วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์

วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์  เดิมเป็นสาขาหนึ่งของวิศวกรรมไฟฟ้าที่ถูกแยกออกมาเพื่อให้เห็นความแตกต่างของงานทางด้านไฟฟ้ากำลัง กับงานทางด้านอิเล็กทรอนิกส์
โดยทั่วไปแล้ววิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์หมายความครอบคลุมถึง วงจรอิเล็กทรอนิกส์ระดับสัญญาณต่ำ (small signal) ทั้งระบบแอนะล็อกและดิจิทัล ทั้งระดับPrinted Circuit Board และIntegrated Circuit และอาจรวมไปถึงระบบสื่อสารทั้งทางคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า, และแสง
อิเล็กทรอนิกส์ เดิมทีเป็นสาขาที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบ และ ทดสอบวงจรไฟฟ้า ซึ่งสร้างจากอุปกรณ์ที่มีคุณสมบัติเฉพาะทางแม่เหล็กไฟฟ้า ตั้งแต่อุปกรณ์ที่เป็น active เช่นหลอดสูญญากาศ, แบตเตอรี, เซลล์เชื้อเพลิง, จอแสดงผล จนถึง อุปกรณ์จากสารกึ่งตัวนำเช่น ไดโอด ทรานซิสเตอร์ และ อื่น ๆ รวมทั้งอุปกรณ์ที่เป็น พาสซีฟ เช่นตัวต้านทาน, ตัวเก็บประจุและขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อให้เป็นอุปกรณ์ที่ทำงานตามจุดประสงค์ที่ต้องการ เช่น เป็นวงจรวิทยุสื่อสาร วงจรคอมพิวเตอร์ เป็นต้น ปัจจุบันขอบเขตของวิศวกรรมอิเล็กโทรนิคส์ถูกขยายออกไปเป็น subfield ได้แก่ อิเล็กทรอนิกส์แอนะลอก, อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัล, อิเล็กทรอนิกส์ผู้บริโภค, ระบบการฝังตัว และอิเล็กทรอนิกส์กำลัง
วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ยังเข้าไปทำงานร่วมกับงาน implement ของ application, งานด้าน หลักการและ algorithm เกี่ยวกับฟิสิกส์ของ solid state, โทรคมนาคม, ระบบควบคุม, การประมวลผลสัญญาณ, วิศวกรรมระบบคอมพิวเตอร์, วิศวกรรมเครื่องมือ, วิศวกรรมควบคุมพลังงานไฟฟ้า, หุ่นยนต์, และอื่น ๆ อีกมากมาย.
สถาบันวิศวกรไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ (IEEE) เป็นหนึ่งในองค์กรที่สำคัญที่สุดและมีอิทธิพลสำหรับวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์
ความสัมพันธ์กับวิศวกรรมไฟฟ้า.
Electronics เป็นสาขาย่อยภายในวิชาการวิศวกรรมไฟฟ้า ปริญญาด้วย major ทางอิเล็กทรอนิกส์สามารถประสิทธ์ประศาสตร์ได้จากมหาวิทยาลัยบางแห่ง ในขณะที่มหาวิทยาลัยบางแห่งให้ปริญญาเป็นวิศวกรรมไฟฟ้าเฉย ๆ วิศวกรไฟฟ้ายังถูกใช้ในโลกของการศึกษาว่ารวมถึงวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์. อย่างไรก็ตามบางคนพิจารณาว่า 'วิศวกรไฟฟ้า' ควรจะสงวนไว้สำหรับผู้ที่มีความเชี่ยวชาญในไฟฟ้ากำลังหรือไฟฟ้าแรงดันสูง ขณะที่คนอื่นพิจารณาว่า'กำลัง'เป็นเพียงหนึ่งในส่วนย่อยของวิศวกรรมไฟฟ้าและใช้ 'power engineering' แทน ปัจจุบัน มีการเรียนการสอนในส่วนของวิศวกรรมไฟฟ้าที่มีการศึกษาในเบื้องลึกและประศาสตร์ปริญญาให้ต่างหาก เช่น 'วิศวกรรมข้อมูล', 'วิศวกรรมระบบ', 'วิศวกรรมระบบสื่อสาร' ซึ่งจะถูกตามท้ายด้วยแผนกการศึกษาที่มีชื่อคล้ายกันและทั่วไปก็ไม่ถือว่าเป็นสาขาหนึ่งของวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์แต่ว่าเป็นวิศวกรรมไฟฟ้า
เริ่มต้นในปี 1980s, คำว่าวิศวกรคอมพิวเตอร์มักจะถูกใช้เพื่ออ้างถึงสาขาย่อยของวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์หรือวิศวกรข้อมูล แต่วิศวกรรมคอมพิวเตอร์ขณะนี้ถือว่าเป็นส่วนย่อยของวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์และวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์และคำนี้กำลังกลายเป็นคำโบราณ
ประวัติศาสตร์.
