Електротехника

Електротехника — областа на инженерството што генерално се занимава со проучување и примена на електрична енергија, електроника и електромагнетизам.Областа првпат стана препознатлива во доцниот XIX век, по комерцијализација на електричниот телеграф и напојување со електрична енергија.Тоа сега покрива спектар на поднаслови вклучувајќи и електрични,електронски системи за контрола, обработка на сигналот и телекомуникациите.
Електротехниката може или не може да вклучуваат електронско инженерство. Каде прави разлика, обично надвор од САД, електротехниката се смета да се справи со проблемите поврзани со големи електрични системи, како што се пренос на енергија и моторнa контрола, со оглед на електронското инженерство се занимава со проучување на мали електронски системи вклучувајќи и компјутери и интегрирани кола. Алтернативно, електричните инженери обично се занимаваат со користење на електрична енергија што се емитува енергија, додека електронските инженери се занимавааат со користење на електрична енергија за пренесување информации. Неодамна, разликата стана нејасна од страна на раст на моќ електроника.
0.1 Историја на електротехниката
Електрична енергија е предмет на научниот интерес, барем на почетокот од 17 век. Првиот електроинженер веројатно беше Вилијам Гилберт, кој ја дизајнираше версориум: уред кој детектира присуство на статички објекти. Тој беше, исто така прв да се подготви јасна дистинкција меѓу магнетизам и статички електрицитет и е заслужен за создавање на поимот електрична енергија. Во научни експрименти Алесандро Волта измисли електрофорус, уред кој произведува статичка енергија бесплатно, и во 1800 Волта разви галваничен куп, претходник на електрична батерија.
Сепак, тоа не беше сè до 19 век дека истражувањата на оваа тема почнала да се интензивира. Значајни настани во овој век вклучуваат во работата на Георг Симеон Ом, кој во 1827 година го кфантифицира односот помеѓу електрична енергија и за потенцијалните разлики во еден проводник, Мајкл Фарадеј, откривач на електромагнетни индукција во 1831, и Џејмс Кларк Максвел, кој во 1873 година објавија унифицирана теорија на електрична енергија и магнетизам во неговиот Трактат за електрична енергија и магнетизам.
Томас Едисон го изгради првата светски голема електрична водоводна мрежа.
Во текот на овие години, студијата на електрична енергија во голема мера се сметаше за поле на физиката. На Дармштат универзитетот за технологија е основана прватакатедра и првиот Факултет за електротехника во светот во 1882 година. Во истата година, под професор Чарлс Крст, Масачусетс Институтот за технологија почна да ја нуди првата опција за електротехника во рамките на физичкиот оддел. Во 1883 година Дармштат универзитет за технологија и Универзитетот Корнел ги претставија првите курсеви во светот на студии во електротехниката , а во 1885 година Универзитетскиот колеџ во Лондон ја основа првата катедра на електротехниката во Обединетото Кралство. На Универзитетот на Мисури потоа основан првиот оддел на електротехниката во САД во 1886 година.
Во текот на овој период, работата во врска со електротехниката се зголемија драстично.Во 1882 година,e вклучен првиот светски големo електрично напојување на мрежа за која се предвидени 110 волти струја за педесет и девет клиенти во Менхетен. Во 1884 Сер Чарлс Парсонс ја измислил парна турбина која денес генерира околу 80 проценти од електричната енергија во светот со користење на различни извори на топлина. Во 1887 година, Никола Тесла поднесе број на патенти поврзани со конкурентен форма на дистрибуција на електрична енергија, познат како наизменична струја. Во следните години горчливото соперништво помеѓу Тесла и Едисон, познат како "Војна на струја", се одржа во текот на склопот на метод на дистрибуција. AC евентуално заменува ДК за производство и дистрибуција на електрична енергија, енормно проширување на опсегот и подобрување на безбедноста и ефикасноста на дистрибуција на електрична енергија.
Напорите на двете не многу да се работи понатаму електротехниката-Тесла за мотори и polyphase системи влијание на теренот за годините што доаѓаат, додека работата на Едисон за телеграфија и неговиот развој на акција покажа профитабилен за неговата компанија, која на крајот стана генерал електрични. Сепак, до крајот на 19 век, други клучни фигури во напредокот на електротехниката биле почнуваат да се појавуваат.
