Elektrotechnik

Elektrotechnik

Beruf
Namen	Elektroingenieur
Aktivitätssektoren	Elektronik, Stromkreise, Elektromagnetik, Energietechnik, Elektromaschinen, Telekommunikation, Kontroll systeme, Signalverarbeitung, Optik, Photonik
Beschreibung
Kompetenzen	Technisches Wissen, Managementfähigkeiten, Design (siehe auch Glossar der Elektrotechnik und Elektronik)
Felder von Beschäftigung	Technologie, Wissenschaft, Erkundung, Militär, Industrie

Elektrotechnik ist ein Ingenieurwesen Disziplin, die sich mit der Studie, dem Design und der Anwendung von Geräten, Geräten und Systemen befassen, die verwendet werden Elektrizität, Elektronik, und Elektromagnetismus. Es wurde in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts als identifizierbare Besatzung nach Vermarktung des elektrischer Telegraphdas Telefon und das Telefon und elektrische Energie Generierung, Verteilung und Verwendung.

Die Elektrotechnik ist jetzt in eine Vielzahl verschiedener Felder unterteilt, einschließlich Technische Informatik, Systemtechnik, Energietechnik, Telekommunikation, Funkfrequenztechnik, Signalverarbeitung, Instrumentierung, Photovoltaik-Zellen, Elektronik, und Optik und Photonik. Viele dieser Disziplinen überschneiden sich mit anderen technischen Filialen und erstrecken sich über eine große Anzahl von Spezialisierungen, einschließlich Hardware -Engineering, Leistungselektronik, Elektromagnetik und Wellen,, Mikrowellenentwicklung, Nanotechnologie, Elektrochemie, erneuerbare Energien, Mechatronik/Kontrolle und Wissenschaft für elektrische Materialien.^[a]

Elektroingenieure halten normalerweise a Grad in Elektrotechnik oder Elektrotechnik. Übende Ingenieure können haben professionelle Zertifizierung und Mitglieder von a professioneller Körper oder eine internationale Standardorganisation. Dazu gehören die Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC), die Institut für Elektro- und Elektronikingenieure (IEEE) und die Institution für Ingenieurwesen und Technologie (IET) (früher der IEE)).

Elektroingenieure arbeiten in einer sehr breiten Palette von Branchen und die erforderlichen Fähigkeiten sind ebenfalls variabel. Diese reichen von Kreistheorie zu den Managementfähigkeiten von a Projektmanager. Die Werkzeuge und Geräte, die ein einzelner Ingenieur benötigt, sind ähnlich variabel und reichen von einem einfachen Voltmeter zu ausgefeilter Design- und Fertigungssoftware.

Geschichte

Elektrizität war seit mindestens dem frühen 17. Jahrhundert ein Thema von wissenschaftlichem Interesse. William Gilbert war ein prominenter früher Elektrowissenschaftler und war der erste, der eine klare Unterscheidung zwischen Magnetismus und statische Elektrizität. Ihm wird der Begriff "Elektrizität" zugeschrieben.^[1] Er entwarf auch das Verorium: Ein Gerät, das das Vorhandensein statisch geladener Objekte erkennt. 1762 schwedischer Professor Johan Wilcke erfand ein später benanntes Gerät Elektrophorus Das erzeugte eine statische elektrische Ladung. Um 1800 Alessandro Volta hatte die entwickelt Voltaic Stapelein Vorläufer der elektrischen Batterie.

19. Jahrhundert

Im 19. Jahrhundert begann sich die Forschung zu dem Thema zu verschärfen. Bemerkenswerte Entwicklungen in diesem Jahrhundert umfassen die Arbeit von Hans Christian Ørsted der 1820 entdeckte, dass ein elektrischer Strom ein Magnetfeld erzeugt, das eine Kompassnadel ablenkten, von William Sturgeon Wer hat 1825 das erfunden Elektromagnet, von Joseph Henry und Edward Davy wer hat die erfunden elektrisches Relais im Jahr 1835 von Georg Ohm, der 1827 die Beziehung zwischen dem quantifizierte elektrischer Strom und Potenzieller unterschied in einem Dirigent,^[2] von Michael Faraday (der Entdecker von Elektromagnetische Induktion im Jahr 1831) und von James Clerk Maxwell, der 1873 eine einheitliche veröffentlichte Theorie von Strom und Magnetismus in seiner Abhandlung Elektrizität und Magnetismus.^[3]

1782, Georges-louis le Sage entwickelt und präsentiert in Berlin Wahrscheinlich die erste Form der elektrischen Telegraphie der Welt, die 24 verschiedene Kabel verwendet, eine für jeden Buchstaben des Alphabets. Dieser Telegraph verband zwei Räume. Es war ein elektrostatischer Telegraph, der Blattgold durch elektrische Leitung bewegte.