จุดเริ่มต้นของสาขาอิเล็กทรอนิกส์ ถือเริ่มจากการปรับปรุงเทคโนโลยีโทรเลขในปลายศตวรรษที่ 19 และวิทยุและโทรศัพท์ในต้นศตวรรษที่ 20 การประดิษฐ์หลอดสุญญากาศ Audion ในปี ค.ศ. 1907 โดย Lee de Forest ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำคัญที่ใช้ในการสร้างวงจรรับส่งสัญญาณ และอุปกรณ์จำนวนมากของการพัฒนาระบบอิเล็กทรอนิกส์ในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองของเรดาร์, โซนาร์, ระบบการสื่อสาร, และอาวุธที่ทันสมัย ในปลายปี 1950 ที่วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ในระยะเริ่มต้นที่จะโผล่ออกมา การค้นพบ ทรานซิสเตอร์ โดย วิลเลียม ช็อคลีย์ (William Schockley) ที่ ศูนย์วิจัยเบลล์ (Bell Labs) ซึ่งเป็นวิวัฒนาการที่สำคัญ ทำให้สามารถสร้างวงจรต่าง ๆ ในขนาดเล็กลง และประหยัดไฟฟ้า
ในปัจจุบันวงจรอิเล็กทรอนิกส์เป็นจำนวนมากนั้นจะอยู่ในรูป ที่เรียกว่า วงจรรวม (integrated circuit) ซึ่งวงจรทั้งหมดนั้นจะถูกสร้างอยู่บนแผ่นสารกึ่งตัวนำ เรียก ชิพ (chip) ซึ่งบนแผ่นสารกึ่งตัวนำซึ่งโดยทั่วไปจะมีขนาดประมาณเท่าเหรียญนี้ จะประกอบไปด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยเฉพาะทรานซิสเตอร์จำนวนนับล้าน ทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์นั้นยิ่งมีขนาดที่เล็กลง และ ประหยัดไฟมากขึ้น
การออกแบบวงจรรวมนี้ นอกจากการออกแบบตัววงจรแล้ว ยังรวมไปถึงการแปลงแผนภูมิวงจร (schematic) ให้อยู่ในรูปแผนภูมิเพื่อการสร้างบนแผ่นสารกึ่งตัวนำ (layout) ซึ่งการแปลงนี้จะมีการใช้คอมพิวเตอร์เข้าช่วย
กระบวนการในการผลิต วงจรรวมก็เป็นสาขาย่อยหนึ่งที่สำคัญในปัจจุบัน เนื่องมาจากเทคโนโลยีในการผลิตนี้ ("ดู photolithography") เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ในการผลิตอุปกรณ์ในขนาดที่เล็กมากเป็น ไมโครเมตร หรือ นาโนเมตร
นอกจากนั้นเทคโนโลยีนี้ยังเกี่ยวข้องเทคโนโลยีร่วมระหว่างสาขาไฟฟ้าและ เครื่องกล คือ ไมโครเทคโนโลยี (MEMS) ซึ่งเป็นการออกแบบอุปกรณ์กลไกขนาดไมโครเมตร ในวงจรรวม
สาขาย่อย.
วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์มีหลายสาขา ส่วนนี้จะอธิบายบางส่วนของสาขาที่นิยมมากที่สุดในสาขาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ แม้ว่าจะมีวิศวกรที่มุ่งเน้นเฉพาะในสาขาใดสาขาหนึ่งโดยเฉพาะ ยังมีอีกหลายคนที่ให้ความสำคัญกับการรวมกันของหลายสาขา
การประมวลสัญญาณ ทำเกี่ยวกับการวิเคราะห์และการจัดการของสัญญาณ สัญญาณสามารถเป็นได้ทั้งแบบแอนะล็อก (สัญญาณที่แตกต่างกันไปอย่างต่อเนื่องตามข้อมูล) หรือดิจิทัล (สัญญาณที่แตกต่างกันไปตามชุดของค่าที่เป็นตัวแทนของข้อมูลที่ไม่ต่อเนื่อง)
สำหรับสัญญาณแอนะล็อก Signal Processingอาจเกี่ยวข้องกับการใช้วงจรขยายและการกรองของสัญญาณเสียงหรือการ modulate/demodulate ของสัญญาณสำหรับการสื่อสารโทรคมนาคม สำหรับสัญญาณดิจิทัล, การประมวลผลสัญญาณอาจเกี่ยวข้องกับการบีบอัด, การตรวจสอบข้อผิดพลาดและแก้ไขข้อผิดพลาดของสัญญาณดิจิทัล
วิศวกรรมโทรคมนาคม ทำเกี่ยวกับการส่งผ่านข้อมูลไปในตัวกลางเช่นสายเคเบิลแกนร่วมกัน, ใยแก้วนำแสงหรือพื้นที่ว่าง
การส่งสัญญาณผ่านพื้นที่ว่างต้องจัดการให้ข้อมูลเข้ารหัสในคลื่นพาหะเพื่อที่จะแทรกข้อมูลเข้าไปในความถี่ของคลื่นพาหะที่เหมาะสมสำหรับการส่ง เรียกว่าการ modulation ที่ยอดนิยมของสัญญาณแอนะล็อกคือ Amplitude Modulation และ Frequency Modulation การที่จะเลือกว่าควรจะใช้แบบไหนมีผลกระทบต่อค่าใช้จ่ายและประสิทธิภาพของระบบและปัจจัยทั้งสองนี้จะต้องสมดุลอย่างระมัดระวังโดยวิศวกร
วิศวกรโทรคมนาคมจะออกแบบเครื่องส่งสัญญาณและรับสัญญาณที่จำเป็นสำหรับระบบดังกล่าว อุปกรณ์การสื่อสารที่ทำได้ทั้งส่งและรับเรียกว่า transceiver ข้อพิจารณาที่สำคัญในการออกแบบเครื่องส่งสัญญาณคือการใช้พลังงานในการส่ง หากความแรงของสัญญาณจากเครื่องส่งสัญญาณไม่เพียงพอ ข้อมูลของสัญญาณจะเสียหายด้วยเสียงรบกวน
วิศวกรรมควบคุม มีหลากหลายมากตั้งแต่การบินและระบบแรงขับของเครื่องบินเชิงพาณิชย์ ไปจนถึงการควบคุมการวิ่งของรถยนต์ที่ทันสมัยในปัจจุบัน นอกจากนี้ยังมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมอัตโนมัติ
วิศวกรควบคุมมักจะใช้ประโยชน์จากfeedbackในการออกแบบระบบควบคุม ตัวอย่างเช่นในรถที่มีการควบคุมการล่องความเร็วของรถคือการตรวจสอบอย่างต่อเนื่องและป้อนกลับไปยังระบบซึ่งปรับการส่งออกพลังงานของเครื่องยนต์ ในกรณีที่มีfeedback อย่างสม่ำเสมอ ทฤษฎีการควบคุมสามารถใช้ในการกำหนดวิธีการที่ระบบจะfeedbackดังกล่าว