0.1.1 Современите случувања
Во текот на развојот на радио, многу научници и пронаоѓачи придонесе за радио технологија и електроника. Во неговото класично UHF експерименти на 1888 година, Хајнрих Рудолф Херц пренесуваат (преку јазот искра-предавател) и детектирани користејќи радио бранови електрична опрема. Во 1895 година, Никола Тесла беше во можност да ги детектира сигналите од пренос на неговата Њујорк лабораторија во Вест Поинт (растојание од 80,4 km / 49,95 милји). Во 1897 година, Карл Фердинанд Браун претстави Катодни цевка, како дел од осцилоскоп, клучна овозможување на технологијата за електронскa телевизија.
Џон Флеминг ja измислил првата радио цевка, светодиода, во 1904 година.Две години подоцна, Роберт фон Lieben и Ли Де Форест независно развиен, на засилувач туба, наречена триода
Во 1895 година, Гуљелмо Маркони се поткрепи уметноста на hertzian безжичен методи. Рано, тој испрати безжични сигнали во текот на оддалеченост од еден и пол милји. Во декември 1901 година, тој испрати безжичен бранови, кои не беа погодени од искривување на Земјата. Маркони подоцна пренесува безжично сигнали преку Атлантикот помеѓу Poldhu, Корнвол, а Свети Јован, Њуфаундленд, на растојание од 2.100 милји (3.400 км). Во 1920 година Алберт пловниот разви магнетронно кој на крајот ќе доведе до развојот на микробранова печка во 1946 година од страна на Перси Спенсер.
Во 1934 година британската воена започнува да чекори кон радар (кој исто така го користи магнетронно) под раководство на д-р Wimperis, кулминирајќи во работењето на првата радарска станица во Bawdsey во август 1936 година.
Во 1941 година Конрад ZUSE претстави Z3, првиот во светот целосно функционални и програмабилни компјутер. Во 1946 година "ENIAC (Елетронски бројчен интегратор и сметач) на Џон Преспер учебници и Џон Мочли следи, почеток на компјутерска ера.Аритметичката перформанси на овие машини е дозволено инженери да се развие целосно нови технологии и да постигнат нови цели, вклучувајќи го и Аполо мисиите и на Месечината на НАСА слетување.
Пронаоѓањето на транзистор во 1947 од Вилијам Б. Shockley, Џон Bardeen и Валтер Brattain ја отвори вратата за повеќе компактен уреди и доведе до развој на интегрирано коло во 1958 од Џек Kilby и независно во 1959 година од Роберт Noyce. Почнувајќи во 1968 година, Тед Hoff и еден тим на "Интел" измислил првата комерцијална микрообработувач, кој е преседан на личен сметач. На Intel 4004 беше 4-битен процесор издаден во 1971 година, но во 1973 година на Intel 8080, на 8-битен процесор, го направи првиот личен сметач, за Altair 8800, можно.
0.2 Образование и обука на електрични и електронски инженери
Електроинженери обично поседуваат академски степен во електротехниката.Должината на студија за таков степен е обично четири или пет години, а завршен степен можат да бидат определени како диплома на факултет, диплома за наука, диплома на технологија или диплома за применета наука во зависност од доставувачот на универзитетот. Степенот обично вклучува единици ги опфаќа физиката, математиката, компјутерските науки, управување со проекти и конкретни теми во електротехниката.Првично такви теми покрие најголем дел, ако не и сите, на под-дисциплини на електротехниката. Студентите потоа да изберат да се специјализираат во една или повеќе под-дисциплини кон крајот на диплома.
Некои електрични инженери исто така одбираат да продолжат на постдипломски степен како таков Учителот по инженерство / Магистер на науки (Менг / м), мајстор на инженерско управување, еден доктор доктор по инженерство(EngD), или инженер, е степен. Мајсторот и диплома инженер може да се состојат од или истражување, предмети или мешавина од двете. Доктор по филозофија и инженерска докторат степени се состои од значителен истражување на компонентата и често се видени како влезна точка на академијата. Во Обединетото Кралство и разни други европски земји, мајстор на факултет е често се смета за додипломски студии на малку подолго времетраење од диплома од факултет.