1795, Francisco Salva Campillo schlug ein elektrostatisches Telegraphensystem vor. Zwischen 1803 und 1804 arbeitete er an der elektrischen Telegraphie und stellte 1804 seinen Bericht an der Royal Academy of Natural Sciences and Arts of Barcelona vor. Das Elektrolyt -Telegraph -System von Salva war sehr innovativ, obwohl es stark von zwei neuen Entdeckungen im Jahr 1800 beeinflusst wurde - Alessandro Voltas elektrische Batterie zur Erzeugung eines elektrischen Stroms und William Nicholson und Anthony Carlyle Elektrolyse von Wasser.^[4] Elektrische Telegraphie kann als das erste Beispiel der Elektrotechnik angesehen werden.^[5] Elektrotechnik wurde im späten 19. Jahrhundert zu einem Beruf. Praktizierende hatten ein globales geschaffen elektrischer Telegraph Netzwerk und die ersten professionellen Elektrotechnik -Institutionen wurden in Großbritannien und den USA gegründet, um die neue Disziplin zu unterstützen. Francis Ronalds Erstellte 1816 ein elektrisches Telegraphensystem und dokumentierte seine Vision, wie die Welt durch Elektrizität verändert werden könnte.^[6][7] Über 50 Jahre später trat er der New Society of Telegraph Engineers bei (um bald in die benannte Einrichtung der Elektroingenieure) wo er von anderen Mitgliedern als erste ihrer Kohorte angesehen wurde.^[8] Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts war die Welt durch die schnelle Kommunikation für die technische Entwicklung von Landlinien für immer verändert worden. U -Boot -Kabelund, ab 1890,, drahtlose Telegraphie.

Praktische Anwendungen und Fortschritte in solchen Bereichen haben einen zunehmenden Bedarf an standardisiertem Bedarf erzeugt Maßeinheiten. Sie führten zur internationalen Standardisierung der Einheiten Volt, Ampere, Coulomb, Ohm, Farad, und Henry. Dies wurde 1893 auf einer internationalen Konferenz in Chicago erreicht.^[9] Die Veröffentlichung dieser Standards bildete die Grundlage für zukünftige Fortschritte in der Standardisierung in verschiedenen Branchen, und in vielen Ländern wurden die Definitionen in relevanten Rechtsvorschriften sofort anerkannt.^[10]

In diesen Jahren wurde die Untersuchung von Elektrizität weitgehend als ein Unterfeld von angesehen Physik Seit der frühen elektrischen Technologie wurde berücksichtigt elektromechanisch in der Natur. Das Technische Universität Darmstadt gründete 1882 die erste Abteilung für Elektrotechnik der Welt und führte 1883 den ersten Gradkurs in Elektrotechnik ein.^[11] Das erste Programm für Elektrotechnik in den Vereinigten Staaten wurde bei gestartet Massachusetts Institute of Technology (MIT) in der Physikabteilung unter Professor Charles Cross, ^[12] obwohl es war Cornell Universität 1885 die ersten Absolventen der weltweiten Elektrotechnik zu produzieren.^[13] Der erste Kurs in der Elektrotechnik wurde 1883 in Cornell's unterrichtet Sibley College für Maschinenbau und mechanische Künste.^[14] Erst um 1885 Cornell Präsident Andrew Dickson White Gründung des ersten Abteilung für Elektrotechnik in den USA.^[15] Im selben Jahr, University College London gründete den ersten Stuhl für Elektrotechnik in Großbritannien.^[16] Professor Mendell P. Weinbach bei Universität von Missouri Bald folgte der Einrichtung der Abteilung für Elektrotechnik im Jahr 1886.^[17] Danach Universitäten und Technologieinstitute Allmählich begann sie, ihren Schülern auf der ganzen Welt Elektrotechnikprogramme anzubieten.

Während dieser Jahrzehnte nahm die Nutzung der Elektrotechnik dramatisch zu. 1882, Thomas Edison schaltete das weltweit erste große elektrische Stromnetz ein, das 110 Volt lieferte- Gleichstrom (DC) - an 59 Kunden auf Manhattan Island in New York City. 1884, Sir Charles Parsons erfand die Dampfturbine Ermöglichen Sie eine effizientere Stromerzeugung. Wechselstrommit seiner Fähigkeit, die Stromversorgung effizienter über große Strecken durch die Verwendung von effizienter zu übertragen Transformer, in den 1880er und 1890er Jahren schnell entwickelt mit Transformatordesigns von Károly Zipernowsky, Ottó Bláthy und Miksa Déri (später ZBD -Transformatoren genannt), Lucien Gallard, John Dixon Gibbs und William Stanley, Jr. Praktisch AC Motor Entwürfe einschließlich Induktionsmotoren wurden unabhängig voneinander erfunden von Galileo Ferraris und Nikola Tesla und entwickelte sich weiter zu einem praktischen Drei Phasen Form von Mikhail Dolivo-dobrovolsky und Charles Eugene Lancelot Brown.^[18] Charles Steinmetz und Oliver Heaviside trug zur theoretischen Grundlage des Wechselstromtechnik bei.^[19][20] Die Ausbreitung bei der Verwendung von Wechselstromabteilung in den Vereinigten Staaten, was als genannt wurde Kriegskrieg zwischen a George Westinghouse unterstütztes Wechselstromsystem und ein Thomas Edison -DC -Stromversorgungssystem, wobei AC als Gesamtstandard übernommen wird.^[21]

Frühes 20. Jahrhundert

Während der Entwicklung von Radioviele Wissenschaftler und Erfinder haben dazu beigetragen Radio -Technologie und Elektronik. Die mathematische Arbeit von James Clerk Maxwell In den 1850er Jahren hatte die Beziehung verschiedener Formen von gezeigt elektromagnetische Strahlung einschließlich der Möglichkeit unsichtbarer Luftwellen (später als "Radiowellen" genannt). In seinen klassischen Physikversuche von 1888,, Heinrich Hertz bewies Maxwells Theorie durch Senden Radiowellen mit einer Spark-Lack-Senderund erkannte sie mit einfachen elektrischen Geräten. Andere Physiker experimentierten mit diesen neuen Wellen und entwickelten im Prozess Geräte zum Übertragen und Erkennen. Im Jahr 1895, Guglielmo Marconi begann mit der Arbeit nach dem Weg, um die bekannten Methoden zur Übertragung und Erkennung dieser "Hertzschen Wellen" in einen gewerblichen Zweck anzupassen drahtloses telegraphisch System. Schon früh schickte er drahtlose Signale über eine Entfernung von eineinhalb Meilen. Im Dezember 1901 sandte er drahtlose Wellen, die nicht von der Krümmung der Erde betroffen waren. Marconi übermittelte später die drahtlosen Signale über den Atlantik zwischen Pololdhu, Cornwall und St. Johns, Neufundland, eine Entfernung von 3.400 km.^[22]