วิศวกรรมเครื่องมือเกี่ยวข้องกับการออกแบบของอุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดปริมาณทางกายภาพเช่นความดัน, การไหลและอุณหภูมิ อุปกรณ์เหล่านี้เป็นที่รู้จักกันว่าเป็นเครื่องมือ
การออกแบบของเครื่องมือดังกล่าวจำเป็นต้องมีความเข้าใจที่ดีของฟิสิกส์ที่มักจะขยายเกินทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า ตัวอย่างเช่นปืนเรดาร์ใช้ Doppler Effect ในการวัดความเร็วของยานพาหนะที่กำลังวิ่งเข้ามา ในทำนองเดียวกันเทอร์โมคัพเพิลใช้ผล Peltier-Seebeck เพื่อวัดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างจุดสองจุด
เครื่องมืออาจไม่ได้ถูกใช้ด้วยตัวเอง แต่ใช้เป็นเซ็นเซอร์ของระบบไฟฟ้าขนาดใหญ่แทน ตัวอย่างเช่นเทอร์โมคัพเพิลอาจจะนำมาใช้เพื่อช่วยให้อุณหภูมิของเตาคงที่ ด้วยเหตุนี้วิศวกรรมการวัดมักจะถูกมองว่าเป็นเพื่อนร่วมงานของการควบคุมทางวิศวกรรม
วิศวกรรมคอมพิวเตอร์เกี่ยวข้องกับการออกแบบของเครื่องคอมพิวเตอร์และระบบคอมพิวเตอร์ เช่นการออกแบบของฮาร์ดแวร์, การออกแบบของพีดีเอ, หรือการใช้คอมพิวเตอร์ในการควบคุมโรงงานอุตสาหกรรม, การพัฒนาระบบฝังตัว (ระบบทำงานที่เฉพาะเจาะจง เช่นโทรศัพท์มือถือ) สาขานี้จะรวมถึงไมโครคอนโทรลเลอร์และการประยุกต์ใช้ วิศวกรคอมพิวเตอร์อาจจะทำงานกับซอฟต์แวร์ของระบบ แต่การออกแบบระบบซอฟต์แวร์ที่ซับซ้อนมักจะเป็นงานหลักของวิศวกรรมซอฟต์แวร์ซึ่งมักจะถือว่าเป็นสาขาที่แยกต่างหาก
วิศวกรรมการออกแบบ VLSI VLSI คือ very large scale integration เกี่ยวข้องกับการประดิษฐ์ไอซีและชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ
หลักสูตรระดับปริญญาตรีทั่วไป.
นอกเหนือจากทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าและทฤษฎีเครือข่าย รายการอื่น ๆ ในหลักสูตรเป็นหลักสูตรวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์โดยเฉพาะ หลักสูตรวิศวกรรมไฟฟ้ามีบทเรียนทีมีความเชี่ยวชาญพิเศษอื่น ๆ เช่น machine, เครื่องผลิตกระแสไฟฟ้าและการจัดจำหน่าย โปรดทราบว่ารายการต่อไปนี้จะไม่รวมถึงชุดวิชาคณิตศาสตร์วิศวกรรมภาคขยายที่จำเป็นขั้นต้นสำหรับการจบระดับปริญญา.
อุปกรณ์และวงจรอิเล็กทรอนิกส์.
ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์: แถบพลังงานในซิลิคอน, ซิลิคอนภายในและภายนอก,
วงจรแอนะล็อก: วงจรเทียบเท่า (สัญญาณใหญ่และเล็ก) ของไดโอด, BJTs, JFETs และ MOSFETs
วงจรดิจิทัล: ฟังก์ชันบูลีน (NOT, AND, OR, XOR, ...) ตระกูล logic gate digital IC (DTL, TTL, ECL, MOS, CMOS)
การศึกษาและการฝึกอบรม.