0.3 Дејност на инженери
Во повеќето земји, диплома во областа на инженерството претставува прв чекор кон професионална сертификација и степенот програмата за себе е сертифициран од страна на професионално тело. По завршувањето заверена диплома програма на инженерот што мора да ги задоволуваат низа на барања (вклучително и работно искуство барања) пред да се потврдија. Еднаш потврден инженерот е означен со насловот на професионални инженер (во САД, Канада и Јужна Африка), експерт инженер (во Индија, Велика Британија, Ирска и Зимбабве), експерт Стручна инженер (во Австралија и Нов Зеланд), или Европската инженер (во поголемиот дел од Европската унија).
Предностите на сертификација се разликуваат во зависност од локацијата. На пример, во САД и Канада "само лиценциран инженер може да работи за јавни и приватниот клиенти". Овој услов се применува од страна на државните и провинцијално законодавство, како што се Квебек инженерите на Законот. Во други земји, нема таква легислатива постои. Практично сите овластените тела ги одржуваат код на етика дека очекуваат сите членови да ги почитуваат или ризик протерување. На овој начин овие организации играат важна улога во одржувањето на етичките стандарди на професијата. Дури и во судски надлежности, каде што сертификација има малку или никакво правно значење за работа, инженери се предмет на договорот закон. Во случаи каде што се работи инженер е тој или таа не може да биде предмет на ДЕЛИКТ од небрежност, а во екстремни случаи, цената на кривични небрежност. работа инженер, исто така, мора да бидат усогласени со бројни други правила и прописи, како што се градење на кодови и законодавство кои се однесуваат на законот за животна средина.
Професионални тела на белешка за електроинженери вклучува на Институтот за електротехника и електроника Инженери (IEEE) и Заводот за инженерство и технологија (IET). На IEEE тврди дека произведува 30% на книжевноста во светот во електротехниката, има над 360.000 членови низ целиот свет и има над 3.000 конференции еднаш годишно. На IET објави 21 списанија, има низ целиот свет за членство од над 150.000, и тврди дека е најголемото професионална инженерско здружение во Европа. стареењето на технички вештини е сериозна загриженост за електрични инженери. Членство и учество во техничкиот општества, редовни прегледи на периодиката во поле и навика да продолжи учењето затоа се од суштинско значење за одржување на владеење.
Во Австралија, Канада и САД електроинженери сочинуваат околу 0,25% од работната сила (види забелешка). Надвор од Европа и Северна Америка, дипломирани инженери по глава на жител, а со тоа веројатно електротехниката дипломирани студенти, исто така, се најбројни во Тајван, Јапонија и Јужна Кореја.
0.4 Алатки и работа
Од Глобалниот систем за позиционирање за електрична енергија, електрични инженери се придонесе за развој на широк опсег на технологии. Тие дизајн, развој, испробување и врши надзор на распоредувањето на електрични системи и електронски уреди. На пример, тие можат да работат на дизајнот на телекомуникациски системи, операцијата на електрични централи, осветлување и инсталации на зградите, на дизајнот на апарати за домаќинство или електрични контрола на индустриските машини.
Сателитски комуникации е една од многуте проекти електричен инженер би можеле да работат на
Фундаментално значење за дисциплина се науки на физика и математика, како овие помогне да се добијат и една квалитативна и квантитативна опис на тоа колку ваквите системи ќе работат. Денес повеќето инженерски работи вклучуваат користење на компјутери и тоа е вообичаена за користење на компјутер потпомогнати дизајн на програми при дизајнирање електрични системи. Сепак, способноста да го скицирам идеи сè уште е непроценливо за брзо комуникацијa со другите.