Millimeterwelle Die Kommunikation wurde zuerst von untersucht von Jagadisch Chandra Bose 1894–1896, als er eine erreichte Extrem hohe Frequenz von bis zu 60 GHz in seinen Experimenten.^[23] Er führte auch die Verwendung von vor Halbleiter Junctions zum Erkennen von Radiowellen,^[24] Als er das Radio patentierte Kristalldetektor im Jahr 1901.^[25][26]

Im Jahr 1897, Karl Ferdinand Braun stellte die vor Kathodenstrahlröhre als Teil eines Oszilloskop, eine entscheidende Ermöglichungstechnologie für elektronisches Fernsehen.^[27] John Fleming erfand die erste Radiöhre, die Diode, im Jahr 1904. Zwei Jahre später, Robert von Lieben und Lee de Forest unabhängig voneinander die Verstärkerrohr entwickelte, genannt die Triode.^[28]

1920, Albert Hull entwickelte die Magnetron was schließlich zur Entwicklung der führen würde Mikrowelle 1946 von Percy Spencer.^[29][30] 1934 begann das britische Militär Fortschritte zu machen Radar (was auch das Magnetron verwendet) unter der Richtung von Dr. Wimperis, der im Betrieb der ersten Radarstation bei gipfelt Bawdsey im August 1936.^[31]

1941, Konrad Zuse präsentierte die Z3Der erste voll funktionsfähige und programmierbare Computer der Welt, der elektromechanische Teile verwendet. 1943, Tommy Blumen entworfen und gebaut die Koloss, der erste voll funktionsfähige, elektronische, digitale und programmierbare Computer der Welt.^[32][33] 1946 die Eniac (Elektronischer numerischer Integrator und Computer) von John Presper Eckert und John Mauchly folgte mit der Computerzeit. Die arithmetische Leistung dieser Maschinen ermöglichte es den Ingenieuren, völlig neue Technologien zu entwickeln und neue Ziele zu erreichen.^[34]

1948 Claude Shannon Veröffentlichung "eine mathematische Kommunikationstheorie", die die Informationsübertragung mit Unsicherheit mathematisch beschreibt (elektrisches Geräusch).

Festkörperelektronik

Die erste Arbeit Transistor war ein Punktkontakttransistor erfunden von John Bardeen und Walter Houser Brattain während der Arbeit unter William Shockley Bei der Bell Telefonlabors (BTL) 1947.^[35] Sie erfanden dann die Bipolar -Junction -Transistor 1948.^[36] Während früh Junction -Transistoren waren relativ sperrige Geräte, die auf a schwer zu produzieren waren Massenproduktion Basis,^[37] Sie öffneten die Tür für kompaktere Geräte.^[38]

Der Erste integrierte Schaltkreise waren die Hybrid integrierter Schaltkreis erfunden von Jack Kilby bei Texas Instrumente 1958 und der monolithische integrierte Schaltungschip erfunden von erfunden von Robert Noyce bei Fairchild Semiconductor 1959.^[39]

Das Mosfet (Metalle-Oxid-Sämiener-Feld-Effekt-Transistor oder MOS-Transistor) wurde durch erfunden von Mohamed Atalla und Dawon Kahng 1959 bei BTL.^[40][41][42] Es war der erste wirklich kompakte Transistor, der für eine Vielzahl von Verwendungsmöglichkeiten miniaturisiert und massenproduziert werden konnte.^[37] Es revolutionierte die Elektronik-Industrie,^[43][44] zum am häufigsten verwendeten elektronischen Gerät der Welt werden.^[41][45][46]

Das MOSFET ermöglichte es, bauen zu können Hochdichte integrierte Schaltung Chips.^[41] Der früheste experimentelle MOS -IC -Chip, der hergestellt werden sollte, wurde von Fred Heiman und Steven Hofstein untergebracht RCA -Labors 1962.^[47] MOS -Technologie aktiviert Moores Gesetz, das Verdoppelung der Transistoren auf einem IC -Chip alle zwei Jahre, vorhergesagt von Gordon Moore 1965.^[48] Silizium-Gate MOS -Technologie wurde von entwickelt von Federico Faggin 1968 bei Fairchild.^[49] Seitdem ist der MOSFET der grundlegende Baustein der modernen Elektronik.^[42][50][51] Die Massenproduktion von Silizium-MOSFETs und MOS-integrierten Schaltungschips sowie kontinuierlich MOSFET -Skalierung Miniaturisierung in exponentiellem Tempo (wie vorhergesagt von Moores Gesetz), seitdem zu revolutionären Veränderungen in Technologie, Wirtschaft, Kultur und Denken.^[52]

Das Apollo -Programm das gipfelte in Landung Astronauten auf dem Mond mit Apollo 11 1969 wurde durch aktiviert von NASA's Annahme von Fortschritten in Halbleiter Elektronische Technologie, einschließlich MOSFets in der Interplanetäre Überwachungsplattform (Imp)^[53][54] und Silizium -integrierte Schaltungschips in der Apollo Guidance Computer (AGC).^[55]

Die Entwicklung der MOS -Integrierten Schaltungstechnologie in den 1960er Jahren führte zur Erfindung der Mikroprozessor In den frühen 1970er Jahren.^[56][57] Der erste Single-Chip-Mikroprozessor war der Intel 4004, veröffentlicht 1971.^[56] Der Intel 4004 wurde von Federico Faggin bei Intel mit seiner Silicon-Gate MOS-Technologie entworfen und realisiert.^[56] zusammen mit Intel's Marcian Hoff und Stanley Mazor und Busicoms Masatoshi Shima.^[58] Der Mikroprozessor führte zur Entwicklung von Mikrocomputer und Personalcomputer und die Mikrocomputer Revolution.

