رشته مهندسی الکترونیک
الکترونیک علمی است که به بررسی حرکت الکترون در خلأ، مواد رسانا و یا نیمه رسانا و اثرات و کاربردهای آن میپردازد. این رشته همینطور به معرفی و تشریح کامل مدارهای الکترونیکی مختلف مانند تلفن همراه، لپتاپ، کامپیوتر و دیگر سیستمهای پیشرفته میپردازد و در واقع، یک مهندس الکترونیک در زمینه ساخت قطعات الکترونیک و کاربرد آن در مدارها فعالیت میکند. دانشجوی رشته الکترونیک، در طول مدت تحصیل خود با اصول طراحی تمام مدارهای الکترونیک و نحوه کارکرد آنها آشنا می شود.
آشنایی با پیشینه مهندسی الکترونیک
مهندسی الکترونیک به انگلیسی : (Electronics engineering) مردم از سال 600 قبل میلاد مسیح، هنگامی که تالس کشف کرد مالش خز بر عنبر باعث می شود آنها یکدیگر را جذب کنند، آزمایش برق را آغاز کردند. در سال 1897 اختراع لامپ خلأ که میتوانست سیگنالهای کوچک الکتریکی را تقویت و یکسوسازی کند، زمینه علم الکترونیک را فراهم ساخت و عصر الکترون را افتتاح کرد.
از دهه 1900، دستگاهها از لولههای خلأ شیشهای یا فلزی برای کنترل جریان برق استفاده میکردند. با استفاده از این اجزا میتوان از ولتاژ کم برق برای ایجاد تغییرات استفاده کرد. این امر انقلابی در رادیو ایجاد کرد و عامل خلق اختراعات دیگر شد. تا سال 1950، این رشته «فناوری رادیویی» نامیده میشد زیرا کاربرد اصلی آن طراحی فرستندههای رادیویی، گیرندهها و لامپهای خلأ بود. پس مهندسی الکترونیک به عنوان یک حرفه از پیشرفتهای فنی در صنعت تلگراف در قرن ۱۹ و صنایع رادیو و تلویزیون در قرن ۲۰ حاصل شد.
در دهه 1960 و اوایل دهه 1970 ترانزیستورها و نیمه هادیها جایگزین لولههای خلأ شدند. ترانزیستورها بسیار کوچکتر از لوله های خلأ هستند و میتوانند با استفاده از انرژی کمتری کار کنند. تقریبا در همان زمان، استفاده از مدارهای مجتمع (یا همان IC) رواج پیدا میکند. آی سیها باعث کاهش قطعات در ساخت و تولید دستگاههای الکترونیکی میشد و به طور کلی باعث ارزانتر شدن محصولات میشد.
از سال 1980 به بعد، قطعات نیمه هادی بیشتر دنیای الکترونیک را در دست گرفتند اما لامپهای خلأ هنوز هم در برخی سیستمها مانند تقویت کنندههای رادیویی، لامپهای پرتو کاتدی، برخی تجهیزات صوتی تخصصی، تقویت کنندههای گیتار و برخی دستگاههای مایکروویو مورد استفاده بود.
این تمایز در حدود سال 1906 با اختراع لی دفارست از تریود آغاز شد، که تقویت الکتریکی سیگنالهای رادیویی ضعیف و سیگنالهای صوتی را با دستگاه غیرمکانیکی امکانپذیر کرد. بعدها با پیشرفت زیر شاخه میکروالکترونیک قطعات کوچکتر شده و به شکل امروزی خود درآمدند. امروزه مدارها تقریبا از حالت سخت افزاری خود خارج شده و با بهرهگیری از میکروکنترولرها، بیشتر به حالت نرم افزاری پیاده سازی میشوند.
شاخه جدید مهندسی الکترونیک تا حد زیادی از پیشرفت تلفن، رادیو، تجهیزات تلویزیون و مقدار زیادی از توسعه سیستمهای الکترونیکی در طول جنگ جهانی دوم از جمله رادار، سونار، سیستمهای ارتباطی و مهمات پیشرفته و سیستمهای جنگافزاری حاصل شد. در آن زمان سالها این موضوعات به عنوان مهندسی رادیو شناخته میشدند.
در رشته مهندسی الکترونیک مهندسان، مدارهایی را طراحی میکنند که از خواص الکترومغناطیسی قطعات الکتریکی همچون مقاومت، خازن، سلف، دیود و ترانزیستور برای رسیدن به عملکرد خاصی بهره میبرند. گیرنده رادیو که میتواند همه سیگنالها بجز سیگنالهای یک ایستگاه را فیلتر کند، تنها یک نمونه از این مدارهاست.
در طراحی مدار مجتمع، مهندسان الکترونیک، ابتدا نقشههایی را میسازند که قطعات الکتریکی را مشخص کرده و ارتباطات بین آنها را وصف میکند. سپس مهندسان VLSI نقشهها را به طرحهایی تبدیل میکنند که لایههای مختلف نیمه هادی مورد نیاز برای ساخت مدار را رسم میکنند.
آموزش الکترونیک به زبان ساده
الکترونیک، به معنای مطالعه پیرامون کنترل جریان الکترونهاست. الکترونیک ترکیبی از علوم فیزیک و مهندسی برق است. در الکترونیک با کنترل جریان الکترونها در خلأ و ماده سروکار داریم. کاربرد علم الکترونیک در ساخت وسایل الکترونیکیِ کارآمد، مانند رایانه است. این علم به کمک مدارها و سیمهای انتقال دهنده، سیستمها و مجموعههایی با کاربردهای متفاوت خلق میکند.
برای یادگیری الکترونیک و ورود به این دنیای گسترده ابتدا باید قطعات و اجزای پایه را یاد بگیریم. یادگیری قطعات اولیه درب اصلی ورود به دنیای الکترونیک است. ما برای آشنایی اولیه، به برخی موضوعات، قطعات اصلی و گرایشهای الکترونیک پرداختیم، با ما همراه باشید.
گرایش الکترونیک
گرایش الكترونیک به دو زیر بخش عمده تقسیم میشود
- میكروالكترونیک
- مدار و سیستم
بخش اول که ميكروالكترونيک نام دارد، شامل علم مواد، فيزيک الكترونيک، طراحي و ساخت قطعات از سادهترين آنها تا پيچيده ترين آنها است و بخش دوم نيز مدار و سيستم ناميده ميشود و هدف آن طراحی و ساخت سيستمها و تجهيزات الكترونيكي با استفاده از قطعات ساخته شده توسط متخصصان ميكروالكترونيک است.
در بحثهای تخصصیتر در مقاطع تحصیلات تکمیلی نیز رشته الکترونیک گسترده شده است و به گرایشهای مختلفی مانند الکترونیک هواپیمایی، الکترونیک و مخابرات دریایی، الکترونیک مدار مجتمع، الکترونیک افزارههای میکرو نانو الکتریک و الکترونیک دیجیتال تبدیل شده که هر کدام از این گرایشها به ارائه یکی از مباحث تخصصی در حوزه الکترونیک میپردازد.
گرایش میكروالكترونیک
فناوری میكروالكترونیك كه علاوه بر اینكه خود، یك فناوری نوظهور، كاربردی و استراتژیك است، بهنوعی زیربنای رشد و توسعه فناوریهای مرتبط از جمله IT و رکن انکار ناپذیر Industry 4 محسوب میشود. پیشرفتهای این صنعت در قرن جدید نیز، با شتاب بیشتر از گذشته ادامه دارد و دستاوردهای آن حتی از پیشبینیهای خوشبینانه گذشته هم فراتر رفته است.