Иако повеќето електрични инженери ќе разберат основните коло теорија(која е интеракцијата на елементите како што се отпорници, кондензатори, диоди, транзистори и намотки во кола), теории вработени инженери обично зависи од работа тие го прават. На пример,квантната механика и физика на тврдото тело би можеле да бидат релевантни за инженер, работејќи на VLSI (дизајнот на интегрирани кола), но во голема мера се нерелевантни за инженери кои работат со макроскопски електрични системи. Дури коло теоријата не можат да бидат релевантни на лице дизајнирање телекомуникациски системи кои користат Off-на-полица компоненти. Можеби најважното технички вештини за електроинженери се огледаат во универзитетски програми, кои потенцираат силна бројчени вештини, компјутерска писменост и способноста да се разбере на технички јазик и концепти кои се однесуваат на електротехниката.
За многу инженери, техничка работа сметки за само дел од работата што прават. А многу време, исто така, може да се потроши на задачи како што се разговара за предлози со клиенти, подготовка на буџети и одредување на проектот планови. Многу високи инженери раководи со тим од техничари или други инженери и поради оваа причина проектниот менаџмент вештини се важни. Повеќето инженерски проекти вклучуваат некој вид на документација и силна писмени комуникациски способности затоа се многу важни.
На работните места на електроинженери се само разновидни колку и видови на работа прават. Електроинженери може да се најде во исконскиот лабораторија животната средина на измислица растение, канцелариите на консултантска фирма или на место во рудник. Текот на нивниот работен живот, електрични инженери може да се најдат самите надгледување на широк опсег на поединци, вклучувајќи научници, електричари,компјутерски програмери и други инженери.
0.5 Под-дисциплини
Електротехниката има многу под-дисциплини, од најпопуларните на кои се наведени подолу. Иако постојат електрични инженери кои се фокусираат исклучиво на еден од овие под-дисциплини, многу се занимаваат со комбинација од нив. Понекогаш одредени области, како на пример електроинженерството и сметачкото, се сметаат за посебни дисциплини во сопствената десно.
0.5.1 Моќ пол
Електроенергетика се занимава со производство, пренос и дистрибуција на електрична енергија, како и дизајнот на голем број на поврзани уреди. Тие вклучуваат трансформатори, електрични генератори, електромотори, високонапонско инженерство и моќ електроника. Во многу региони на светот, владите се одржи електрична мрежа наречена електричната мрежа, која поврзува различни генератори заедно со корисниците на нивните енергија. Корисници купување електрична енергија од мрежата, избегнување на скапи остварување на тие морале да генерирате свој. Моќ инженери може да работи на дизајнот и одржувањето на електричната мрежа, како и на енергетски системи, кои се поврзете на неа. Ваквите системи се наречени он-решетка енергетски системи и може да снабдување на мрежата со дополнителна енергија, да привлече струја од мрежата или не и двете. Моќ инженери, исто така, може да работат на системи кои не се поврзете на мрежата, наречен Off-решетка енергетски системи, кои во некои случаи се препорачува да се на-решетка системи. Иднина Сателитска вклучува контролирана енергетски системи, со повратни информации во реално време за да се спречи моќ извира и да се спречи blackouts.
0.5.2 Контролно инженерство
Контролното инженерството се фокусира на моделирање на различни видови на динамички системи и дизајнот на контролори кои ќе предизвикаат овие системи да се однесуваат во саканиот начин. Да се имплементираат вакви контролори електроинженери може да користите електрични кола, дигиталниот сигнал обработувачи,микроконтролери и PLCs (Програмабилни Логички Контролери). Контролното инженерство има широк спектар на апликации од летот и погон системи на комерцијална авиони на крстарење контрола присутна во многу модерни автомобили. Таа, исто така, игра важна улога во индустриската автоматизација.
Контрола инженери често користат повратни информации при дизајнирањето на системите за контрола. На пример, во автомобил со крстосувачки контрола на брзината на возилото е континуирано да се следат и нахранети назад на систем кој прилагодување на излезна моќност на моторот е соодветно. Онаму каде што има редовни повратни информации, контрола теорија може да се користи за да се утврди како системот реагира на таков фидбек.
0.5.3 Електроинженерство
Електроинженерството (електронско инженерство) вклучува проектирање и испробување на електронски кола кои ги користат особините на компоненти како што се отпорници, кондензатори,намотки,диоди и транзистори да се постигне одредена функционалност. На наместени коло, кој му овозможува на корисникот на радиото да се филтрираат сите освен една станица, е само еден пример на таква кола. Друг пример (на пневматски сигнал климатик) е прикажана во соседните фотографија.