Unterfelder

Eine der Eigenschaften von Elektrizität ist, dass er sowohl für die Energieübertragung als auch für die Informationsübertragung sehr nützlich ist. Dies waren auch die ersten Bereiche, in denen die Elektrotechnik entwickelt wurde. Heute hat die Elektrotechnik viele Subdisziplinen, von denen die am häufigsten aufgeführten unten aufgeführt sind. Obwohl es Elektroingenieure gibt, die sich ausschließlich auf eine dieser Subdisziplinen konzentrieren, beschäftigen sich viele mit einer Kombination von ihnen. Manchmal bestimmte Felder, wie z. elektronisches Ingenieurwesen und Technische Informatik, werden als Disziplinen als eigenständig angesehen.

Kraft und Energie

Power & Energy Engineering befasst sich mit dem Generation, Übertragung, und Verteilung von Strom sowie der Gestaltung einer Reihe verwandter Geräte.^[59] Diese beinhalten Transformer, elektrische Generatoren, Elektromotoren, Hochspannungstechnik und Leistungselektronik. In vielen Regionen der Welt unterhalten die Regierungen ein elektrisches Netzwerk namens a Stromnetz Das verbindet eine Vielzahl von Generatoren mit Nutzern ihrer Energie. Benutzer kaufen elektrische Energie aus dem Netz und vermeiden die kostspielige Ausübung, ihre eigenen zu generieren. Kraftwerkingenieure können an der Konstruktion und Wartung des Stromnetzes sowie an den Stromversorgungssystemen arbeiten, die sich damit verbinden.^[60] Solche Systeme werden genannt auf dem Gitter Stromversorgungssysteme und kann das Netz mit zusätzlicher Leistung liefern, Strom aus dem Netz ziehen oder beides tun. Kraftingenieure können auch an Systemen arbeiten, die sich nicht mit dem Netz verbinden, genannt nicht an Grid Stromversorgungssysteme, die in einigen Fällen On-Grid-Systemen vorzuziehen sind. Die Zukunft umfasst satelliten kontrollierte Stromversorgungssysteme mit Feedback in Echtzeit, um Stromflächen zu verhindern und Stromausfälle zu verhindern.

Telekommunikation

Telekommunikationstechnik konzentriert sich auf die Übertragung von Informationen über a Kommunikationskanal so wie ein Koaxial Kabel, Glasfaser oder Freiraum.^[61] Übertragungen über den freien Speicherplatz erfordern Informationen, die in a codiert werden sollen Trägersignal Um die Informationen in eine für die Übertragung geeignete Trägerfrequenz zu verschieben; Dies ist bekannt als als Modulation. Zu den beliebten analogen Modulationstechniken gehören Amplitudenmodulation und Frequenzmodulation.^[62] Die Wahl der Modulation beeinflusst die Kosten und Leistung eines Systems, und diese beiden Faktoren müssen vom Ingenieur sorgfältig ausgeglichen werden.

Sobald die Übertragungseigenschaften eines Systems bestimmt sind, entwerfen Telekommunikationsingenieure die Sender und Empfänger für solche Systeme benötigt. Diese beiden werden manchmal zu einem Zwei-Wege-Kommunikationsgerät kombiniert, das als a bekannt ist Transceiver. Eine wichtige Überlegung bei der Gestaltung von Sendern ist ihre Energieverbrauch Da ist dies eng mit ihrem verwandt Signalstärke.^[63][64] Wenn die Leistung des übertragenen Signals nicht ausreicht, sobald das Signal an den Antennen des Empfängers eintrifft, werden die im Signal enthaltenen Informationen durch beschädigt Lärm, speziell statisch.

Steuerungstechnik

Steuerungstechnik konzentriert sich auf das Modellieren von einer Vielzahl von Dynamische Systeme und das Design von Controller Dies wird dazu führen, dass sich diese Systeme auf gewünschte Weise verhalten.^[65] Um solche Controller zu implementieren, können Elektroniksteuerungsingenieure verwendet werden elektronische Schaltkreise, Digitale Signalprozessoren, Mikrocontroller, und Programmierbare Logikkontroller (SPS). Steuerungstechnik hat eine Vielzahl von Anwendungen aus den Flug- und Antriebssystemen von Werbefahrzeuge zum Tempomat in vielen modernen präsent Automobile.^[66] Es spielt auch eine wichtige Rolle in Industrieautomatisierung.

Steueringenieure verwenden häufig Rückmeldung beim Entwerfen Kontroll systeme. Zum Beispiel in einem Automobil mit Tempomat Die fahrzeuge Geschwindigkeit wird kontinuierlich überwacht und an das System zurückgeführt, das die anpasst Motor Energie entsprechend ausgeben.^[67] Wo es regelmäßig Feedback gibt, Kontrolltheorie Kann verwendet werden, um zu bestimmen, wie das System auf ein solches Feedback reagiert.

Steueringenieure arbeiten auch in Robotik Entwerfen autonomer Systeme unter Verwendung von Steueralgorithmen, die sensorisches Feedback interpretieren, um Aktuatoren zu steuern, die Roboter wie z. Autonome Fahrzeuge, autonome Drohnen und andere in einer Vielzahl von Branchen.^[68]

Elektronik

Elektrotechnik beinhaltet das Design und die Prüfung von elektronische Schaltkreise das benutzt die Eigenschaften von Komponenten wie zum Beispiel Widerstände, Kondensatoren, Induktoren, Dioden, und Transistoren eine bestimmte Funktionalität erreichen.^[60] Das abgestimmter Stromkreis, was es dem Benutzer eines Radios ermöglicht, um Filter Außer einer einzigen Station ist nur ein Beispiel für eine solche Schaltung. Ein weiteres Beispiel für die Forschung ist ein pneumatischer Signal -Conditioner.

Vor dem Zweiten Weltkrieg wurde das Subjekt allgemein als bekannt als Radio Engineering und war im Grunde auf Aspekte der Kommunikation beschränkt und Radar, kommerzielles Radio, und Frühes Fernsehen.^[60] Später, in den Nachkriegsjahren, als Verbrauchergeräte entwickelt wurden, wurde das Feld auf modernes Fernsehen, Audiosysteme, Computer und umfasste und umfasste Mikroprozessoren. Mitte bis Ende der 1950er Jahre der Begriff Radio Engineering gab dem Namen allmählich Platz elektronisches Ingenieurwesen.

Vor der Erfindung der Integrierter Schaltkreis im Jahr 1959,^[69] Elektronische Schaltkreise wurden aus diskreten Komponenten konstruiert, die von Menschen manipuliert werden konnten. Diese diskreten Schaltungen verbrauchten viel Platz und Energie und waren nur begrenzt, obwohl sie in einigen Anwendungen immer noch üblich sind. Im Gegensatz, integrierte Schaltkreise packte eine große Anzahl - oft Millionen - von winzigen elektrischen Komponenten, hauptsächlich Transistoren,^[70] in einen kleinen Chip um die Größe von a Münze. Dies ermöglichte die leistungsstarken Computer und andere elektronische Geräte, die wir heute sehen.

Mikroelektronik und Nanoelektronik

Mikroelektronik Engineering befasst sich mit dem Design und Mikrofabrikation von sehr kleinen elektronischen Schaltkomponenten zur Verwendung in einem Integrierter Schaltkreis oder manchmal für die Verwendung alleine als allgemeine elektronische Komponente.^[71] Die häufigsten mikroelektronischen Komponenten sind Halbleiter Transistoren, obwohl alle wichtigsten elektronischen Komponenten (Widerstände, Kondensatoren usw.) kann auf mikroskopischer Ebene erstellt werden.

Nanoelektronik ist die weitere Skalierung von Geräten bis hin zu Nanometer Ebenen. Moderne Geräte befinden sich bereits im Nanometerregime, wobei seit ungefähr 2002 eine Verarbeitung von weniger als 100 nm Standard war.^[72]

Mikroelektronische Komponenten entstehen durch chemische Herstellung von Wafern von Halbleitern wie Silizium (bei höheren Frequenzen, zusammengesetzte Halbleiter wie Galliumarsenid und Indiumphosphid), um den gewünschten Transport der elektronischen Ladung und die Kontrolle des Stroms zu erhalten. Das Gebiet der Mikroelektronik beinhaltet eine erhebliche Menge an Chemie und Materialwissenschaft und erfordert, dass der elektronische Ingenieur vor Ort arbeitet Quantenmechanik.^[73]

Signalverarbeitung

Signalverarbeitung befasst sich mit der Analyse und Manipulation von Signale.^[74] Signale können entweder sein AnalogIn diesem Fall variiert das Signal kontinuierlich entsprechend den Informationen oder DigitalIn diesem Fall variiert das Signal je nach einer Reihe diskreter Werte, die die Informationen darstellen. Für analoge Signale kann die Signalverarbeitung die beinhalten Verstärkung und Filterung von Audiosignalen für Audiogeräte oder der Modulation und Demodulation von Signalen für Telekommunikation. Für digitale Signale kann die Signalverarbeitung die beinhalten Kompression, Fehlererkennung und fehler Korrektur von digital abgetasteten Signalen.^[75]

Die Signalverarbeitung ist ein sehr mathematisch orientierter und intensiver Bereich, der den Kern von bildet digitale Signalverarbeitung und es wächst schnell mit neuen Anwendungen in allen Bereichen der Elektrotechnik wie Kommunikation, Kontrolle, Radar, Audiotechnik, Broadcast Engineering, Leistungselektronik und Biomedizintechnik Da viele bereits vorhandene analoge Systeme durch ihre digitalen Gegenstücke ersetzt werden. Analoge Signalverarbeitung ist immer noch wichtig für das Design vieler Kontroll systeme.

DSP -Prozessor -ICs sind in vielen Arten moderner elektronischer Geräte wie digital zu finden Fernseher,^[76] Radios, Hifi Audiogeräte, Mobiltelefone, Multimedia -Spieler, Camcorders und Digitalkameras, Automobilsteuerungssysteme, Geräuschstündung Kopfhörer, digital Spektrumanalysatoren, Raketenleitsysteme, Radar Systeme und Telematik Systeme. In solchen Produkten kann DSP dafür verantwortlich sein Lärmminderung, Spracherkennung oder Synthese, Codierung oder Dekodierung Digitale Medien, drahtlos übertragen oder empfangen Daten, Triangulationspositionen mit Geographisches Positionierungs Systemund andere Arten von Bildverarbeitung, Videoverarbeitung, Audioverarbeitung, und Sprachverarbeitung.^[77]

Instrumentierung

Instrumentierungsentwicklung befasst sich mit dem Design von Geräten zur Messung physikalischer Mengen wie z. Druck, fließenund Temperatur.^[78] Die Gestaltung solcher Instrumente erfordert ein gutes Verständnis von Physik Das erstreckt sich oft darüber hinaus Elektromagnetische Theorie. Zum Beispiel, Fluginstrumente Messen Sie Variablen wie z. Windgeschwindigkeit und Höhe, um Piloten die Kontrolle der Flugzeuge analytisch zu ermöglichen. Ähnlich, Thermoelemente Verwenden Sie das Peltier-Seebeck-Effekt um den Temperaturdifferenz zwischen zwei Punkten zu messen.^[79]

Oft wird Instrumentierung nicht von selbst verwendet, sondern stattdessen als die Sensoren größerer elektrischer Systeme. Beispielsweise kann ein Thermoelement verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Temperatur eines Ofens konstant bleibt.^[80] Aus diesem Grund wird das Instrumenteningenieurwesen häufig als Gegenstück zur Kontrolle angesehen.

Computers

Computertechnik befasst sich mit dem Design von Computern und Computersysteme. Dies kann das Design von neuem beinhalten Hardware-. Computeringenieure können auch an der Software eines Systems arbeiten. Das Design komplexer Softwaresysteme ist jedoch häufig die Domäne des Software -Engineering, die normalerweise als separate Disziplin angesehen wird.^[81] Desktop-Computer Stellen Sie einen winzigen Bruchteil der Geräte dar, an dem ein Computeringenieur arbeiten könnte, da computerähnliche Architekturen jetzt in einer Reihe von gefunden werden Eingebettete Geräte einschließlich Videospielkonsolen und DVD Spieler. Computeringenieure sind an vielen Hardware- und Software -Aspekten des Computers beteiligt.^[82] Roboter sind eine der Anwendungen des Computertechnik.

Photonik und Optik

Photonik und Optik befasst sich mit der Erzeugung, Übertragung, Verstärkung, Modulation, Erkennung und Analyse von elektromagnetische Strahlung. Die Anwendung von Optik befasst sich mit dem Design von optischen Instrumenten wie z. Linsen, Mikroskope, Teleskopeund andere Geräte, die die Eigenschaften von verwendet elektromagnetische Strahlung. Andere prominente Anwendungen von Optik sind zu bezeichnen Elektrooptische Sensoren und Messsysteme, Laser, Glasfaserkommunikation Systeme und optische Disc -Systeme (z. B. CD und DVD). Die Photonik baut stark auf optische Technologie auf, ergänzt mit modernen Entwicklungen wie z. Optoelektronik (Meistens einbezogen Halbleiter), Lasersysteme, Optische Verstärker und neuartige Materialien (z. Metamaterialien).

Verwandte Disziplinen

Mechatronik ist eine technische Disziplin, die sich mit der Konvergenz von Elektrik befasst und mechanisch Systeme. Solche kombinierten Systeme sind als bekannt als elektromechanisch Systeme und haben weit verbreitete Einführung. Beispiele beinhalten automatisierte Fertigungssysteme,^[83] Heizungs-, Belüftungs- und Klimaanlagensysteme,^[84] und verschiedene Subsysteme von Flugzeugen und Automobile.^[85] Elektronisches Systemdesign ist das Thema innerhalb der Elektrotechnik, das sich mit den multidisziplinären Designproblemen komplexer elektrischer und mechanischer Systeme befasst.^[86]

Der Begriff Mechatronik wird normalerweise verwendet, um sich auf zu beziehen makroskopisch Systeme aber Futuristen haben die Entstehung sehr kleiner elektromechanischer Geräte vorhergesagt. Bereits so kleine Geräte, bekannt als Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) werden in Automobilen verwendet, um es zu erzählen Airbags wann bereitet werden,^[87] in Digitale Projektoren schärfere Bilder zu erstellen und in Tintenstrahldrucker Düsen für hochauflösende Drucke erstellen. In Zukunft hofft es, dass die Geräte winzige implantierbare medizinische Geräte aufbauen und sich verbessern werden optische Kommunikation.^[88]

Im Raumfahrttechnik und RobotikEin Beispiel ist das neueste elektrischer Antrieb und Ionenantrieb.

Ausbildung

Elektroingenieure besitzen normalerweise eine Akademischer Grad mit einem Hauptfach in Elektrotechnik, Elektrotechnik, Elektrotechnik Technologie,^[89] oder elektrisches und elektronisches Engineering.^[90][91] Die gleichen Grundprinzipien werden in allen Programmen gelehrt, obwohl der Schwerpunkt je nach dem Titel variieren kann. Die Untersuchungsdauer für einen solchen Abschluss beträgt in der Regel vier oder fünf Jahre und der abgeschlossene Abschluss kann als Bachelor of Science in der Technologie für Elektrotechnik/Elektronik in der Elektrotechnik bezeichnet werden. Bachelor im Ingenieurwesen, Bachelor of Science, Bachelor of Technology, oder Bachelor der angewandten Wissenschaftabhängig von der Universität. Das Bachelor-Abschluss Beinhaltet im Allgemeinen Einheiten, die bedeckt sind Physik, Mathematik, Informatik, Projektmanagement, und ein Vielfalt der Themen in der Elektrotechnik.^[92] Anfänglich decken solche Themen die meisten, wenn nicht alle der Subdisziplinen der Elektrotechnik ab. In einigen Schulen können die Schüler sich dann gegen Ende ihrer Studienkurse entscheiden, eine oder mehrere Subdisziplinen zu betonen.

In vielen Schulen wird Elektrotechnik als Teil eines Elektropreises, manchmal explizit, wie einem Bachelor of Engineering (elektrisch und elektronisch) enthalten. angeboten.^[93]

Einige Elektroingenieure entscheiden sich für ein Postgraduiertenstudium wie a Master of Engineering/Master of Science (Meng/MSC), ein Meister von Engineering Management, ein Doktor der Philosophie (PhD) in Engineering, a Promotion für Ingenieurwesen (Eng.d.) oder ein Diplomingenieur. Der Abschluss des Master- und Ingenieurs kann aus beiden Forschungen bestehen. Kursarbeit oder eine Mischung der beiden. Der Doktor der Philosophie und des Doktorarbeits des Ingenieurwesens besteht aus einer signifikanten Forschungskomponente und wird häufig als Einstiegspunkt angesehen Akademie. In Großbritannien und einigen anderen europäischen Ländern wird Master of Engineering häufig als ein längerer Studium angesehen als der Bachelor of Engineering und nicht als eigenständiger Postgraduierten -Abschluss.^[94]

Professionelle Übung

In den meisten Ländern ist ein Bachelor -Abschluss in Engineering den ersten Schritt in Richtung professionelle Zertifizierung und das Studienprogramm selbst ist von a zertifiziert professioneller Körper.^[95] Nach Abschluss eines zertifizierten Studiengangs muss der Ingenieur eine Reihe von Anforderungen (einschließlich Berufserfahrungsanforderungen) erfüllen, bevor sie zertifiziert werden. Sobald der Zertifizierung der Ingenieur als Titel von bezeichnet wird Professioneller Ingenieur (in den USA, Kanada und Südafrika), Diplom-Ingenieur oder Inbonierte Ingenieur (in Indien, Pakistan, Großbritannien, Irland und Zimbabwe), Chartered Professional Engineer (in Australien und Neuseeland) oder Europäischer Ingenieur (in viel von der europäische Union).

Die Vorteile der Lizenz variieren je nach Standort. Zum Beispiel kann in den USA und Kanada "nur ein lizenzierter Ingenieur technische Arbeiten für öffentliche und private Kunden versiegeln".^[96] Diese Anforderung wird durch staatliche und provinzielle Gesetzgebung wie z. Quebec's Engineers handeln.^[97] In anderen Ländern gibt es keine solche Gesetze. Praktisch alle zertifizierenden Stellen pflegen a Ethikkodex Dass sie erwarten, dass alle Mitglieder sich anhalten oder die Risikoausweisung riskieren.^[98] Auf diese Weise spielen diese Organisationen eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung ethischer Standards für den Beruf. Selbst in Gerichtsbarkeiten, in denen die Zertifizierung wenig oder gar keine rechtliche Arbeit auf Arbeit hat, unterliegen Ingenieure Vertragsrecht. In Fällen, in denen die Arbeit eines Ingenieurs fehlschlägt, kann er oder sie dem ausgesetzt sein Tag der Nachlässigkeit und in extremen Fällen die Anklage von kriminelle Nachlässigkeit. Die Arbeit eines Ingenieurs muss auch zahlreichen anderen Regeln und Vorschriften entsprechen, wie z. Bauvorschriften und Gesetzgebung in Bezug auf umweltgesetz.

Zu den professionellen Körpern für Elektroingenieure gehören die Institut für Elektro- und Elektronikingenieure (IEEE) und die Institution für Ingenieurwesen und Technologie (IET). Die IEEE behauptet, 30% der weltweiten Literatur in Elektrotechnik zu produzieren, weltweit über 360.000 Mitglieder und hält jährlich über 3.000 Konferenzen.^[99] Das IET veröffentlicht 21 Zeitschriften, hat eine weltweite Mitgliedschaft in über 150.000 und behauptet, die größte professionelle Ingenieurgesellschaft in Europa zu sein.^[100][101] Die veraltete technische Fähigkeiten ist ein ernstes Problem für Elektroingenieure. Mitgliedschaft und Teilnahme an technischen Gesellschaften, regelmäßige Überprüfungen von Zeitschriften auf diesem Gebiet und die Gewohnheit des fortgesetzten Lernens sind daher für die Aufrechterhaltung der Kenntnisse von wesentlicher Bedeutung. Ein Miet (Mitglied der Institution of Engineering and Technology) wird in Europa als Ingenieur für Elektro- und Computer (Technologie) anerkannt.^[102]

In Australien, Kanada und den US -amerikanischen Elektroingenieuren machen rund 0,25% der Erwerbsbevölkerung aus.^[b]

Werkzeuge und Arbeiten

Von dem Global Positioning System zu Elektrische StromerzeugungElektroingenieure haben zur Entwicklung einer Vielzahl von Technologien beigetragen. Sie entwerfen, entwickeln, testen und überwachen den Einsatz von elektrischen Systemen und elektronischen Geräten. Zum Beispiel können sie an der Gestaltung von Telekommunikationssystemen und dem Betrieb von Arbeiten arbeiten elektrische Kraftstationen, das Beleuchtung und Verdrahtung von Gebäuden, das Design von Haushaltsgeräteoder die Elektrik Kontrolle von Industriemaschinen.^[106]

Grundlegend für die Disziplin sind die Wissenschaften von Physik und Mathematik wie diese helfen, beide a zu erhalten qualitative und quantitative Beschreibung, wie solche Systeme funktionieren. Heute beinhaltet die meisten technischen Arbeiten die Verwendung von Computers und es ist alltäglich zu bedienen computergestütztes Design Programme beim Entwerfen von elektrischen Systemen. Die Fähigkeit, Ideen zu skizzieren, ist dennoch von unschätzbarem Wert, um schnell mit anderen zu kommunizieren.

Obwohl die meisten Elektroingenieure grundlegend verstehen werden Kreistheorie (Das sind die Wechselwirkungen von Elementen wie z. Widerstände, Kondensatoren, Dioden, Transistoren, und Induktoren In einer Schaltung) hängen die von Ingenieuren verwendeten Theorien im Allgemeinen von der Arbeit ab, die sie leisten. Zum Beispiel, Quantenmechanik und Festkörperphysik könnte für einen Ingenieur relevant sein, der daran arbeitet VLSI (Das Design integrierter Schaltungen), ist jedoch für Ingenieure, die mit makroskopischen elektrischen Systemen arbeiten, weitgehend irrelevant. Eben Kreistheorie Möglicherweise ist nicht relevant für eine Person, die Telekommunikationssysteme entwirft, die verwendet werden ab Lager Komponenten. Die vielleicht wichtigsten technischen Fähigkeiten für Elektroingenieure spiegeln sich in Universitätsprogrammen wider, die betonen Starke numerische Fähigkeiten, EDV-Kenntnisseund die Fähigkeit, das zu verstehen Technische Sprache und Konzepte Das bezieht sich auf Elektrotechnik.^[107]

Eine breite Palette von Instrumenten wird von Elektroingenieuren verwendet. Für einfache Steuerungsschaltungen und Alarme ein grundlegender Grund Multimeter Messung Stromspannung, aktuell, und Widerstand kann ausreichen. Wo zeitvariable Signale untersucht werden müssen, die Oszilloskop ist auch ein allgegenwärtiges Instrument. Im RF -Ingenieurwesen und Hochfrequenz -Telekommunikation, Spektrumanalysatoren und Netzwerkanalysatoren werden verwendet. In einigen Disziplinen kann Sicherheit ein besonderes Problem bei der Instrumentierung sein. Beispielsweise müssen medizinische Elektronikdesigner berücksichtigen, dass viel niedrigere Spannungen als normal gefährlich sein können, wenn Elektroden direkt mit inneren Körperflüssigkeiten in Kontakt stehen.^[108] Die Stromübertragungstechnik hat aufgrund der verwendeten Hochspannungen auch große Sicherheitsbedenken. obwohl Voltmeter kann im Prinzip ihren niedrigen Spannungsäquivalenten ähnlich sein, so unterschiedliche Sicherheits- und Kalibrierungsprobleme machen sie sehr unterschiedlich.^[109] Viele Disziplinen von Elektrotechnik verwenden Tests, die für ihre Disziplin spezifisch sind. Audioelektronikingenieure verwenden Audio -Testsätze bestehend aus einem Signalgenerator und einem Meter, hauptsächlich zur Messung der Ebene, aber auch anderer Parameter wie z. Harmonische Verzerrung und Lärm. Ebenso haben Informationstechnologie ihre eigenen Testsätze, die häufig für ein bestimmtes Datenformat spezifisch sind, und dies gilt für Fernsehsendungen.

Für viele Ingenieure macht technische Arbeit nur einen Bruchteil der Arbeit aus, die sie leisten. Es kann auch viel Zeit für Aufgaben aufgewendet werden, z. B. für die Erörterung von Vorschlägen mit Kunden, Vorbereitung Budgets und bestimmen Projektpläne.^[110] Viele leitende Ingenieure leiten ein Team von Techniker oder andere Ingenieure und aus diesem Grund Projektmanagement Fähigkeiten sind wichtig. Die meisten Ingenieurprojekte beinhalten irgendeine Form der Dokumentation und starke schriftliche Kommunikation Fähigkeiten sind daher sehr wichtig.

Das Arbeitsplätze von Ingenieuren sind genauso unterschiedlich wie die Arten von Arbeiten, die sie leisten. Elektroingenieure können in der unberührten Laborumgebung von a gefunden werden Herstellungsanlagean Bord a Marineschiff, die Büros von a Beratungsunternehmen oder vor Ort in einer Mine. Während ihres Arbeitslebens können Elektroingenieure eine breite Palette von Personen, einschließlich Wissenschaftlern, überwachen. Elektriker, Computerprogrammiererund andere Ingenieure.^[111]

Elektrotechnik hat eine enge Beziehung zu den physischen Wissenschaften. Zum Beispiel der Physiker Lord Kelvin spielte eine wichtige Rolle bei der Technik des ersten Transatlantisches Telegraphenkabel.^[112] Umgekehrt der Ingenieur Oliver Heaviside produzierte wichtige Arbeiten zur Mathematik der Übertragung auf Telegraphenkabeln.^[113] Elektroingenieure sind häufig für wichtige Wissenschaftsprojekte benötigt. Zum Beispiel groß Partikelbeschleuniger wie zum Beispiel Cern benötigen Elektroingenieure, um sich mit vielen Aspekten des Projekts zu befassen, einschließlich der Stromverteilung, der Instrumentierung sowie der Herstellung und Installation der Überkundigende Elektromagnetze.^[114][115]

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

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Externe Links

• Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC)
• MIT openCourseware Archiviert 26. Januar 2008 bei der Wayback -Maschine Eingehender Blick auf Elektrotechnik-Online-Kurse mit Videovorträgen.
• IEEE Global History Network Ein in Wiki ansässiger Standort mit vielen Ressourcen über die Geschichte von IEEE, seinen Mitgliedern, ihren Berufen sowie elektrischen und Informationstechnologien und Wissenschaften.
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