فناوری كه در سال ۱۹۴۷ میلادی پس از ساخت اولین ترانزیستور دو قطبی اعلام وجود كرد، در فاصله زمانی كمتر از ۸۰ سال مرزهای میكرون را در نوردید و با عرضه تراشه ریز پردازنده Pentium 4 با دقت ابعادی در حد دهم میكرون، عملا نانو الكترونیك را تداعی نمود. در سالهای اخیر شاهــد تحـول چشم گیری در صنایع دنیا از نظر گسترش و توسعه كاربــرد صنعت الكترونیك كه در حقیقت بستر اصــلی در پیشرفت سایر صنایع در دنیـــاست، بودهایم.
امروزه كمتر وسیلهای را میتوان در صنایع مختلف یافت كه بهنوعی در آن از قطعات مختلف الكترونیكی استفاده نشده باشد. لذا میتوان پیشبینی نمود كه یكی از سریعترین روندهـای توسعه و بهینه سازی تولیدات صنعتی دنیای امروز جهت تسخیر بازارهای دنیای فردا، مجهز كردن آنها به سیستمهای الكترونیكی میباشد.
امروزه تعداد خطوط تولیدی با سرعت و دقت زیاد، فرآوردههای بسیار پیچیده و متنوع، با كیفیتهای بسیار بالا بدون نیروی انسانی تولید كم نیستند. لذا این صنعت و فناوری در همین دوره، تاثیرات و تغییرهای مهمی در مفاهیم اساسی مانند تولید، مصرف، اشتغال و كار، صنعت و تجارت و رقابت بین المللی ایجاد كرده است. لذا صنعت الكترونیك بدون اغراق در حال حاضر به عنوان یکی از بزرگترین صنایع در عرصه جهانی شناخته می گردد.
کاربرد علم الکترونیک چیست؟
الکترونیک بطور گسترده در پردازش اطلاعات، ارتباط از راه دور و پردازش سیگنال استفاده میشود. از دستگاههای الکترونیکی، با توجه به ویژگی پردازش اطلاعات، ارتباط از راه دور و پردازش سیگنال میتوان در فناویهای مختلفی بهره برد. فناوریهای اتصالمتقابل مانند بردهای مدار، فناوری بستهبندی الکترونیکی و سایر اشکال متنوع زیرساختهای ارتباطی، عملکرد مدار را کامل کرده و قطعات الکترونیکی مخلوط را به یک سیستم کاری منظم تبدیل میکنند، که یک سیستم الکترونیکی نامیده میشود. کامپیوترها یا سیستمهای کنترلی مورد استفاده در صنایع مختلف از سیستمهای الکترونیکی هستند. یک سیستم الکترونیکی ممکن است جزئی از سیستم مهندسی شده دیگر یا یک دستگاه مستقل باشد. از سال 2019 بیشتر دستگاههای الکترونیکی از قطعات نیمههادی برای انجام کنترل جریان الکترون استفاده میکنند. معمولاً، دستگاههای الکترونیکی شامل مدارهای متشکل از نیمه رساناهای فعال با المانهای غیرفعال مکمل هستند. چنین مداری به عنوان مدار الکترونیکی توصیف میشود. علم الکترونیک با مدارهای الکتریکی سروکار دارد که شامل اجزای الکتریکی فعال مانند لامپهای خلأ، ترانزیستورها، دیودها، مدارهای مجتمع، الکترونیک نوری، سنسورها، قطعات الکتریکی غیرفعال همراه و فناوریهای اتصال داخلی هستند.
این یک توضیح کلی و جامع درباره کاربرد علم الکترونیک است. در ادامه بصورت جزئی به برخی کاربردها از کاربرهای فراوان علم الکترونیک میپردازیم.
لوازم الکترونیکی مصرفی
این صنعت بیشتر در مورد مردم عادی کاربرد دارد. مصرف کنندههای الکترونیک در این بخش، دستگاهها و تجهیزاتی هستند که برای استفاده روزمره استفاده میشوند. که به دسته بندیهای زیر میتوان آنها را مرتب کرد :
- ابزارهای اداری مانند : ماشین حساب، رایانههای شخصی، اسکنرها و چاپگرها، فاکس، پروژکتور و ...
- لوازم خانگی مانند : ماشین لباسشویی، یخچال، تهویه هوا، اجاق مایکروویو، جاروبرقی و ...
- سیستم های صوتی و تصویری مانند : هدفون، دستگاه ضبط یا VCR، پخش کنندههای DVD، تلویزیونهای رنگی، میکروفون و بلندگو، کنسولهای بازی ویدیویی.
- دستگاههای پیشرفته مصرف کننده مانند : گیرنده دیجیتال تلویزیون، دستگاه خودپرداز، ماشین ظرفشویی، تلفنهای هوشمند، PDA (دستیار دیجیتال شخصی)، اسکنر بارکد، پایانههای POS.
- دستگاههای ذخیره سازی برای پخش و ضبط کردن، دستگاههای سرگرمی قابل حمل. برای مثال میتوان بهDVD ،jukebox HDD ، MP3 Player اشاره کرد.
الکترونیک صنعتی
الکترومکانیک در اتوماسیونهای صنعتی، یعنی ساخت طیف گستردهای از فناوریها که مداخله انسان در فرآیندها را کاهش میدهد، حرف برای گفتن دارد. الکترونیک در صنعت شامل بخشهای فراوانی میشود مثل : اتوماسیون صنعتی و کنترل حرکت، یادگیری ماشینی، کنترل درایو موتور ، مکاترونیک و رباتیک، فناوریهای تبدیل نیرو، سیستمهای ولتاژ عکس، برنامههای انرژی تجدید پذیر، الکترونیک قدرت و بیومکانیک.
سیستمهای شبکه هوشمند : سیستمهای الکتریکی هوشمند، اطلاعات مربوط به فناوری ارتباطات را جمع آوری میکنند و بر اساس مصرف انرژی واکنش نشان می دهند. مثال: مترهای هوشمند
- اتوماسیون صنعتی و کنترل حرکت : این روزها ماشینها با افزایش بهرهوری، زمان و هزینه، جایگزین انسان میشوند. علاوه بر این، ایمنی برای کارهای غیرقابل کنترل نیز در نظر گرفته شده است بطور مثال در برخی کارها که با خطرات زیادی همراه هستند از اتوماسیون صنعتی استفاده میشود. از این رو برای حذف فعالیتهای انسانی، اتوماسیون به گزینه مطلوب صنایع تبدیل شده است.
- پردازش تصویر : دنیای سه بعدی از یک یا چند تصویر دو بعدی تکامل یافته است. الگوریتمهای مختلفی برای استخراج اطلاعات سه بعدی از الگوهای دو بعدی ساخته شده است. علاوه بر این در پردازش تصویر در گرافیکهای رایانهای، هوش مصنوعی، رباتیک برای ناوبری، بازرسی و مونتاژ، قابلیت رایانه برای تشخیص چهره، واقعیت مجازی، تجزیه و تحلیل پزشکی نقش دارد.
برنامههای پزشکی
ابزارهای پیشرفتهای برای ثبت دادهها و تجزیه تحلیل فیزیولوژیکی در حال توسعه است. ثابت شدهاست که علم الکترونیک در تشخیص بیماریها و بهبودی بیماران بسیار مفید و کاربردی میباشد. برخی از تجهیزات پزشکی و تجهیزات مورد استفاده عبارتند از :
- استتوسکوپ برای گوش دادن به صداهای درونی که در بدن انسان یا حیوان اتفاق میافتد.
- تنفس برای آگاهی از وضعیت بیمار به دلیل تغییر در درجه حرارت بدن، نبض و جریان خون نظارت میکند.
- دفیبریلاتور باعث ایجاد شوک الکتریکی به عضلات قلب شده و قلب را به حالت طبیعی بازمیگرداند.
- گلوکومتر برای اندازه گیری سطح قند در خون.