Пред Втората светска војна, предмет бил познат како радиоинженерство и во основа беше ограничена на аспекти на комуникациите и радар, комерцијални радио и почетокот на телевизија. Подоцна, во пост воени години како потрошувачите уреди почна да се развива, полето се зголеми за да го вклучите модерна телевизија, аудио системи, компјутери и микрообработувачи. Во средината до крајот на 1950 година, терминот радиоинженерство постепено дал начин за името електроинженерство.
Пред пронаоѓањето на интегралните кола во 1959 година, електронските кола беа конструирани од дискретни компоненти кои би можеле да се манипулира со луѓето. Овие дискретни кола троши многу простор и моќ и беа ограничени во брзина, иако тие сè уште се чести во некои апликации. Спротивно на тоа, интегрирани кола спакувани голем број-често милиони-на мали електрични компоненти, главно транзистори, во мал чип околу големината на паричка. Ова им овозможи на моќни компјутери и други електронски уреди што го гледаме денес.
0.5.4 Микроелетроника
Микроелектронското инженерство се занимава со дизајн и microfabrication многу мали електронски коло компоненти за употреба во интегрирано коло или понекогаш за употреба на сопствени како општо електронска компонента. Најчестите microelectronic компоненти се полупроводнички транзистори, иако сите главни електронски компоненти (отпорници, кондензатори, намотки) може да се создаде на микроскопски ниво. Наноелектрониката е понатамошно Приспособете на уреди за одредување на нанометри нивоа.
Microelectronic компоненти се создадено од хемиски fabricating оспорува на полупроводници, како што се силициум (на повисоки честоти, соединение полупроводници како gallium arsenide и Индиум фосфид) за да се добие саканиот транспорт на електронски задолжен и за контрола на струја. Од областа на микроелектрониката вклучува значителен износ на хемија и материјал науката и бара електронски инженер, работејќи во поле, за да имаат многу добри работни познавање на ефектите на квантната механика.
0.5.5 Обработка на сигналот
А филтерот Bayer на CCD бара обработка на сигналот за да добиете црвена, зелена, и сина вредност на секој пиксел
Обработка на сигнали се занимава со анализа и манипулација на сигнали. Сигналите може да биде или аналогни, во кој случај на сигналот варира постојано, според информациите, или дигитален, во кој случај на сигналот варира во зависност од серија на дискретни вредности претставуваат информации. За аналогни сигнали, обработка на сигналот може да вклучи на засилување и филтрирање на аудио сигнали за аудио опрема или модулација и demodulation на сигнали за телекомуникациите. За дигиталните сигнали, обработка на сигналот може да вклучи на компресија, грешка грешка при детекција и исправка на дигитално земање мостри сигнали.
Обработка на сигналот е многу математички ориентиран и интензивна област формирање на јадрото на дигиталното обработка на сигналот и таа е брзо проширување со нови апликации во секое поле на електротехниката како што се комуникациите, контрола, радарот, TV / аудио / видео инженерство, енергија електроника и биомедицинско инженерство како многу веќе постоечките аналогни системи се заменува со своите дигитални колеги.
Иако во класичната ера, аналоген сигнал за обработка на само под услов математичка опис на системот да бидат дизајнирани, што всушност е имплементирано од аналогни хардвер инженери, Дигитална обработка на сигналот и обезбедува математички опис на системи за да бидат проектирани и, исто така, всушност, ги спроведува (или од страна на софтвер за програмирање или со вградување на хардвер) без многу зависност од хардверот прашања, кои exponentiates значењето и успехот на DSP-инженерство.
На длабоки и силни односи помеѓу сигналите и информациите што тие носат прави обработка на сигналот еквивалент на обработка на информации. Што е причина зошто областа наоѓа толку многу диверзифицирани апликации. DSP процесор шеми, се најде во секој вид на модерна електронска системи и производи, вклучувајќи ги, SDTV | HDTV множества, радија и мобилни комуникациски уреди, Hi-Fi аудио опрема, Dolby редукција на шум алгоритми, GSM мобилни телефони, mp3мултимедијални плеери, камери и дигитални фотоапарати, автомобилот на системите за контрола, бучава слушалки, дигитален спектар анализатори, интелигентни проектили насоки, радарот, GPS засновани крстарење системи за контрола и сите видови на обработка на сликата, за видео обработка, аудио обработка и говор системи за обработка.
