ հինգ տարի է, և ավարտված աստիճանը կարող է նշանակվել որպես գիտության բակալավր էլեկտրական / էլեկտրոնիկայի ինժեներական տեխնոլոգիայի, ճարտարագիտության բակալավրի, գիտության բակալավրի, տեխնոլոգիայի բակալավրի կամ կիրառական գիտության բակալավրիատի ոլորտում։ , կախված համալսարանից։ Բակալավրի աստիճանը սովորաբար ներառում է ֆիզիկա, մաթեմատիկա, համակարգչային գիտություններ, նախագծերի կառավարում և էլեկտրատեխնիկայի մի շարք թեմաներ ընդգրկող միավորներ։ Սկզբնապես նման թեմաներն ընդգրկում են էլեկտրատեխնիկայի, եթե ոչ բոլորը, եթե ոչ բոլորը, Որոշ դպրոցներում ուսանողներն այնուհետև կարող են ընտրել իրենց ուսումնական դասընթացների ավարտին շեշտը դնել մեկ կամ ավելի ենթառարկաների վրա։

Ճարտարագիտական ոլորտում կրթական մեծ հնարավորությունները և ֆակուլտետները Հայաստանում մեծամասամբ ներառված են Հայաստանի Ազգային Պոլիտեխնիկական համալսարանում, Հայաստանի Պետական Ճարտարագիտական համալսարանում, Երևանի պետական համալսարանում և այլուր։

Ծանոթագրություններ

Արտաքին հղումներ 
 International Electrotechnical Commission (IEC)
 MIT OpenCourseWare  in-depth look at Electrical Engineering – online courses with video lectures.
 IEEE Global History Network A wiki-based site with many resources about the history of IEEE, its members, their professions and electrical and informational technologies and sciences.

Էլեկտրատեխնիկա
Տեխնիկական գիտություններ