- Pace Maker برای کاهش و افزایش تعداد ضربان قلب.
هواشناسی و اقیانوس شناسی
نظارت بر محیط از طریق حسگرهای مختلف و ایستگاههای هواشناسی به صورت خودکار انجام میشود. بعضی از این تجهیزات عبارت اند از :
فشارسنج برای پیش بینی هوا. این دستگاه سطح فشار جوی را به تکنیسین نشانه میدهد. اگر سطح فشار زیاد باشد هوا خوب است و اگر فشار کم باشد به معنی بد بودن هواست.
- بادسنج سرعت باد و جهت باد را اندازه گیری می کند.
- Tipping Bucket یا بارشسنج برای اندازهگیری میزان بارندگی که بصورت دورهای در ایستگاههای هواشناسی خودکار استفاده میشود.
- رطوبت سنج که میزان رطوبت هوا را اندازهگیری میکند.
- Drifter Buoy جریان، دما و فشار سطح اقیانوس را اندازهگیری میکند.
دفاع و هوافضا
کاربرد سیستمهای الکترونیکی در برنامههای دفاعی و هوانوردی عبارتند از :
- سیستمهای پرتاب موشک
- راکت انداز برای فضا
- سیستمهای هواپیما
- کنترل کنندههای کابین خلبان
- رادارهای نظامی
بوم بَریِر (Boom Barrier) یا بوم گیت برای کاربردهای نظامی (راه بندهای ماشین برای عبور قطار، ورودیهای فرودگاه و پایگاه های نظامی)
خودرو
- سیستم آنتی کولیژن یا سیستم جلوگیری از برخورد
- کنسول سرگرمی در خودرو
- سیستم ترمز ABS
- سیستم کروز کنترل
- کنترل کشش
- تنظیم کنندههای پنجره
- واحد کنترل الکترونیکی یا همان ECU
- سیستم کیسههای هوا (Airbag)
الکترونیک در صنعت
با توجه به مطالب ذکر شده در مورد استوماسیون سازی صنعتی، میتوان تاحدودی متوجه نقش مهم الکترونیک در صنعت شد. الکترونیک در صنعت از بخشهای مختلفی تشکیل شدهاست. نیروی محرک اصلی کل صنعت الکترونیک بخش صنایع نیمرسانا و هادیها است، که در سال 2018 بیش از 481 میلیارد دلار فروش داشتهاست.
درواقع بخش بزرگی از صنعت را قطعات الکترونیکی تشکیل میدهند بطوری که در سال 2017 بیش از 29 تریلیون دلار گردش مالی در بازار ایجاد کرده است. در کشور ما نیز طبق گفته رسانههای داخلی حجم این بازار در سال 98 بیش از 423 هزار میلیارد تومان رسیده که نسبت به سال 97 دارای 103 درصد رشد بوده که رقم قابل توجهی میباشد. همچنین تعداد کل تراکنشهای تجارت الکترونیکی یک میلیارد و 515 میلیون تومان بوده که نسبت به آمار سال قبل، 36 درصد رشد را تجربه کرده است.
کشور چین به تنهایی در سال 2019 بیش از حدود 497 میلیارد دلار تجهیزات الکترونیک وارد کردهاست که مقدار آن حتی از واردات سوختهای فسیلی آن کشور نیز بیشتر بودهاست. 306 میلیارد دلار از آن فقط متعلق به مدارهای مجتمع و ریزمونتاژها بودهاست.
شركتهای بزرگی نظیر ای بی ام، اینتل، موتورولا، فیلییس، سونی و … فناوریهای متفاوتی را در این صنعت توسعه و بهبود میدهند. صنعت الكترونیك علاوه بر گستره وسیع خود، هسته و سنگ بنای بسیاری از صنایع و فناوریها بهویژه فناوری اطلاعات محسوب میگردد. قطعات و دستگاههای الكترونیكی شامل انواع سنسورها و دتكتورها، دستگاههای مختلف مخابراتی، سیستمهای صوتی و تصویری و هزاران سیستم دیگر استفاده روز افزونی در سایر صنایع دارند.
آموزش الکترونیک چیست و چگونه با این علم آشنا شویم؟
یکی از جذابیتهای مهندسی الکترونیک در تنوع و گستردگی آن است. در واقع، آموزش الکترونیک تنها به یک یا چند حوزه محدود نمیشود و زمینههای فراوانی را در بر میگیرد. از طراحی مدارهای آنالوگ، اصول الکترونیک و ادوات حالت جامد گرفته تا مدارهای مجتمع فرکانس رادیویی، مدارهای پالس و دیجیتال و حتی مدارهای یکپارچه مایکروویو؛ هریک از این حوزهها بسیار تخصصی است و جزییات خاص خود را به همراه دارد.
به همین دلیل در اینجا بحث مهم آموزش الکترونیک مطرح میشود.. آموزش و آشنایی با علم الکترونیک درواقع مانند بقیه علوم نیست! در آشنایی با دیگر علوم، حتما باید با مفاهیم و قواعد پایه آشنا شویم و بصورت کامل به آنها مسلط شویم تا بتوانیم مباحث آینده را بهتر یادبگیریم و درواقع آموزش و يادگیری در بقیه علوم بصورت پله پله و متوالی است؛ اما در الکترونیک گاهی ممکن است بعضی از مفاهیم اولیه را متوجه نشویم و کامل آن را فرا نگیریم؛
نکته جالب این است که خیلی هم نیاز نیست که حتما بلد باشید! اگر در آموزش مباحث علم الکترونیک بخشی را یاد نگرفتید و برایتان ملموس و واضح نبود نگران نباشید، یادگیری را ادامه دهید زیرا بیشتر این مباحث با پیش رفتن در فرآیند یادگیری برای مخاطب جا میافتند و اصطلاحا مباث را در کار عملی و با گذراندن دورههای عملی به صورت کامل آموزش میبینید.
به این معنا، که برای یک مهندس الکترونیک برای پیدا کردن تخصص، تنها اکتفا کردن به دروس دانشگاهی کافی نیست و شایسته است که در کنار مباحث تئوری، از دورههای مختلف آموزش الکترونیک نیز استفاده کند.
گرایش مدار و سیستم
تمرکز گرایش مدار و سیستم بیشتر در خصوص طراحی مدارات مجتمع (IC)است. یعنی تولید مدارهای مختلف از قطعات از پیش ساخته شده. در این گرایش به طور مثال با توجه به ویژگی هر عنصر به بررسی کارکرد المانهای مختلف از جمله انواع ترانزیستورها، خازنها، دیودها و … در مدار مجتمع میپردازد .
فرض کنید میخواهیم عملکرد یک ای سی تقویت کننده را بهبود دهیم. میتوان از قطعات دیگری در طراحی این IC استفاده کرد به طور مثال نوع ترانزیستور برخی قسمتهای مدار را با انواع دیگری جایگزین کرد. این انتخاب حاصل بررسی عملکرد ذاتی آن قطعه در شرایط مداریست. معمولا این اطلاعات با مطالعه دقیق منحنیهای مختلف مداری آن قطعه (مثلا منحنی جریان امیتر یک ترانزیستور به ولتاژ VCE در فرکانسهای مختلف) بهدست میآید. ضمن اینکه میتوان از نو قطعات جدیدی برای این ای سی طراحی کرد .
از نرم افزارهای بسیار مهم طراحی و شبیه سازی مدار مجتمع میتوان به H-SPICE و L-EDIT اشاره کرد. دوره-های مختلفی از آموزش الکترونیک در حوزه مدار و سیستم در سایت مکتبخونه وجود دارد که بسیاری از این آموزشها رایگان هستند و شما میتوانید برحسب نیاز از محتوای ارزشمند هر دوره به راحتی استفاده کنید.