0.5.6 Телекомуникациско инженерство
Телекомуникациското инженерство се фокусира на пренесување на податоците низ некој канал, како што се убедувам кабел,оптички кабел или слободен простор. Трансмисии во слободен простор бараат информации да бидат кодирани во превозникот бран, со цел да се префрлат на информации на превозникот честота погодна за пренос, оваа е позната како модулација. Популарна аналогна модулација техники вклучуваат амплитуда Модулација и честота модулација. Изборот на модулација влијае на цената и перформансите на системот и овие два фактори мора да биде урамнотежена внимателно од страна на инженер.
Откако пренос одлики на еден систем се дефинира, телекомуникациска инженери дизајн на предаватели и приемници потребни за ваквите системи. Овие две понекогаш се комбинираат за да формираат една двонасочна комуникација уред познат како трансивер.Клучна разгледува во дизајнот на предаватели е нивната потрошувачка на енергија, бидејќи ова е тесно поврзани со нивната јачина на сигналот. Ако силата на сигналот од предавателот е недоволна информираност на сигналот ќе бидат оштетени од бучава.
0.5.7 Инструментно инженерство
Инструментното инженерство се занимава со дизајн на уреди за мерење на физички количества, како што се притисок,проток и температура. Дизајнот на таквите инструменти бара добро разбирање на физиката, кои често се протега надвор од електромагнетни теорија. На пример, радар пиштоли употреба на ефектот Доплер за мерење на брзината на идване возила. Слично на тоа, thermocouples користите PELTIER-Seebeck ефект да се измери температурата разлика меѓу две точки.
Често инструменти не се користи само по себе, но наместо тоа, како сензори на поголемите електрични системи. На пример, термоспој може да се користи да им се помогне се обезбеди температура на печка останува константна. За оваа причина, инструментното инженерство е често се смета за пандан на контролното инженерство.
0.5.8 Сметачко инженерство
Сметачкото инженерство се занимава со дизајн на сметачи и сметачки системи.Ова може да вклучи на дизајнот на нов хардвер, дизајнот на PDA уредите или употребата на компјутери за контрола на индустриски погон. Компјутерски инженери, исто така, може да работи на софтвер за системот. Сепак, дизајнот на комплексни софтверски системи често се во доменот на програмско инженерство, која е обично се смета за посебен дисциплина. Десктоп компјутери претставуваат мал дел од уреди за компјутер инженер би можеле да работат на, како компјутерски архитектури како сега се наоѓа во опсег на уреди, вклучувајќи конзоли за видеоигри и DVD плеери.
0.6 Сродни дисциплини
Мехатрониката е инженерска дисциплина која се занимава со конвергенција на електрични и механички системи. Ваквите комбинирани системи се познати како електромеханички системи и имаат широко распространета прием. Примерите вклучуваат автоматски системи за производство, греење, вентилација и климатизација системи и различните подсистеми на авиони и автомобили.
Терминот мехатроника обично се користи за да се однесуваат на макроскопски системи, но футуристите се предвидува појавата на многу мали електромеханички уреди. Веќе толку мали уреди, познат како Microelectromechanical системи (MEMS), се користат во автомобилите да се каже воздушни перници, кога да се распореди, во дигитални проектори да создавате поостри слики и во инк-џет печатачи да создавате млазници за печатење со висока дефиниција. Во иднина се надеваме на уреди ќе помогнат во изградбата на мали импланти медицински помагала и да се подобри оптичка комуникација.
Биомедицинското инженерство е друга поврзана дисциплина која се занимава со дизајн на медицинска опрема. Ова ги вклучува фиксна опрема, како што вентилатори, МНР скенери и електрокардиограми монитори, како и мобилни опрема, како што кохлеарен импланти, вештачко пејсмејкери и вештачки срца.
1 Наводи