مقاله در مورد مهندسی برق

بخشی از مقاله

مهندسی برق

هدف:
"یكی از بهترین تعریف هایی كه از مهندسی برق شده است، این است كه محور اصلی فعالیت های مهندسی برق، تبدیل یك سیگنال به سیگنال دیگر است. كه البته این سیگنال ممكن است شكل موج ولتاژ یا شكل موج جریان و یا تركیب دیجیتالی یك بخش از اطلاعات باشد.

مهندسی برق دارای 4 گرایش است كه در زیر بطور اجمالی به بررسی آنها می پردازیم و در قسمت معرفی گرایشها به تفصیل در مورد هر كدام صحبت خواهم كرد.
1) مهندسی برق- الكترونیك: الكترونیك علمی است كه به بررسی حركت الكترون در دور

ه گاز، خلاء و یا نیمه رسانا و اثرات و كاربردهای آن می پردازد. با توجه به این تعریف، مهندس الكترونیك در زمینه ساخت قطعات الكترونیك و كاربرد آن در مدارها، فعالیت می كند. به عبارت دیگر، زمینه فعالیت مهندسی الكترونیك را می توان به دو شاخه اصلی "ساخت قطعه و كاربرد مداری قطعه" و "طراحی مدار" تقسیم كرد.
2) مهندسی برق- مخابرات: مخابرات، گرایشی از مهندسی برق است كه در حوزه ارسال و دریافت اطلاعات فعالیت می كند. مهندسی مخابرات با ارائه نظریه ها و مبانی لازم جهت ایجاد ارتباط بین دو یا چند كاربر، انجام عملی فرایندها را به طور بهینه ممكن می سازد. پس هدف از مهندسی مخابرات، پرورش متخصصان در چهار زمینه اصلی این گرایش است شامل فرستنده، مرحله میانی، گیرنده و گسترش شبكه كه گسترده هر كدام عبارتند از:
فرستنده: شامل آنتن، نحوه ارسال و ...
مرحله میانی: شامل خط انتقال و محاسبات مربوط و ...
گیرنده: شامل آنتن، نحوه دریافت، تشخیص و ...
گسترش شبكه: مشتمل بر تعمیم خط ارتباطی ساده، ادوات سویچینگ ، ارتباط بین مجموعه كاربرها و ...

3) مهندسی برق- قدرت: مهندسی قدرت را می توان "تولید نیروی الكتریكی" به روشهای گوناگون و انتقال و توزیع این نیروها با بازده و قابلیت اطمینان بالا، تعریف كرد. پس هدف از مهندسی قدرت، پرورش افرادی كارا در بخشهای تولید، انتقال و توزیع است كه گستره این بخش عبارت است از:
تولید: طراحی شبكه های تولید با كمترین هزینه و بیشترین بازده.

انتقال: طراحی شبكه های انتقال، خطوط انتقال، پخش بار بر روی شبكه، قابلیت اطمینان و پایداری شبكه قدرت، طراحی رله ها و حفاظت شبكه، پخش بار اقتصادی (dispaich economic).
توزیع: طراحی شبكه های توزیع حفاظت و مدیریت آن.
4) مهندسی برق- كنترل: كنترل، در پیشرفت علم نقش ارزنده ای را ایفا می كند و علاوه بر نقش كلیدی در فضاپیماها و هدایت موشكها و هواپیما، به صورت بخش اصلی و مهمی از فرایندهای صنعتی و تولیدی نیز درآمده است. به كمك این علم می توان به عملكرد بهینه سیستمهای پویا، بهبود كیفیت و ارزانتر شدن فرآورده ها، گسترش میزان تولید، ماشینی كردن بسیاری از عملیات تكراری و خسته كننده دستی و نظایر آن دست یافت. هدف سیستم كنترل عبارت است از كنترل خروجیها به روش معین به كمك ورودیها از طریق اجزای سیستم كنترل كه می تواند شامل اجزای الكتریكی، مكانیك و شیمیایی به تناسب نوع سیستم كنترل باشد.
ماهیت:
انرژی اگر بنیادی ترین ركن اقتصاد نباشد، یكی از اركان اصلی آن به شمار می آید و در این میان برق به عنوان عالی ترین نوع انرژی جایگاه ویژه ای دارد. تا جایی كه در دنیای امروز میزان تولید و مصرف این انرژی در شاخه تولید، شاخص رشد اقتصادی جوامع و در شاخه خانگی و عمومی یكی از معیارهای سنجش رفاه محسوب می شود.
دانش آموختگان این رشته می توانند در زمینه های طراحی، ساخت، بهره برداری، نظارت، نگهداری، مدیریت و هدایت عملیات سیستم ها عمل نمایند.
گرایش های مقطع لیسانس:
رشته مهندسی برق در مقطع كارشناسی دارای 4 گرایش الكترونیك، مخابرات، كنترل و قدرت(1) است. البته گرایش های فوق در مقطع لیسانس تفاوت چندانی با یكدیگر ندارند و هر گرایش با

گرایش دیگر تنها در 30 واحد یا كمتر متفاوت است. و حتی تعدادی از فارغ التحصیلان مهندسی برق در بازار كار جذب گرایشهای دیگر این رشته می شوند. با این وجود ما برای آشنایی هر چه بیشتر شما گرایشهای فوق را به اجمال معرفی می كنیم.
گرایش الكترونیك
دكتر كمره ای استاد مهندسی برق دانشگاه تهران در معرفی این گرایش می گوید:
"گرایش الكترونیك به دو زیر بخش عمده تقسیم می شود. بخش اول میكروالكترونیك است كه شامل علم مواد، فیزیك الكترونیك، طراحی و ساخت قطعات از ساده ترین آنها تا پیچیده ترین آنها است و بخش دوم نیز مدار و سیستم نامیده می شود و هدف آن طراحی و ساخت سیستم ها و تجهیزات الكترونیكی با استفاده از قطعات ساخته شده توسط متخصصان میكروالكترونیك است.

دكتر جبه دار نیز در معرفی این گرایش می گوید:
"گرایش الكترونیك یكی از گرایشهای جالب مهندسی برق است كه محور اصلی آن آشنایی با قطعات نیمه هادی، توصیف فیزیكی این قطعات، عملكرد آنها و در نهایت استفاده از این قطعات، برای طراحی و ساخت مدارها و دستگاههای است كه كاربردهای فنی و روزمره زیادی دارند."
گرایش مخابرات
هدف از مخابرات ارسال و انتقال اطلاعات از نقطه ای به نقطه دیگر است كه این اطلاعات می تواند صوت، تصویر یا داده های كامپیوتری باشد.
دكتر جبه دار در مورد شاخه های مختلف این گرایش می گوید:
"مخابرات از دو گرایش میدان و سیستم تشكیل می شود. كه در گرایش میدان، دانشجویان با مفاهیم میدان های مغناطیسی، امواج، ماكروویو، آنتن و ... آشنا می شوند تا بتوانند مناسبترین وسیله را برای انتقال موجی از نقطه ای به نقطه دیگر پیدا كنند.
همچنین یكی از فعالیت های عمده مهندسی مخابرات گرایش سیستم، طراحی فلیترهای مختلفی است كه می توانند امواج مزاحم شامل صوت یا پارازیت را از امواج اصلی تشخیص و آنها را حذف كرده و تنها امواج اصلی را از آنتن دریافت كنند.
گفتنی است كه امروزه با توسعه مخابرات بی سیم، ارتباط نزدیكتری بین دو گرایش میدان و سیستم ایجاد شده است. برای نمونه در گوشی تلفن همراه ما هم تجهیزات مربوط به مدارهای مخابراتی و هم تجهیزات مربوط به فرستنده و هم آنتن گیرنده را داریم. از همین رو یك مهندس مخابرات امروزه باید از هر دو گرایش بخوبی اطلاع داشته باشد تا بتواند یك دستگاه بی سیم را طراحی كند."

گرایش كنترل
"اگر بخواهیم یك تعریف كلی از كنترل ارائه دهیم، می توانیم بگوییم كه هدف این علم، كنترل خروجی های یك سیستم بر مبنای ورودی های آن و با توجه به شرایط ویژه و نكات مورد نظر