این دورهها شامل:
- آموزش نرم افزار H-SPICE
- آموزش طراحی و پیادهسازی سیستمها با آردینو
- طراحی مدارهای آنالوگ
- مدارهای منطقی
- آموزش مدارهای پالس و دیجیتال
- آموزش میکروکنترلر AVR
- طراحی مدار چاپی با نرم افزار Altium Designer
- آموزش Active VHDL
- آموزش مدارات الکترونیک
- آموزش طراحی مدارهای مجتمع خطی سیماس 1
- آموزش مبانی آشکارسازی و تخصص دیجیتالی
- آموزش طراحی مدارهای مجتمع فرکانس رادیویی 1 و 2
آموزش مدارهای یکپارچه مایکروویو و آموزشهای بسیار دیگری میباشد.
الکترونیک پایه
منظور از الکترونیک پایه، شناخت قطعات الکترونیکی و کاربرد هرکدام در علم طراحی قطعات الکترونیکی است. در زمینه آموزش الکترونیک پایه نیز، می توانید از دورههایی نظیر: دوره آموزش اصول الکترونیک، دوره ادوات حالت جامد، دوره ابزاردقیق الکترونیکی، دوره مدارهای الکتریکی 1، آموزش الکترونیک 3، آموزش مبانی سیستمهای نهفته، دوره آموزش الکترونیک نوری و دورههای متنوع دیگر استفاده کنید.
قطعات الکترونیک
میدانیم که قطعات الکترونیک به دسته بندیهای مختلف تقسیم میشوند و شما در مرحله اول با دسته بندیها آشنا میشوید.
- مقاومتها
- خازنها
- سلف یا القاگرها
- دیودها
- ترانزیستورها
بعد از شناخت هر قطعه ما باید سعی کنیم در مورد انواع آنها و نحوه استفاده از آنها در مدار یاد بگیریم. مثلا انواع مقاومتها، انواع خازنها، انواع سلفها، انواع ترانزیستور ها و همچنین اتصال سری و موازی مقاومتها، اتصال سری و موازی خازنها، اتصال سری و موازی سلفها و…
بعد از شناخت قطعات و توضیح انواع و نحوه اتصالات مداری آنها به زبان ساده، ما به مواردی نظیر اهم چیست؟ قانون اهم، ظرفیت خازنی، ظرفیت سلفی، تعریف مدار، تعریف قطعات اکتیو و پسیو (قطعات فعال و قطعات غیر فعال ) و… پرداختیم و کم کم میتوانید از این موارد استفاده کنید تا مدارات را درک کنید. بههمین دلیل یادگیری الکترونیک پایه برای شروع آموزش الکترونیک ضروری است.
مبانی الکترونیک
منظور از مبانی الکترونیک آشنایی با مقاومت، خازن، سیم پیچ یا سلف، ترانسفورماتور، نیمه هادیها، دیود و ترانزیستور است که به صورت مختصر هرکدام به شرح زیر است :
-
آشنایی با مقاومت
به هر قطعه یا عنصری که در مقابل عبور جریان الکتریکی از خود مخالفت نشان میدهد مقاومت الکتریکی گفته میشود. مقاومت الکتریکی را با حرف R که از کلمه Resistor گرفته شده است نشان میدهند. واحد اندازهگیری مقاومت الکتریکی اهم است که آن را با علامت Ω نشان میدهند. مقاومتها در صنایع برق و الکترونیک از اهمیت بالایی برخوردارند و بیشتر به منظور محدود کردن جریان، تقسیم جریان و نیز ایجاد ولتاژهای مختلف در مدارات به کار گرفته میشود .
مقاومتهای الکتریکی به دو دسته کلی مقاومتهای ثابت و مقاومتهای متغیر تقسیم میشوند. مقاومتهای ثابت مقاومتهایی هستند که مقدار اهمی آنها همواره ثابت است و مقاومتهای متغیر مقاومتهایی هستد که مقدار اهم آنها قابل تغییر است. مقاومتهای ثابت خود به سه دسته تقسیم میشوند که این سه دسته عبارتند از :
- مقاومتهای کربنی (ترکیبی)
- مقاومتهای سیمی (سیم پیچی شده)
- مقاومتهای لایه ای
رنگ بندی مقاوتها
بر روی مقاومتهای کربنی عموماً چهار نوار رنگی دیده میشود که مقدار مقاومت را نشان میدهد.
آشنایی با خازن
خازن (Capacitor) المانی است که انرژی الکتریکی را توسط یک میدان الکترواستاتیک در خود ذخیره میکند و تحت شرایطی این انرژی الکتریکی را آزاد میکند. خازنها به اشکال گوناگون ساخته میشوند که پر استفادهترین آنها در صنایع برق و الکترونیک خازنهای مسطح هستند. این نوع خازنها از دو صفحه هادی که بین آنها ماده عایقی قرار گرفته است تشکیل میشوند.
به صفحات خازن، جوشنهای خازن نیز میگویند که معمولا از آلومینیوم، نقره، قلع و روی ساخته میشوند. صفحات خازن در فاصلهای بسیار نزدیک به هم قرار میگیرند. عایق بین صفحات خازن معمولا از جنس هوا، کاغذ، میکا، پلاستیک، سرامیک، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم است.
به عایق بین صفحات خازن دی الکتریک میگویند. دی الکتریک بین صفحات خازن قرار میگیرد که باعث میشود ظرفیت خازن افزایش یابد، جنس آن میتواند از شیشه، آب، سرامیک، پلاستیک، میکا، کاغذ و … باشد. دی الکتریکها انواع مختلفی دارند و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده میشود، معرفی میگردند.
شارژ و دشارژ خازن
زمانی که دوسر یک خازن به محرک متصل شود الکترونها در مدار جریان مییابند. بدین ترتیب روی یکی از صفحات خازن بار مثبت و روی یکی بار منفی جای میگیرد. صفحهای که بار مثبت روی آن ذخیره شده قطب مثبت، و صفحهای که بار منفی روی آن است قطب منفی نامیده میشود. ظرفیت خازن پس از ذخیره کردن مقدار مشخصی از بار الکتریکی، تکمیل میشود و از مدار خارج میگردد. یعنی با وجود اینکه کلید همچنان بستهاست و مدار برقرار است، جریانی از مدار عبور نمیکند و جریان به صفر میرسد. در این حالت میگوییم خازن پر شده است.
دو سر خازن پر را توسط یک سیم به همدیگر وصل میکنیم. که این کار باعث میشود برای مدت کوتاهی جریان در مدار برقرار شود و این جریان تا زمانی که بار روی صفحات خازن وجود دارد برقرار است. پس از مدت زمانی جریان صفر خواهد شد که بدین معناست که خازن دشارژ یا تخلیه شده است.
آشنایی با سیم پیچ یا سلف
هرگاه از یک سیم جریان عبور کند در اطراف سیم یک میدان مغناطیسی ایجاد میشود. اگر مقدار جریان ثابت باشد، شدت میدان مغناطیسی در هر نقطه از اطراف سیم ثابت خواهد بود. همچنین در این حالت جهت میدان مغناطیسی نیز همواره ثابت خواهد بود. اما در صورتی که مقدار جریان متغیر باشد، در اطراف سیم یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد خواهد شد. یعنی در این حالت شدت و جهت میدان مغناطیسی پیوسته تغییر میکند. اما در هر حال شدت میدان مغناطیسی ایجاد شده، در هر لحظه در نزدیکی سیم بیشتر است و هر چه از سیم دورتر شویم میدان مغناطیسی ضعیف تر میشود.