วิศวกรอิเล็กทรอนิคส์มักจะมีระดับการศึกษาที่มีเมเจอร์ในด้านวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ระยะเวลาของการศึกษามักจะเป็นสามหรือสี่ปีและปริญญาอาจจะกำหนดให้เป็นวิศวกรรมศาสตรบัณฑิต, หรือวิทยาศาสตร์บัณฑิตหรือปริญญาตรีสาขาวิทยาศาสตร์ประยุกต์หรือปริญญาตรีสาขาเทคโนโลยีขึ้นอยู่กับมหาวิทยาลัย
ปริญญาโดยทั่วไปจะประกอบด้วยฟิสิกส์, เคมี, คณิตศาสตร์, การบริหารโครงการและหัวข้อที่เฉพาะเจาะจงในวิศวกรรมไฟฟ้า หัวข้อดังกล่าวครอบคลุมส่วนใหญ่ของสาขาย่อยของวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ จากนั้นนักศึกษาเลือกที่จะมีความเชี่ยวชาญในหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งสาขาย่อยไปยังจุดสิ้นสุดของระดับ
บางวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ยังเลือกที่จะเรียนต่อในระดับที่สูงขึ้นเช่นวิทยาศาสตรมหาบัณฑิต (ปริญญาโท), ดุษฎีบัณฑิตสาขาวิศวกรรม (ปริญญาเอก), ด๊อกเตอร์ด้านวิศวกรรม (EngD) ปริญญาโทจะเปิดสอนในมหาวิทยาลัยอเมริกันและยุโรปบางส่วนเป็นปริญญาแรกและความแตกต่างของวิศวกรปริญญาตรีกับนักศึกษาระดับปริญญาโทและปริญญาเอกมักจะเป็นเรื่องยาก ในกรณีเหล่านี้ประสบการณ์เป็นสิ่งที่จะนำมาพิจาณา ปริญญาโทอาจประกอบด้วยทั้งการวิจัยหรือการเรียนการสอนหรือทั้งสองอย่าง หลักสูตรปรัชญาดุษฎีบัณฑิตประกอบด้วยองค์ประกอบการวิจัยที่สำคัญและมักจะถูกมองว่าเป็นจุดเริ่มต้นที่จะเป็นนักวิชาการ
ในประเทศส่วนใหญ่ระดับปริญญาตรีในสาขาวิศวกรรมแสดงให้เห็นถึงก้าวแรกของการรับรอง (certification) และหลักสูตรปริญญาของตัวเองได้รับการรับรองโดยองค์กรวิชาชีพ หลังจากจบหลักสูตรปริญญาที่ผ่านการรับรอง วิศวกรจะต้องผ่านข้อกำหนดอื่น ๆ อีกหลายอย่าง (รวมถึงประสบการณ์การทำงาน) ก่อนที่จะได้รับการรับรอง หลังจากได้รับการรับรองวิศวกรจะถูกกำหนดให้มีคำนำหน้าเป็นวิศวกรอาชีพ (ในประเทศสหรัฐอเมริกาแคนาดาและแอฟริกาใต้), หรือวิศวกรที่ได้รับอนุญาต (ในสหราชอาณาจักรไอร์แลนด์อินเดียและซิมบับเว), วิศวกรอาชีพที่ได้รับอนุญาต (ในออสเตรเลีย) หรือวิศวกรยุโรป (หลายประเทศในสหภาพยุโรป)
พื้นฐานของวิชาชีพเป็นศาสตร์ของฟิสิกส์และคณิตศาสตร์ซึ่งจะช่วยให้ได้รับทั้งคำอธิบายทั้งคุณภาพและปริมาณของวิธีการที่ระบบดังกล่าวทำงาน วันนี้งานวิศวกรรมส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการใช้คอมพิวเตอร์และมันก็เป็นเรื่องธรรมดาที่จะใช้คอมพิวเตอร์ช่วยออกแบบและโปรแกรมซอฟต์แวร์การจำลองการออกแบบระบบอิเล็กทรอนิกส์ ถึงแม้ว่าส่วนใหญ่วิศวกรอิเล็กทรอนิกส์จะเข้าใจทฤษฎีวงจรพื้นฐาน, หลายทฤษฎีที่วิศวกรใช้โดยทั่วไปขึ้นอยู่กับงานที่พวกเขาทำ ตัวอย่างเช่นกลศาสตร์ควอนตัมและฟิสิกส์สถานะของแข็งอาจจะมีความเกี่ยวข้องกับวิศวกรที่ทำงานเกี่ยวกับ VLSI แต่ส่วนใหญ่จะไม่เกี่ยวข้องกับวิศวกรที่ทำงานด้วยระบบไฟฟ้าที่มองเห็นด้วยตาเปล่า
องค์กรวิชาชีพ.