طراحی آن سیستم می باشد."
دكتر كمره ای در ادامه معرفی علم كنترل می گوید: "علم كنترل فقط در مهندسی برق مورد استفاده قرار نمی گیرد. بلكه در شاخه های دیگری از علوم مهندسی و حتی علوم انسانی كاربرد دارد. به عنوان نمونه كنترل فرآیند تصفیه نفت در یك پالایشگاه، كنترل عملكرد یك نیروگاه برق، سیستم كنترل ناوبری یك كشتی و یا كنترل تحولات و تغییرات جمعیتی نمونه های متنوعی از كاربرد علم كنترل می باشد.
گفتنی است كه گرایش كنترل دارای زیر بخش های متنوعی مانند كنترل خطی، غیرخطی، مقاوم، تطبیقی، دیجیتالی، فازی و غیره است."
دكتر جبه دار نیز با اشاره به اینكه گرایش كنترل منحصر به مهندسی برق نمی شود، می گوید:
"در رشته های مهندسی مكانیك، مهندسی شیمی، مهندسی هوافضا، مهندسی سازه و مهندسی های دیگر نیز ما شاهد علم كنترل هستیم اما نوع سیستم كنترلی در هر رشته مهندسی متفاوت است. برای مثال در مهندسی مكانیك نوع كنترل، مكانیكی و در مهندسی شیمی براساس فرآیندهای شیمیایی است. اما در كل هدف مهندسی كنترل، طراحی سیستمی است كه بتواند عملكرد یك دستگاه را در حد مطلوب حفظ كند.
دكتر جبه دار در ادامه درباره فعالیت های دیگر مهندسی كنترل می گوید:
"خودكار كردن یا اتوماتیك كردن خط تولید، یكی دیگر از فعالیت های مهندسی كنترل است. یعنی مهندس كنترل می تواند به گونه ای خط تولید را هماهنگ و كنترل كند كه محصول تولید شده طبق برنامه تعیین شده و با بهترین كیفیت به دست آید."
گرایش قدرت
دكتر جبه دار در معرفی این گرایش می گوید:
"هدف اصلی مهندسین این گرایش، تولید برق در نیروگاهها، انتقال برق از طریق خطوط انتقال و توزیع آن در شبكه های شهری و در نهایت توزیع آن برای مصارف خانگی و كارخانجات است. بنابراین یك مهندس قدرت باید به روشهای مختلف تولید برق، خطوط انتقال نیرو و سیستم های توزیع آشنا

باشد."
دكتر كمره ای نیز در معرفی این گرایش می گوید:
"گرایش قدرت به آموزش و پژوهش در زمینه طراحی و ساخت سیستم های مورد استفاده در

تولید، توزیع، مصرف و حفاظت از برق می پردازد.
به عبارت دیگر دانشجویان این رشته در شاخه تولید با انواع نیروگاههای آبی، گازی، سیكل تركیبی و ... آشنا می شوند. و در بخش انتقال و توزیع، روشهای مختلف انتقال برق اعم از كابلهای هوایی و زیرزمینی را مطالعه می كنند و در شاخه حفاظت نیز انواع وسایل و تجهیزات حفاظتی كه در مراحل مختلف تولید، توزیع، انتقال و مصرف انرژی، انسانها و تاسیسات را در برابر حوادث مختلف محافظت می كنند، مورد بررسی قرار می دهند كه از آن میان می توان به انواع رله ها، فیوزها، كلیدها و در نهایت سیستم های كنترل اشاره كرد.
یكی دیگر از شاخه های قدرت نیز ماشین های الكتریكی است كه شامل ژنراتورها، ترانسفورماتورها و موتورهای الكتریكی می شود كه این شاخه از زمینه های مهم صنعتی و پژوهشی گرایش قدرت است."
آینده شغلی، بازار كار، درآمد:
"امروزه با توسعه صنایع كوچك و بزرگ در كشور، فرصت های شغلی زیادی برای مهندسین برق فراهم شده است و اگر می بینیم كه با این وجود بعضی از فارغ التحصیلان این رشته بیكار هستند، به دلیل این است كه این افراد یا فقط در تهران دنبال كار می گردند و یا در دوران تحصیل به جای یادگیری عمیق دروس و در نتیجه كسب توانایی های لازم، تنها واحدهای درسی خود را گذرانده اند.
همچنین یك مهندس خوب باید، كارآفرین باشد یعنی به دنبال استخدام در موسسه یا وزارتخانه ای نباشد بلكه به یاری آگاهی های خود، نیازهای فنی و صنعتی كشور را یافته و با طراحی سیستم ها و مدارهای خاصی این نیازها را برطرف سازد. كاری كه بعضی از فارغ التحصیلان ما انجام داده و خوشبختانه موفق نیز بوده اند."
دكتر كمره ای نیز در این زمینه می گوید:
"اگر یك فارغ التحصیل برق دارای توانایی های لازم باشد، با مشكل بیكاری روبرو نخواهد شد. در حقیقت امروزه مشكل اصلی این است كه بیشتر فارغ التحصیلان توانمند و با استعداد این رشته به خارج از كشور مهاجرت می كنند و ما اكنون با كمبود نیروهای كارآمد در این رشته روبرو هستیم."
یكی از اساتید مهندسی برق دانشگاه علم و صنعت ایران نیز در مورد فرصت های شغلی فارغ التحصیلان این رشته می گوید:

"طبق نظر كارشناسان و متخصصان انرژی در كشور، با توجه به نیاز فزاینده به انرژی در جهان كنونی و همچنین نرخ رشد انرژی الكتریكی در كشور، سالانه باید حدود 1500 مگاوات به ظرفیت تولید كشور افزوده شود كه این نیاز به احداث نیروگاههای جدید و همچنین فارغ التحصیلان متخصص برق و قدرت دارد.
فرصت های شغلی یك مهندس كنترل نیز بسیار گسترده است چون در هر جا كه یك مجموعه عظیمی از صنعت مهندسی مثل كارخانه سیمان، خودروسازی، ذوب آهن و ... وجود داشته باشد، حضور یك مهندسی كنترل ضروری است.
و بالاخره یك مهندس مخابرات یا الكترونیك می تواند جذب وزارتخانه های پست و تلگراف و تلفن، صنایع، دفاع و سازمانهای مختلف خصوصی و دولتی شود."
توانایی های مورد نیاز و قابل توصیه
الف) توانایی علمی: "مهندسی برق نیز مانند مابقی رشته های مهندسی بر مفاهیم فیزیكی و اصول ریاضیات استوار است و هر چه دانشجویان بهتر این مفاهیم را درك كنند، می توانند مهندس بهتری باشند. در این میان گرایش الكترونیك وابستگی شدیدی به فیزیك بخصوص فیزیك الكترونیك و فیزیك نیمه هادی ها دارد. در گرایش مخابرات نیز درس فیزیك اهمیت بسیاری دارد زیرا دروس اصلی این رشته بخصوص در شاخه میدان شامل الكترومغناطیس و امواج می شود."
داشتن ضریب هوشی بالا و تسلط كافی بر ریاضیات، فیزیك و زبان خارجی از ضرورتهای ورود به این رشته است.
ب) علاقمندیها: دانشجوی برق باید ذهنی خلاق و تحلیل گر داشته باشد. همچنین به كار با وسایل برقی علاقه داشته باشد چون گاهی اوقات با دانشجویانی روبرو می شویم كه در ریاضی و فیزیك قوی هستند اما در كارهای عملی ضعیف اند. چنین دانشجویانی برای رشته های مهندسی مناسب نیستند و بهتر است رشته های ذهنی و انتزاعی مثل ریاضی یا فیزیك را انتخاب كنند.
وضعیت ادامه تحصیل در مقاطع بالاتر: (كارشناسی ارشد و ...)
فارغ التحصیل در مقطع كارشناسی برق كه مدرك خود را در یكی از چهار گرایش الكترونیك، مخابرات، قدرت و كنترل می گیرد، می تواند در یكی از این گرایشها (اختیاری) یا رشته ای كه برق زیر مجموعه ای برای آن تعریف شده، ادامه تحصیل نماید. این رشته به صورت: مهندسی برق- الكترونیك، برق- قدرت، برق- مخابرات (شامل گرایش های: میدان، سیستم، موج، رمز، مایكرونوری) برق- كنترل، مهندسی پزشكی (گرایش بیوالكتریك)، مهندسی هسته ای (دو گرایش مهندسی راكتور و مهندسی پرتو پزشكی، مهندسی كامپیوتر (معماری كامپیوتر، هوش مصنوعی و رباتیك)

است. برای تحصیل در مقطع دكترای تخصصی، می توان، در هر یك از زیرشاخه های تخصصی‌تر گرایشهای یاد شده میزان مورد نیاز واحدها را اخذ كرد و رساله دكتری را در همان موضوع خاص ارائه داد. مسلم است این زیر شاخه ها، گرایشهای تخصصی تر این چهار گرایش است. امكان

ادامه تحصیل در كلیه گرایشهای یاد شده در مقطعهای كارشناسی ارشد و تا حد زیادی در دور علوم مهندسی دیگر، برای فارغ التحصیلان امكان تحصیل در بسیاری گرایشها و دانشها را فراهم می كند.
درسهای تخصصی مهندسی برق – الكترونیك
از درسهای پایه و اصلی موثر در مهندسی الكترونیك می توان به درسهای مدارهای الكتریكی، الكترونیك 2 و 1، مدارهای منطقی و مخابرات اشاره كرد. بعضی از درسهای تخصصی این گرایش عبارتند از:
الكترونیك 3: مبحث اول این درس مربوط به پاسخ فركانسی است كه به طور اجمال عوامل مربوط به كاهش بهره در فركانسهای بالا و پایین (در واقع بالاتر و پایین تر از پهنای باند میانی) و روشهای به دست آوردن فركانسهای قطع بالا و پایین را در تقویت كننده های ترانزیستوری مورد بررسی قرار می دهد. در مبحث دوم پایداری تقویت كننده های فیدبك مورد توجه قرار می گیرد.
تكنیك پالس: در درسهای مدار و الكترونیك، دانشجویان با سیگنالهای سینوسی و پاسخ مدارهای خطی و یا غیرخطی به آنها آشنا می شوند، امروزه و با توجه به رشد روزافزون فن آوری دیجیتال، كمتر مدار الكترونیكی یافت می شود كه در آن فقط سیگنالهای سینوسی به كار رفته باشد. پالس در حالت كلی به سیگنالهایی گفته می شود كه تغییرات جهش داشته باشند. از مهمترین این سیگنالها كه در درس تكنیك پالس هم مورد بررسی قرار می گیرد، سیگنالهای پله، مربعی، مورب و نمایی هستند.
میكروپروسسور: پس از پیدایش الكترونیك دیجیتال و جنبه های جذاب و ساده طراحیهای دیجیتال و كاربردهای فراوان این نوآوری، با تكنولوژیهای SSI , MSI ، ادوات الكترونیك دیجیتال، مانند قطعات منطقی به بازار ارائه شد. شركت تگزاس اولین میكروپروسسور 4 بیتی را با فن آوری 2SI طراحی و عرضه نمود كه بعنوان بخش اصلی ماشین حساب مورد استفاده قرار گرفت و این گام اول در پیدایش و ظهور میكروپروسسورها بود.

معماری كامپیوتر: در این درس معماری داخل 8 بیتی ها و نحوه اجرای دستورالعملها در این پردازنده ها، بررسی حافظه ها و روش دستیابی میكروپروسسورها به اطلاعات حافظه، معرفی زبان اسمبلی پردازنده های 8 بیتی و ایجاد توانایی جهت نوشتن برنامه ای برای عملكردی خاص به كمك میكروپروسسورها و معرفی قطعات جانبی مورد استفاده توسط ریزپردازنده ها، مورد مطالعه قرار می گیرد.
مدارهای مخابراتی: درس مدار مخابراتی به بررسی ساختار و یا طراحی مدارهایی می پردازد كه در فركانسهای بالا كار كرده و یا به نوعی در ارسال پیام در گیرنده و فرستنده نقش دارند. در این درس ابتدا با نویزهای حرارتی، ترقه ای و ... آشنا شده و راههایی برای محدود كردن نویز پیشنهادروند مورد بحث قرار می گیرد.
فیزیك مدرن: در فصل اول این درس با پرداختن به نسبیت خاص دانسته های علمی ما كاملاً اشتباه از آب درآمده و با پرداختن به اصولی نظیر اتساع زمان، پدیده دوپلر، انقباض طول، نسبیت جرم، جرم و انرژی و ...، همه دانسته های ما را (حداقل در حیطه دانستن) نابود می كند.
فصلهای دیگر درس به موضوعاتی نظیر خواص ذره ای امواج، پدیده فتوالكتریك، نظریه كوانتومی نور، پرتوایكس، پراش ذره، ساختار اتمی، مكانیك كوانتومی و ... می پردازد.
فیزیك الكترونیك: شامل مطالعه خواص سیلیكون، بلورشناسی، روشهای ساخت قطعات و مدارهای نیمه هادی، تحلیل و طراحی این مدارها، به دست آوردن مشخصات قطعات و یكی از مهمترین

زمینه های كاری و تحقیقاتی در رشته الكترونیك است. پیش نیاز این قسمت تسلط بر درس دریاضی مهندسی و معادلات دیفرانسیل و مختصری در فیزیك كوانتوم و فیزیك مدرن می باشد.