حال اگر یک سیم راست را پیچیده و به شکل فنر درآوریم، با عبور جریان از آن، میدان مغناطیسی اطراف حلقههای این سیم پیچ با هم جمع شده و یک میدان مغناطیسی قوی تر را تشکیل میدهند که این میدان مغناطیسی شبیه به میدان مغناطیسی اطراف یک آهن ربای دائم است. به این سیم پیچ، بوبین یا سلف نیز میگویند .
آشنایی با ترانسفورماتور
یک ترانسفورماتور ساده از هسته و دو سیم پیچ ساخته میشود. اگر دو سیم پیچ را در کنار یکدیگر قرار داده و از یکی از آنها جریان متغیری عبور دهیم، در سیم پیچ دوم ولتاژی القا میشود. در واقع با عبور جریان متغیر از سیم پیچ اولیه یعنی سیم پیچی که ورودی به آن اعمال میشود، در اطراف آن یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد میشود.
این میدان متغیر، سیم پیچ دوم را قطع میکند و سبب القای ولتاژ در آن میشود. این پدیده اساس کار ترانسفورماتور است. دقت داشته باشید که در یک ترانسفورماتور بین سیم پیچهای اولیه و ثانویه هیچ گونه تماس الکتریکی وجود ندارد و انرژی ورودی تماماً از طریق میدان مغناطیسی به ثانویه منتقل میشود.
هسته ترانسفورماتورها از ورقههای مغناطیسی یا فریت ساخته میشوند. ورقه ورقه کردن هستهها و یا استفاده از فریت به عنوان هسته، برای کاهش تلفات فوکو است. هسته ترانسفورماتورها باید تا حد امکان دارای قابلیت نفوذ مغناطیسی خوب و هدایت الکتریکی بد باشد. به همین دلیل هستههای فریتی فقط در صنعت مخابرات به کار میروند، زیرا در این صنعت به دلیل وجود فرکانسهای بالا، تلفات فوکو در هسته زیاد میشود.
در ترانسفورماتورهای قدرت از هستههای مغناطیسی ورقه ورقه استفاده میشود. برای جلوگیری از لرزش صفحات و ایجاد صدا، ورقهها باید کاملاً یه یکدیگر فشرده شوند. بستن ورقهها به یکدیگر به وسیله پیچ یا خار و یا قابی که روی آنها پرس میشود، انجام میگیرد. این وسایل توسط مواد عایق الکتریکی و غیر مغناطیسی از ورقهها جدا نگه داشته میشود.
آشنایی با نیمه هادیها
اتمهای عناصر مختلف دارای الکترونهایی هستند که در مدارهای مختلفی به دور هسته گردش میکنند. الکترونهایی که در مدارهای نزدیک به هسته گردش میکنند انرژی کمتری دارند اما از طرف هسته، نیروی جاذبه بیشتری بر آنها وارد میشود و در نتیجه نمیتوان به آسانی این الکترونها را از اتم جدا کرد.
در هر اتم، آخرین مدار را لایه ظرفیت یا لایه والانس میگویند و الکترونهای این لایه را الکترونهای ظرفیت یا والانس مینامند. الکترونهای والانس انرژی بیشتری نسبت به بقیه الکترونها دارند اما وابستگی آنها به هسته کمتر از بقیه الکترونها است.
اجسام هادی:
اتمهای تشکیل دهنده این اجسام کمتر از چهار الکترون والانس دارند و این الکترونها به راحتی از قید هسته آزاد میشوند. اجسام هادی الکترونهای آزاد زیادی دارند و این الکترونهای آزاد سبب عبور جریان برق میشوند. به این اجسام رسانا هم میگویند. فلزات یک تا سه ظرفیتی هادیهای خوبی هستند و بهترین هادیها عبارتند از: نقره، مس و طلا.
اجسام عایق:
اتمهای تشکیل دهنده این اجسام معمولاً دارای پنج تا هشت الکترون والانس هستند. به علت اینکه انرژی داده شده به اتمهای اجسام عایق میان تعداد زیادی الکترون والانس تقسیم میشود انرژی دریافت شده توسط هر الکترون بسیار ناچیز است و بنابراین این الکترونها به سختی از اتم جدا میشوند و همین امر سبب میشود که اجسام عایق در وضعیت معمولی دارای الکترونهای آزاد بسیار کمی بوده و جریان برق را از خود عبور ندهند .
اجسام نیمه هادی:
اتمهای تشکیل دهنده اجسام نیمه هادی معمولاً دارای چهار الکترون والانس میباشند. اجسام نیمه هادی در دمای صفر مطلق (273– درجه سانتیگراد) تقریباً عایق هستند. در دمای اتاق (25 درجه سانتیگراد)، انرژی حرارتی محیط باعث آزاد شدن تعدادی از الکترونهای والانس میشود و هدایت الکتریکی در جسم بالا میرود. در دمای اتاق، هدایت الکتریکی نیمه هادیها بهتر از عایقها و بدتر از هادیها است. نیمه هادیهای پرکاربرد عبارتند از کربن، سیلیسیم (سیلیکن)، ژرمانیوم، توریم، زیرکونیوم و هافنیوم که از بین آنها سیلیسیم و ژرمانیوم در برق و الکترونیک کاربرد فراوان دارند. در ادامه به بررسی نیمه هادیهای سیلیسیم و ژرمانیوم میپردازیم .
نیمه هادی نوع N
با افزودن هر اتم ناخالصی، یک الکترون آزاد به وجود میآید. با تنظیم مقدار اتم ناخالصی، تعداد الکترونهای آزاد کریستال را کنترل میکنند. علاوه بر الکترونهای آزادی که از افزودن اتم ناخالصی در کریستال به وجود میآیند تعداد کمی الکترون نیز در اثر انرژی گرمایی محیط از قید هسته آزاد میشوند و جای خالی آنها حفره ایجاد میگردد.
اتم ناخالصی که به کریستال یک الکترون آزاد میدهد و خود به صورت یون مثبت درمیآید اتم اهدا کننده نام دارد. چون در این کریستالها تعداد الکترونهای آزاد که عمل هدایت الکتریکی را انجام میدهند به مراتب بیشتر از تعداد حفرهها است، به الکترونهای آزاد، حاملهای اکثریت و به حفرهها، حاملهای اقلیت میگویند. این نوع کریستالها را که حاملهای اکثریت آنها الکترونها هستند کریستالهای نوع N مینامند که N از کلمه Negative به معنی منفی گرفته شده است.
نیمه هادی نوع P
با افزودن یک اتم سه ظرفیتی به یک کریستال نیمه هادی یک حفره ایجاد میشود. ممکن است الکترونی در اثر داشتن انرژی جنبشی کافی، پیوند خود با الکترون دیگر را شکسته و محل این حفره را پر نماید که در این صورت حفره جدیدی در کریستال ایجاد میشود. بنابراین به ازای اضافه کردن هر اتم سه ظرفیتی به یک نیمه هادی، مطمئناً یک حفره در آن نیمه هادی ایجاد میشود.
به اتم سه ظرفیتی که قادر است یک الکترون آزاد را جذب کند اتم پذیرنده گویند. اتم پذیرنده با دریافت الکترون به صورت یون منفی درمیآید. در اثر گرمای محیط تعداد کمی الکترون نیز انرژی لازم را کسب میکنند و از هسته خود جدا میشوند و به صورت الکترون آزاد درمی آیند.
بنابراین در کریستال علاوه بر تعداد زیادی حفره که حاملهای اکثریت هستند، تعداد اندکی الکترون آزاد یعنی حاملهای اقلیت نیز وجود دارند. چون در این نوع کریستالها، حفرهها که دارای بار مثبت هستند حاملهای اکثریت هستند این نوع کریستالها را، کریستالهای نوع P مینامند که P از کلمه Positive به معنای مثبت گرفته شده است.
آشنایی با دیود
دیود یا یکسوساز قطعهای الکترونیکی است که جریان الکتریکی را از خود عبور میدهند. دیود، جریان الکتریکی را در یک جهت از خود عبور میدهد که جهت موافق آن است. در این جهت از خود مقاومت قابل توجهی نشان نمیدهد ولی وقتی جریان در جهت مخالف دیود باشد، در مقابل گذر جریان مقاومت بسیار بالایی از خود نشان میدهد و از عبور جریان جلوگیری میکند.
دیودها از نیمه هادیهای نوع N و P ساخته میشوند. هرگاه دو کریستال نیمه هادی نوع N و P به هم اتصال یابند الکترونهای آزاد نیمه هادی نوع N که در نزدیکی محل اتصال P–N قرار دارند به منطقه P نفوذ مینمایند و با حفرههای کریستال نوع P ترکیب میشوند و به این ترتیب حفرههایی از بین میروند و الکترونهای آزاد به صورت الکترونهای ظرفیت درمیآیند.
عبور یک الکترون از محل اتصال سبب ایجاد یک جفت یون میشود زیرا وقتی الکترونی از ناحیه N به ناحیه P وارد میشود در ناحیه N یک اتم پنج ظرفیتی الکترونی را از دست داده و به یون مثبت تبدیل میشود و در مقابل، در ناحیه P یک اتم سه ظرفیتی الکترونی را دریافت میکند و به یون منفی تبدیل میشود. به این ترتیب در اثر عبور تعداد زیادی الکترون از محل اتصال نیمه هادیها، در محل پیوند تعداد زیادی یون مثبت و منفی ایجاد میشود.
این یونها در کریستال ثابت هستند زیرا به علت پیوند کووالانس بین الکترونهای اتمها، نمیتوانند مانند الکترونهای آزاد حرکت کنند.
بنابراین در محل پیوند ناحیهای به نام لایه تخلیه به وجود میآید که در آن حاملهای هدایت الکتریکی یعنی الکترونها و حفرهها وجود ندارند. به ناحیه تخلیه، ناحیه سد هم گفته میشود. یونهای مثبت و منفی در ناحیه تخلیه سبب ایجاد میدان الکتریکی میشوند.
این میدان الکتریکی با عبور الکترونهای آزاد از محل اتصال مخالفت میکند. هرگاه میدان ایجاد شده به حدی برسد که مانع عبور الکترون از محل اتصال گردد حالت تعادل به وجود میآید و به این صورت دیود کریستالی ساخته میشود. ولتاژ ایجاد شده در ناحیه تخلیه، پتانسیل سد نامیده میشود.
آشنایی با ترانزیستور
ترانزیستور یکی از پرکاربردترین قطعات در صنعت الکترونیک است که با اختراع آن در سال 1947 میلادی تحولی عظیم در صنعت الکترونیک به وقوع پیوست. ترانزیستور وظیفه تقویت و یا قطع و وصل کردن سیگنال را بر عهده دارد. ترانزیستور یکی از قطعات حالت جامد است که از مواد نیمه رسانایی مانند سیلیسیم و ژرمانیم ساخته میشود که در ساختمان خود دارای نیمه هادی های P و N است.
در مدارهای آنالوگ، ترانزیستورها در تقویتکنندهها استفاده میشوند (تقویت سیگنال هایی مانند صوت، امواج رادیویی، …) و نیز منابع تغذیه تثبیت شده خطی و غیر خطی (منبع تغذیه سوییچینگ). همچنین از ترانزیستورها در مدارهای دیجیتال به عنوان یک سوئیچ الکترونیکی استفاده میشود، اگر چه به ندرت در آنها به صورت یک قطعه جدا، بلکه به صورت به هم پیوسته در مدارهای مجتمع یکپارچه بهکار میروند.
ترانزیستور معمولی، یک المان سه قطبی معمولی است که از سه عدد نیمه هادی نوع N و P تشکیل شده است این نیمه هادیها به دو شکل میتوانند در کنار هم قرار گیرند .
دو نیمه هادی نوع N در دو طرف و یک نیمه هادی نوع P در وسط قرار میگیرند که در این حالت ترانزیستور را NPN مینامند.
مدارهای دیجیتال شامل گیتهای منطقی (logic gates)، حافظه با دسترسی تصادفی (RAM)، ریزپردازندهها و پردازشگرهای سیگنال دیجیتال (DSPs) هستند. ترانزیستور میتواند به عنوان کلید نیز کار کند.
دو نیمه هادی نوع P در دو طرف و یک نیمه هادی نوع N در وسط قرار میگیرند که در این حالت ترانزیستور را PNP مینامند. لایههای ترانزیستور را امیتر (Emitter)، بیس (Base) و کلکتور (Collector)مینامند که امیتر را با حرفE ، بیس را با حرف B و کلکتور را با حرف C نمایش میدهند .
نیمه هادی نوع N یا P که به عنوان امیتر به کار میرود، نسبت به لایههای بیس و کلکتور دارای ناخالصی بیشتری است. ضخامت این لایه حدود چند ده میکرون است و سطح تماس آن نیز بستگی به فرکانس کار و قدرت ترانزیستوردارد .
لایه بیس نسبت به لایههای کلکتور و امیتر دارای ناخالصی کمتری است و ضخامت آن نیز به مراتب کمتر از ضخامت لایههای امیتر و کلکتور است و عملاً از چند میکرون تجاوز نمیکند .
تمامی مطالب گفته شده و مباحث مرتبط در دوره آموزش الکترونیک1 آورده شدهاست.
مدارهای آنالوگ
برای سیگنالهایی که دامنه دارند، از مدارهای آنالوگ استفاده میشود. به طور کلی، مدارهای آنالوگ دامنه سیگنالها را اندازه گیری یا کنترل میکنند. در روزهای ابتدایی ظهور الکترونیک، همه دستگاههای الکترونیکی از مدارهای آنالوگ استفاده میکردند. فرکانس مدار آنالوگ اغلب در پردازش سیگنال آنالوگ اندازه گیری یا کنترل میشود. گرچه مدارهای دیجیتالی به تعداد بیشتری ساخته میشوند، اما مدارهای آنالوگ همیشه لازم خواهند بود زیرا دنیا و مردم به روشهای آنالوگ کار میکنند.
مدارهای دیجیتال
از مدارهای دیجیتال برای سیگنالهایی استفاده میشود که فقط روشن و خاموش میشوند. اجزای فعال در مدارهای دیجیتال معمولا هنگام روشن بودن یک سطح سیگنال دارند و هنگام خاموش بودن سطح سیگنال دیگری دارند. به طور کلی، در مدارهای دیجیتال یک جز فقط روشن و خاموش است. رایانهها و ساعتهای الکترونیکی نمونههایی از دستگاههای الکترونیکی هستند که اکثرا از مدارهای دیجیتالی تشکیل شدهاند.
مدارهای پالس
از مدارهای پالس برای سیگنالهایی استفاده میشود که به پالسهای انرژی سریع نیاز دارند. به عنوان مثال، رادار با استفاده از مدارهای پالس، انفجارهای پرقدرت رادیویی را از فرستندههای رادار ایجاد و ارسال میکند. از آنتنهای راداری برای ارسال و یا انتقال انفجارهای پرقدرت در جهتی که آنتن نشان داده شده است استفاده میشود.
پالسها یا انفجارهای رادیویی فرستنده رادار از اجسام سخت و فلزی برخورد کرده و به عقب برگردند یا به اصطلاح منعکس میشوند. اشیا سخت به چیزهایی مانند ساختمانها، تپهها و کوهها گفته میشود. همچنین بناها یا دستگاههای بزرگ ساخته شده از فلز مانند هواپیما، پل یا حتی اشیا در فضا، مانند ماهوارهها نیز جزو این اشیا حساب میشوند. انرژی رادار منعکس شده توسط گیرندههای پالس رادار شناسایی میشود.
از پالس و مدارهای دیجیتال در گیرندههای پالس رادار برای نشان دادن موقعیت و فاصله اجسامی که پالسهای پرقدرت فرستنده رادار را منعکس کردهاند، استفاده میشود. با انجام محاسباتی مثل اینکه چند بار پالسهای فرستاده شده توسط رادار منعکس میشوند و چه مدت طول می کشد تا انرژی پالس منعکس شده به گیرنده رادار برگردد، نه تنها میتوان گفت که چند شی جلوی رادار وجود دارد بلکه میتوان گفت دارای چه موقعیتی نسبت به رادار هستند.
مدارهای دیجیتال موجود در یک رادار با دانستن فاصله زمانی بین پالسهای انرژی، فاصله یک جسم را محاسبه میکنند. مدارهای دیجیتال گیرنده رادار مدت زمانی را که بین پالسها طول میکشد تا انرژی منعکس شده جسم توسط گیرنده رادار شناسایی شود را حساب میکنند. از آنجایی که پالسهای رادار تقریبا با سرعت نور ارسال و دریافت میشوند، فاصله تا جسم کاملا دقیق و به راحتی قابل محاسبه است.
این کار در مدارهای دیجیتالی با ضرب سرعت نور در زمان دریافت انرژی رادار منعکس شده از یک جسم، انجام میشود. زمان بین پالسها (که معمولا زمان ضربان نبض یا PRT نامیده میشود) محدودیتی را برای تشخیص فاصله یک جسم تعیین میکند. به آن فاصله "برد" فرستنده و گیرنده رادار گفته میشود.
فرستندهها و گیرندههای راداری از PRT طولانی برای یافتن فاصله با اجسام دور استفاده میکنند. به عنوان مثال PRT طولانی امکان تعیین دقیق فاصله از ماه را هم فراهم میسازد. PRTهای سریع برای تشخیص اشیا بسیار نزدیکتر مانند کشتی در دریا، هواپیماها یا تعیین سرعت حرکت اتومبیلها در بزرگراهها استفاده می شوند.
مدار الکتریکی:
مدار الکتریکی قطعهای است که بار منفی را از منبع در سیم انتقال میدهد و دوباره به منبع بر میگرداند به صورت خلاصه و دقیق اگر قطعات تشکیل دهنده مدار، الکتریکی باشند، مدار الکتریکی نامیده میشود و اگر برخی از قطعات، الکتریکی و برخی الکترونیکی باشند، مدار الکترونیکی است.
مدارهای الکتریکی خطی نوعی از این مدارها هستند که از یک منبع جریان یا ولتاژ و عناصر خطی همانند مقاومت تشکیل میشوند.
هر مدار الکتریکی از مؤلفههای زیر تشکیل شدهاست:
- یک منبع تغذیۀ مانند باتری یا مولد
- سیمها یا نوارهای ارتباط دهنده مدار، که از یک ماده رسانای الکتریسیته خوب مانند مس ساخته میشوند.
- قطعات مداری همچون خازن، مقاومت، القاگر، دیود، ترانزیستور و در نهایت وسیله نارسانا که بین سیم قرار گیرد.
این مبحث به طور کامل در دوره آموزش مدارهای الکتریکی1 سایت مکتبخونه تشریح شدهاست. همچنین در دوره آموزش مقدماتی کار با اسیلوسکوپ میتوانید نحوه کار با دستگاهی که میتواند شکل موج انواع مختلف مدارها را نشان دهد، آشنا شوید.
آموزش الکترونیک دانشگاه تهران
دکتر کمرهای استاد مهندسی برق دانشگاه تهران در معرفی این گرایش میگوید : گرایش الکترونیک به دو زیر بخش عمده تقسیم میشود. بخش اول میکروالکترونیک است که شامل علم مواد، فیزیک الکترونیک، طراحی و ساخت قطعات از سادهترین آنها تا پیچیدهترین آنها است و بخش دوم نیز مدار و سیستم نامیده میشود و هدف آن طراحی و ساخت سیستمها و تجهیزات الکترونیکی با استفاده از قطعات ساخته شده توسط متخصصان میکروالکترونیک است.
دکتر جبهدار نیز در معرفی این گرایش میگوید : گرایش الکترونیک یکی از گرایشهای جالب مهندسی برق است که محور اصلی آن آشنایی با قطعات نیمه هادی، توصیف فیزیکی این قطعات، عملکرد آنها و در نهایت استفاده از این قطعات، برای طراحی و ساخت مدارها و دستگاههای است که کاربردهای فنی و روزمره زیادی دارند.
همزمان با تاسیس دانشگاه تهران در ۱۳۱۳، دانشکدهای تحت عنوان الکترومکانیک تاسیس شد و در سال ۱۳۴۰ به دلیل توسعه سریع مهندسی برق و نقش کلیدی آن در توسعه علم و فناوری، گروه برق به صورت مستقل تشکیل گردید. متکی بر پیشبینیهای تخصصی در خصوص راهبردی بودن ترکیب حوزههای آیندهساز، توسعه حوزه مهندسی کامپیوتر به همراه مهندسی پزشکی به فعالیتهای این دانشکده افزوده شد. ثمره ایجاد این ترکیب چند رشتهای، پیشگامی دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران در ایران و درخشش در سطح بینالمللی در حوزههایی تخصصی و میان رشتهای است؛ حوزههایی که بنیان تحولات امروز و آینده علم و فناوری را رقم زدهاند.
گرایش الکترونیک در دانشگاه تهران یک مجموعه رو به رشد میباشد که در دو راستای آموزش و پژوهش برنامههای فراوانی دارد. به طور کلی این گرایش از دو زیر گرایش مدار و سیستم، و زیرگرایش افزاره و نانو تشکیل شده است.
زمینههای تحقیقاتی ارائه شده در زیر بخشی از تحقیقات مفصلی است که در این گرایش در جریان میباشد.
- مدارات مجتمع توان پایین
- سامانههای فرکانس بالا
- طراحی مدارات مجتمع
- طراحی و شبیه سازی افزاره
- مدارات و سیستمهای فرکانس رادیویی
- هوش سیلیکانی
- مدارات پیشرفته برای مخابرات داده
- سیستمهای مجتمع بیو
- نانوسیستم های توان پایین و با بهره وری بالا
- سلولهای خورشیدی و لایه نازک
- نانوالکترونیک
- ادوات نانو بیو-الکترونیک
- طراحی و ساخت سامانههای ریز ماشینکاری
- ادوات انرژی نانوساختار
- بلور فوتونی و ادوات مخابراتی
- اتصالات میانی در مدارات و سیستمهای مجتمع نانو
- انتقال کوانتمی
- محاسبات کوانتمی
آموزش الکترونیک دانشگاه ایلام
رشته برق دانشگاه ایلام در آغاز با مکانيک همراه بود و الکترومکانيک خوانده میشد، اما با رشد و پيشرفت چشمگير اين رشته، رشته برق راه خود را از مکانيک جدا کرده و به عنوان يک رشته مستقل مطرح گرديد. با توجه به وسعت صنعت برق و پيشرفت زياد آن، اين رشته خود به چند گرايش تقسيم شده است. به دليل استقبال بینظير از اين رشته در 30 سال اخير، برجستهترين استعدادها به اين رشته جذب شدهاند.اين به نوبه خود باعث ارتقای سطح علمي و پژوهشي و اعتبار روز افزون دانشگاههاي ايران در جهان شده است.
گروه مهندسي برق دانشگاه ايلام از سال 1388 شروع به پذيرش دانشجو در مقطع کارشناسي مهندسي برق نموده و تاکنون بيش از 300 نفر فارغ التحصيل داشته و در حال حاضر نزديک به 200 نفر دانشجو در حال تحصيل در مقطع کارشناسي دارد.
آزمايشگاههاي مهندسي برق عبارتنداز :
- آزمايشگاه تحقيقاتی شبيهساز سيستمهای قدرت
- آزمايشگاه تحقيقاتی شبکههای توزيع برق هوشمند
- MAILAB آزمايشگاه تحقيقاتي ميکروسيستم و ابزار دقيق پيشرفته
- آزمايشگاه سيستمهای ديجيتال
- آزمايشگاه بررسی سيستمهای قدرت
- آزمايشگاه سيستمهای کنترل خطی و صنعتی
- آزمايشگاه رله و حفاظت
- آزمايشگاه عايق و فشارقوی
- آزمايشگاه الکترونيک صنعتی و درايو
- آزمايشگاه الکترونيک 1و 2
- آزمايشگاه مدار منطقي و تکنيک پالس
- آزمايشگاه ماشينهای الکتريکی 1و 2
- کارگاه برق
بازار کار مهندسان الکترونیک
مهندسان الکترونیک شغلشان با تک تک افراد جامعه سر و کار دارد. آنها مسئول اجرا و طراحی اجزای هر وسیله یا ابزاری هستند که برق مصرف میکند. مهندسان الکترونیک همواره بر روی تولید الکترونیک جهت مصرف وسایل و تجهیزات متمرکز میشوند. این وسایل میتواند شامل هر چیزی باشد که با الکتریسیته کار میکند. مهندسان الکترونیک همچنان بر روی تحقیق، ساخت و یا بهبود محصولات و خدمات میپردازند. به واسطه ماهیت کار مهندسی، آنها اغلب برای حل مسائل پیچیده به صورت گروهی کار میکنند.
درآمد رشته مهندسی الکترونیک
میانگین درآمد مهندسین الکترونیک در کانادا در سال 2021 در حدود 77,221$ (دلار کانادا) و دستمزد هر ساعت این مهندسان چیزی در حدود 39.60$ (دلار کانادا) است. بر همین اساس، میانگین درآمد سالانه مهندسان الکترونیک تازه کار در کانادا حدود 42,500$ (دلار کانادا) است در حالی که مهندسان با سابقه تا 127,827$ (دلار کانادا) در کانادا دریافت میکنند.
شغلهای رشته الکترونیک
کار اصلی الکترونیک طراحی و ساخت تجهیزات برای کنترل و پردازش داده ها، تبدیل و توزیع توان الکتریکی و یا اجرای عملیاتهای خاص است.
رشته الکترونیک گستره وسیعی از مشاغل را در بر میگیرد؛ تعمیر وسایل الکترونیکی، طراحی و ساخت مدارهای الکترونیکی، مونتاژ قطعات الکترونیکی، نصب و راه اندازی تجهیزات الکترونیک، نصب و راه اندازی آنتنهای ساختمانی و تعمیر بوردها و تجهیزات کامپیوتری بخشی از فعالیتهای شخصی است که در زمینه الکترونیک فعالیت دارد.
برای ورود به این شغل میتوانید از طریق تحصیل در هنرستانها مهارتهای اولیه را فرا گرفته و در صورت علاقه بدون گذراندن دوره پیش دانشگاهی در آزمون سراسری شرکت نموده و مدرک کاردانی پیوسته را از مراکز فنی و حرفهای یا دانشگاههای علمی کاربردی دریافت نمایید و در نهایت به کاردان فنی الکترونیک تبدیل شوید.
تکنسین فنی الکترونیک پس از دریافت مدرک میتوانید در صنایع مختلف مرتبط با الکترونیک مشغول به کار شده و یا به صورت مستقل و برای خود شروع به کسب در آمد نماید.
دروس تخصصی مهندسی الکترونیک
دانشجویان در گرایش الکترونیک موظف به گذراندن تعداد 141 واحد درسی می باشند که به شرح زیر است :
- 21 واحد دروس عمومی
- 27 واحد دروس پایه
- 51 واحد دروس اصلی
- 32 واحد دروس تخصصی
- 10 واحد اختیاری
دروس اصلی رشته مهندسی برق گرایش الکترونیک عبارتند از:
کارگاه برق، زبان تخصصی، نقشهکشی صنعتی، ریاضی مهندسی، مدارهای الکتریکی 1 ، مدارهای الکتریکی2 ، آز مدار و اندازهگیری 1، الکترومغناطیس، الکترونیک 1، آز الکترونیک 1، الکترونیک 2، ماشینهای الکتریکی1، ماشینهای الکتریکی2، آز ماشینهای الکتریکی1، مدارهای منطقی، آز مدار منطقی، تجزیه و تحلیل سیستمها، سیستمهای کنترل خطی، آز سیستمهای کنترل خطی، بررسی سیستمهای قدرت 1، مخابرات1
دروس تخصصی آن نیز عبارتند از:
معماری کامپیوتر، آزمایشگاه معماری کامپیوتر، الکترونیک 3، آزمایشگاه الکترونیک 3، الکترونیک دیجیتال، ریزپردازنده، آزمایشگاه ریزپردازنده، مدارهای مخابراتی، آز مدارهای مخابراتی، فیلتر و سنتز مدار، فیزیک مدرن، فیزیک الکترونیک، الکترونیک صنعتی.
نرم افزارهای مناسب برای گرایش الکترونیک:
- ۱) Code Vision AVR (کد ویژنای وی آر)
- ۲) Altium Design (آلتیوم دیزاین)
- ۳) Proteus Design (پروتئوس دیزاین)
- ۴) Cadence PSpice (کدنس پی اس پایس)
همانطور که پیشتر گفتهشد، دورههای آموزشی اکثر دروس رشته مهندسی الکترونیک و همینطور نرم افزارهای مناسب برای این رشته در سایت مکتبخونه در دسترس است.
بازار کار مهندسی الکترونیک در آلمان
آلمان یکی از کشورهای اروپایی میباشد که در سال 2017 نرخ بیکاری 3/6 درصد را به خود اختصاص داده است. افرادی که در رشتههایی مثل برق، عمران، مکانیک و البته الکترونیک تحصیل کردهاند میتوانند به راحتی در کشور آلمان کار پیدا کنند.
مهندسان الکترونیک با استخدام در هر شرکت دولتی یا خصوصی در سال 61000 دلار حقوق و دستمزد دریافت میکنند. این مقدار حقوق در ماه برای یک مهندس الکترونیک 5000 دلار خواهد شد. این میزان حقوق و دستمزد با توجه به جنسیت و نوع کار برای هر فرد متغیر خواهد بود.
یکی دیگر از مواردی که میتواند در زمینه میزان حقوق تاثیرگذار باشد، سطح دانش مهندس الکترونیک و میزان تحصیلات او میباشد که میتواند تعیینکننده بسیار مهمی در زمان استخدام و همچنین برخورداری بیمه رایگان شغلی باشد.
کارشناسان الکترونیک باید قابلیت همکاری و توانایی در انجام پروژههای چند منظوره را داشته باشند. مهندسان الکترونیک میتوانند در موقعیتهای شغلی زیر در کشور آلمان با مهندسان عمران و آرشیتکتها همکاری لازم را داشته باشند.
- تحقیق و توسعه
- ساخت و ساز
- ارتباط و رسانه
- تحقیقات علمی
- طراحی سخت افزار
مهندسهای الکترونیک برای اینکه توجه کارفرمایان آلمانی را در حوزه خود جلب کنند، میتوانند مهارتهای خود را در زمینه IT بهبود ببخشند. همچنین با یادگیری زبان آلمانی میتوانند روند اخذ ویزای کاری و استخدام خود در شرکتهای معتبر را تسریع نمایند.