องค์กรวิชาชีพสำหรับวิศวกรไฟฟ้ารวมถึง The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) และ the Institution of Electrical Engineers (IEE) (ปัจจุบันเปลี่ยนชื่อเป็น the Institution of Engineering and Technology or IET) สมาชิกของ the Institution of Engineering and Technology (MIET) ได้รับการยอมรับในยุโรปว่าเป็น Electrical and computer (technology) engineer. IEEE อ้างว่าได้ผลิตร้อยละ 30 ของวรรณกรรมของโลกในด้านวิศวกรรมไฟฟ้า / อิเล็กทรอนิกส์, มีสมาชิกมากกว่า 370,000 คนและจัดกว่า 450 ครั้ง ที่ IEEE เป็นสปอนเซอร์หรือสปอนเซอร์ร่วมทั่วโลกในแต่ละปี
วิศวกรโครงการ.
สำหรับวิศวกรส่วนใหญ่จะไม่เกี่ยวข้องกับการออกแบบและพัฒนาระบบ งานด้านเทคนิคเป็นเพียงเศษเสี้ยวของงานทั้งหมดที่พวกเขาทำ เวลาเป็นจำนวนมากถูกใช้ในงานต่าง ๆ เช่นการพูดคุยเรื่องข้อเสนอกับลูกค้า การเตรียมงบประมาณและการจัดเตรียมตารางเวลาในการทำงานของโครงการ วิศวกรอาวุโสหลายคนบริหารจัดการทีมช่างหรือวิศวกรอื่น ๆ และด้วยเหตุนี้ทักษะการบริหารโครงการมีความสำคัญ โครงการทางวิศวกรรมส่วนใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับบางรูปแบบของเอกสารและทักษะในการสื่อสารด้วยการเขียนจึงเป็นสิ่งสำคัญมาก
สถานที่ทำงานของวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์เปลี่ยนไปตามประเภทของงานที่ทำ วิศวกรอิเล็กทรอนิคส์อาจจะพบได้ในสภาพแวดล้อมห้องปฏิบัติการที่เก่าแก่ของโรงงานผลิต, ในสำนักงานของ บริษัทที่ปรึกษาหรือในห้องปฏิบัติการวิจัย ในช่วงชีวิตการทำงานของพวกเขาวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์อาจพบตัวเอง ว่าให้การดูแลต่อบุคคลที่หลากหลายรวมทั้งนักวิทยาศาสตร์, ช่างไฟฟ้า, นักเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์และวิศวกรอื่น ๆ
การล้าสมัยในทักษะทางเทคนิคเป็นความกังวลอย่างรุนแรงสำหรับวิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ ความเป็นสมาชิกและการมีส่วนร่วมในสังคมทางเทคนิค, การทบทวนเป็นประจำกับวารสารในสาขาและนิสัยของการเรียนรู้อย่างต่อเนื่องจึงเป็นสิ่งจำเป็นที่จะยังคงรักษาความสามารถ และเอกสารเหล่านี้ส่วนใหญ่จะถูกใช้ในผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค.