Capitolo 1 : Ingegneria elettronica
L'ingegneria elettronica è una sottodisciplina dell'ingegneria elettrica che è nata all'inizio del XX secolo. Si differenzia dall'ingegneria elettrica per l'uso extra di componenti attivi come i dispositivi a semiconduttore per amplificare e regolare il flusso di corrente elettrica. Fino a poco tempo fa, il campo dell'ingegneria elettrica si basava solo su dispositivi passivi come interruttori meccanici, resistori, induttori e condensatori.
L'elettronica analogica, l'elettronica digitale, l'elettronica di consumo, i sistemi integrati e l'elettronica di potenza sono alcuni dei sottocampi coperti da questo. Oltre a questo, è coinvolta in un'ampia varietà di altri campi ad essa strettamente collegati, come la fisica dello stato solido, l'ingegneria radio, le telecomunicazioni, i sistemi di controllo, l'elaborazione dei segnali, l'ingegneria dei sistemi, l'ingegneria informatica, l'ingegneria della strumentazione, il controllo dell'energia elettrica e la robotica.
L'Institution of Engineering and Technology nel Regno Unito è l'ente equivalente all'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) negli Stati Uniti. L'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) è uno dei più importanti organismi professionali per gli ingegneri elettronici negli Stati Uniti (IET). La Commissione elettrotecnica internazionale (IEC) è l'organizzazione responsabile della pubblicazione delle norme elettriche, comprese quelle per l'ingegneria elettronica.
La scoperta dell'elettrone nel 1897 e la successiva invenzione del tubo a vuoto, in grado di amplificare e rettificare piccoli segnali elettrici, furono i catalizzatori per la nascita del campo dell'elettronica, che portò allo sviluppo dell'ingegneria elettronica come professione nel decennio successivo. Gli usi pratici iniziarono con la creazione del diodo da parte di Ambrose Fleming e del triodo da parte di Lee De Forest all'inizio del 1900. Questi dispositivi hanno reso possibile per un dispositivo non meccanico rilevare tensioni elettriche minuscole, come i segnali radio provenienti da un'antenna per una stazione radio. L'espansione dell'industria elettronica è stata fulminea. All'inizio degli anni '20, le trasmissioni radiofoniche commerciali e le comunicazioni stavano diventando più comuni e gli amplificatori elettrici venivano impiegati in una varietà di applicazioni, tra cui il servizio telefonico a lunga distanza e l'attività di registrazione musicale.
L'ampio sviluppo dei sistemi elettronici, come il radar e il sonar, che ha avuto luogo durante la seconda guerra mondiale, e la conseguente rivoluzione dei consumatori che ha avuto luogo durante il periodo di pace dopo la guerra, hanno entrambi contribuito al continuo progresso del campo.
Ci sono diversi sottocampi che compongono l'ingegneria elettronica. Alcuni degli esempi più noti sono discussi in questa sezione.
L'esame e la modifica dei segnali è il fulcro del campo dell'elaborazione elettronica dei segnali. I segnali possono essere analogici, nel qual caso il segnale cambierà in base all'informazione in modo continuo, o digitali, nel qual caso il segnale cambierà in base a un insieme di valori discreti che rappresenteranno l'informazione in modo discreto.
L'amplificazione e il filtraggio dei segnali audio per le apparecchiature audio e la modulazione e la demodulazione dei segnali a radiofrequenza per le telecomunicazioni sono due esempi dei tipi di elaborazione del segnale che possono essere eseguiti sui segnali analogici durante l'elaborazione del segnale. L'elaborazione del segnale può includere la compressione, il controllo degli errori, il rilevamento e la correzione degli errori e il rilevamento e la correzione degli errori per i segnali digitali.
Il campo dell'ingegneria delle telecomunicazioni si concentra sul processo di invio di dati tramite un mezzo, che potrebbe essere qualcosa di semplice come un cavo coassiale o complesso come una fibra ottica. Il processo attraverso il quale l'informazione viene codificata in un'onda portante e quindi trasmessa è noto come modulazione, ed è necessario affinché le trasmissioni avvengano nello spazio vuoto. I metodi di modulazione analogica più diffusi includono la modulazione di ampiezza e la modulazione di frequenza.
Gli ingegneri delle telecomunicazioni sono responsabili della progettazione dei trasmettitori e dei ricevitori necessari per vari tipi di sistemi dopo che le caratteristiche di trasmissione del sistema sono state stabilite. Questi due componenti possono essere combinati per creare quello che è noto come ricetrasmettitore, che è un dispositivo per comunicare in entrambe le direzioni. Il consumo di energia è un aspetto importante da tenere in considerazione quando si progettano i trasmettitori, poiché ha un impatto diretto sulla potenza del segnale trasmesso. Se la potenza del segnale di un trasmettitore è inadeguata, le informazioni contenute nella trasmissione saranno confuse dal rumore.
Sia l'ingegneria elettronica aeronautica che l'ingegneria aeronautica e delle telecomunicazioni si concentrano sull'applicazione dell'elettronica e della tecnologia delle comunicazioni all'industria aeronautica. Il termine "ingegnere aeronautico-delle telecomunicazioni" si riferisce a un'ampia categoria che comprende sia generalisti che esperti che lavorano sull'avionica terrestre o aerea. La conoscenza di computer, reti, tecnologia dell'informazione e sensori è l'insieme di competenze primarie richieste dagli specialisti in questa professione. Questi corsi possono essere trovati presso istituzioni come i college specializzati in tecnologia aeronautica per l'aviazione civile.
L'ingegneria del controllo può essere applicata a un insieme diversificato di domini elettronici, che vanno dai sistemi di volo e propulsione degli aerei commerciali al cruise control che può essere trovato in molti veicoli contemporanei. Inoltre, è un componente essenziale nel processo di automazione industriale. Nella costruzione dei sistemi di controllo, gli ingegneri di controllo utilizzano spesso il feedback.
La disciplina dell'ingegneria della strumentazione si concentra sulla concezione di strumenti in grado di misurare grandezze fisiche come pressione, flusso e temperatura. È necessario avere una solida conoscenza dell'ingegneria elettrica e della fisica per sviluppare tali apparati. Ad esempio, le pistole radar stimano la velocità delle auto in arrivo utilizzando l'effetto Doppler. In modo simile, le termocoppie sfruttano il fenomeno di Peltier-Seebeck per misurare la differenza di temperatura che esiste tra due siti.
Abbastanza frequentemente, la strumentazione non viene utilizzata da sola, ma funge piuttosto da sensore di sistemi elettrici più grandi. Ad esempio, una termocoppia potrebbe essere utilizzata per aiutare a mantenere una temperatura costante all'interno di un forno. Per questo motivo, l'ingegneria della strumentazione è spesso considerata la disciplina complementare all'ingegneria di controllo.
Il campo dell'ingegneria informatica si concentra sulla creazione di computer e sull'infrastruttura che li supporta. Ciò può richiedere la creazione di nuovo hardware informatico, lo sviluppo di assistenti digitali personali o l'implementazione della tecnologia informatica nel sistema di controllo di un impianto industriale. In questo argomento viene fornita anche la creazione di sistemi embedded, ovvero sistemi personalizzati per svolgere una particolare funzione (ad esempio, i telefoni cellulari). Il microcontrollore e tutte le sue applicazioni rientrano nell'ambito di questa disciplina. Lo sviluppo del software è un'altra area su cui gli ingegneri informatici potrebbero concentrarsi. D'altra parte, lo sviluppo di sistemi software complicati è spesso di competenza dell'ingegneria del software, che è tradizionalmente considerata come un argomento distinto.
Ingegneria di progettazione VLSI L'integrazione su larga scala è ciò che si intende con l'abbreviazione VLSI. Si concentra sulla produzione di circuiti integrati e di altri tipi di componenti elettronici. Gli esperti di elettronica iniziano il processo di progettazione di un circuito integrato costruendo prima gli schemi dei circuiti. Questi schemi descrivono in dettaglio i componenti elettrici che verranno utilizzati nel circuito e i collegamenti che verranno effettuati tra di loro. Al termine, gli ingegneri VLSI trasformano gli schemi in layout fisici, che mappano gli strati dei diversi materiali conduttori e semiconduttori necessari per realizzare il circuito.
L'elettronica è un argomento accademico che rientra nella più ampia materia ombrello dell'ingegneria elettrica. Gli ingegneri elettronici hanno spesso un diploma universitario con una specializzazione in ingegneria elettronica presso un istituto accreditato. La quantità di tempo dedicata allo studio per tale laurea è in genere compresa tra tre e quattro anni e il premio finale conferito può essere indicato come Bachelor of Engineering, Bachelor of Science, Bachelor of Applied Science o Bachelor of Technology a seconda dell'istituto di istruzione in cui è stato conseguito. A livello post-laurea, un certo numero di istituzioni nel Regno Unito conferisce anche il Master of Engineering (MEng).
Alcune persone che lavorano nel campo dell'ingegneria elettronica decidono di approfondire la loro formazione conseguendo un diploma post-laurea, come un Master of Science, un Dottorato in Filosofia in Ingegneria o un Dottorato in Ingegneria. Alcune università in Europa e negli Stati Uniti hanno iniziato a offrire il master come primo titolo disponibile per gli studenti e potrebbe essere difficile distinguere un ingegnere che ha completato gli studi universitari da uno che ha completato gli studi post-laurea. In situazioni come questa,...
