تعرف على الهندسة الالكترونية

علوم الالكترونيات

علوم الالكترونيات:

هو علم يدور حول الأجهزة الإلكترونية ومبادئ عملها ويعتمد بشكل أساسي على تدفق التيار الكهربائي في أجزائها.

الإلكترونيات تشمل الأجهزة الالكترونية بشكل عام، لفهمها وتصميمها تلزم المعرفة بالتيار الكهربائي وأساسياته والتيار المتردد والثابت. إضافة إلى الأجزاء المكونة للأجهزة الالكترونية مثل المكثفات والمقاومات الكهربائية والثنائي دايود والترانزستور وغيرهم.

الإلكترونيات هي مجال دراسة واستخدام الأنظمة التي تعمل عن طريق التحكم بجريان الالكترونات ضمنها (أو حاملات الشحنة الأخرى) في بعض الأوساط بخلاف الموصلات حيثي تناول سريان الكهرباء في الموصلات علم الدوائر الكهربية ويتناول سريان التيار في الأوساط الأخرى علم الإلكترونيات والدوائر الإلكترونية. الأوساط الأخرى أمثلتها: صمام مفرغ وشبه موصل. . وكذلك تصميم وبناء دائرة إلكترونية لحل مشاكل عملية هو تقنية أساسية في مجال هندسة إلكترونية و مساوٍ في الأهمية في تصميم العتاد الصلب في مجال هندسة الحاسوب. كل التطبيقات في الإلكترونيات تتضمن إما نقل معلومات أو قدرة. ومعظمها يتعامل فقط مع معلومات.

هندسة الإلكترونيات أو الهندسة الإلكترونية (بالإنجليزية: Electronic engineering)، ويطلق عليها أيضا اسم هندسة الاتصالات (بالإنجليزية: communications engineering) هي فرع الهندسة الكهربائية الذي يتعامل مع المكونات الكهربية الفعالة غير الخطيّة (مثل أشباه الموصلات خاصة الترانزستور والدايود والدوائر المتكاملة) بغرض تصميم الدوائر الالكترونية، الأجهزة، المعالجات الدقيقة، المتحكمات الدقيقة والأنظمة الإلكترونية. كما تعنى هندسة الإلكترونيات بتصميم المكونات الالكترونية الغير فعالة، عادة بالاعتماد على لوحة الدارات المطبوعة.

تٌعتبر هندسة الإلكترونيات فرع من الأصل الأكاديمي الأكبر الهندسة الكهربائية، لكنها تشمل مجال هندسي أوسع، يغطي العديد من المجالات الفرعية مثل الإلكترونيات التناظرية، الإلكترونيات الرقمية، الأنظمة المضمنة، الإلكترونيات الاستهلاكية والالكترونيات الصناعية.

تهتم هندسة الإلكترونيات بتنفيذ المبادئ والتطبيقات والخوارزميات المتطورة عن العديد من المجالات ذات الصلة، على سبيل المثال فيزياء الجوامد، هندسة البث، والاتصال عن بعد، ونظم التحكم، معالجة الإشارة، وهندسة الأنظمة وهندسة الحاسب الآلي، هندسة الأجهزة الدقيقة وتحكم الطاقة الالكترونية، والروبوتية وغيرها الكثير.  و تعتبر جمعية مهندسي الكهرباء والإلكترونيات وجمعية الهندسة والتقنية من أهم المنظمات وأكثرها تأثيرا في هندسة الإلكترونيات.

·         تاريخ الهندسة الالكترونية :

انبثقت فكرة تكريس علم الإلكترونيات كمجال منفصل بسبب التحسينات التقنية في صناعة تليجراف أواخر القرن التاسع عشر، وصناعات الراديو والتلفاز أواخر القرن العشرين .

تخصص الهندسة الالكترونية وُلد من تطوير معدات الهاتف والراديو والتلفاز، بجانب عدد كبير من الأجهزة الالكترونية التي طُورت أثناء الحرب العالمية الثانية مثل رادار والسونار وأنظمة الاتصال والذخائر المتقدمة وأنظمة التسليح،

وكان المصطلح باسم "هندسة الراديو" آنذاك. إلا أن بدأ مصطلح الهندسة الإلكترونية في الظهور، أخذت هندسة الإلكترونيات استقلاليتها عن هندسة الكهرباء بداية في المملكة المتحدة عام 1960 م.[1]

يهتم علم الالكترونيات بتصميم واختبار الدوائر الإلكترونية بالاستعانة بالخصائص الكهرومغناطيسية للعناصر الكهربية مثل المقاومة والمكثف والملف وترانزستور بغرض تحقيق وظيفة محددة. أحد الأمثلة على هذه الدوائر دائرة التوليف، التي تسمح لمستخدم الراديو بترشيح كل المحطات ما عدا محطة.

يقوم مهندسو الالكترونيات في تصميم الدوائر المتكاملة أولا ببناء مخطط الدائرة الذي يحدد المكونات الكهربائية ويصف الترابط بينها. وبعد الانتهاء، يقوم مهندسو دارة التكامل الفائق بتحويل المخطط إلى تصميمات فعلية، ترسم طبقات الموصلات وأشباه الموصلات المتنوعة واللازمة لبناء الدائرة. التحويل من التخطيط إلى التصميم يمكن أن يتم عن طريق البرمجيات ولكن في كثير من الأحيان يتطلب الأمر توليف بشري دقيق لتقليل مساحة واستهلاك الطاقة. وبمجرد الانتهاء من التصميم، يمكن إرساله إلى مصنع تصنيع أشباه الموصلات.

بالنسبة لأنظمة التعقيد المتوسط فقد يستخدم المهندسون نموذج في إتش دي إل لأجهزة المنطق القابلة للبرمجة ومصفوفة البوابات المنطقية القابلة للبرمجة.

ويمكن بعد ذلك تجميع الدوائر المتكاملة ومصفوفة البوابات المنطقية القابلة للبرمجة وغيرها من المكونات الكهربائية الأخرى على لوحات الدوائر المطبوعة لتشكيل دوائر أكثر تعقيدا. وفي الوقت الحالي توجد لوحات الدوائر المطبوعة في معظم الأجهزة الإلكترونية بما في ذلك أجهزة التلفزيون وأجهزة الكمبيوتر ومشغلات الصوت.

·         ما هو الفرق بين الهندسة الإلكترونية والهندسة الكهربائية ؟

نعم، ما هو الفرق بين الهندسة الكهربائية والهندسة الإلكترونية؟ هذا السؤال يحير العديد من الأشخاص: الطلاب الذين أنهوا مرحلة الدراسة الثانوية والذين يريدون الالتحاق بأحد الكليات الهندسية، كما أنه يحير المستخدمين الذين يودون طلب مساعدة بشأن مشكلة تقنية حصلت مع أحد الأجهزة المنزلية، ويحير طلاب الهندسة أنفسهم، وأكثر من ذلك، يحير طلاب الهندسة الإلكترونية والكهربائية أنفسهم!

    الهندسة الكهربائية أحد فروع علم الهندسة، والذي يختص بشكلٍ أساسي مع دراسة الخواص الكهربائية والإلكترونية والكهرومغناطيسية وتطبيقاتها المختلفة.

    الهندسة الإلكترونية عبارة عن اختصاصٍ هندسي، والذي يختص بدراسة العناصر الكهربائية الفعالة وغير الخطية، بهدف تصميم الدارات، الأنظمة، والأجهزة الإلكترونية.

بالنسبة لي، فإنني لم أجد أياً من التعريفين السابقين مفيد! فكلاهما تعاريف أكاديمية مبهمة، لا تحمل معلوماتٍ دقيقة أو تفاصيل واضحة، خصوصاً بالنسبة للأشخاص الذين لا يمتلكون أية معلوماتٍ أساسية حول المفاهيم الهندسية والتقنية.

ولكن، إذا أعدنا قراءة التعريفين، فإننا سنلاحظ أمراً هاماً: الهندسة الكهربائية تدرس خواصاً عامة وشاملة، فعندما نقول “الخواص الكهربائية” أو “الخواص الإلكترونية” فإننا نعني طيفاً ومجالاً واسعاً من التطبيقات. بينما في تعريف الهندسة الإلكترونية، فإننا نقول “العناصر الكهربائية الفعالة وغير الخطية”، فإنه من الواضح أن الحديث هو عن شق معين من العناصر الكهربائية. إذاً، وبشكلٍ مبدئي، وفي حين أن العناصر الكهربائية على اختلاف أنواعها هي أحد نتائج دراسة الخواص الكهربائية، يمكننا أن نستنتج أن الهندسة الإلكترونية هي شقٌ ينتج عن الهندسة الكهربائية. حسناً، نتيجة جيدة إلى الآن.

الهندسة الكهربائية يتحدث عن الأنظمة الكهربائية، وأنظمة نقل الطاقة الكهربائية، ومحطات توليد الطاقة الكهربائية، وشبكات التغذية الكهربائية. تدرس وتبحث بمجال توليد التيار الكهربائي وأنظمة نقله وتوزيعه. الهندسة الإلكترونية يتحدث عن أنصاف النواقل، والشرائح الإلكترونية، والدارات الإلكترونية والكهربائية، وأنظمة الاتصالات. الهندسة الإلكترونية تتحدث عن داراتٍ إلكترونية تعتمد بشكلٍ أساسي على أنصاف النواقل و  دارات أنصاف النواقل تعتمد على حركة نوعين من الشحنات الكهربائية: الشحنات السالبة وهي الإلكترونات، والشحنات الموجبة وهي وبمقارنةٍ ذهنية، سنجد أن الهندسة الكهربائية تتعامل مع “أمورٍ كبيرة” بينما الهندسة الإلكترونية تتعامل مع “أمورٍ صغيرة”. جيد، نتيجة أخرى نستطيع وضعها على اللائحة.

·         المجالات الفرعية

الهندسة الإلكترونية لديها العديد من المجالات الفرعية. وسيأتي وصف لبعض أشهر هذه المجالات. وبرغم وجود مهندسين يركزون بشكل حصري على مجال فرعي، إلا أن هناك أيضا العديد من الذين يركزون على مزيج من المجالات الفرعية.

-          معالجة الإشارات:   والتي تتعامل مع تحليل والتلاعب بالإشارات. والتي يمكن أن تكون إشارات تناظرية تختلف بشكل مستمر وفقا للمعلومات. أو إشارات رقمية تختلف وفقا لسلسلة من القيم المنفصلة التي تمثل المعلومات.

وفيما يتعلق بالإشارات التناظرية، قد تشمل معالجة الإشارة تضخيم وترشيح الإشارات السمعية للمعدات السمعية أو تضمين وإزالة تضمين إشارات الاتصال عن بعد. أما فيما يتعلق بالإشارات الرقمية، قد تنطوي معالجة الإشارات على الضغط، والتحقق من الأخطاء والكشف عنها وتصحيحها.

-          هندسة الاتصال عن بعد:  والتي تتعامل مع نقل المعلومات عبر قناة مثل الكابل المحوري أو الألياف البصرية أو الفراغ.

يتطلب الإرسال عبر الفضاء الحر أن يتم تشفير المعلومات في الموجة الحاملة من أجل تحويل المعلومات إلى تردد حامل مناسب للإرسال، ويعرف ذلك بالتضمين. وتشمل التقنيات الشائعة للتضمين التناظري تضمين الشدة وتضمين التردد. يؤثر اختيار نمط التضمين على تكلفة وأداء النظام، وهذه العوامل يجب أن تكون متوازنة بعناية من قِبل المهندس.

وبمجرد تحديد خصائص إرسال النظام، يقوم مهندسو الاتصالات بتصميم أجهزة الإرسال والاستقبال اللازمة لهذه الأنظمة. ويتم الجمع بين الإرسال والاستقبال في بعض الأحيان لتشكيل جهاز اتصال في اتجاهين يعرف باسم جهاز الإرسال والاستقبال. ويُمثل استهلاك المرسل للطاقة أحد الاعتبارات الرئيسية في تصميمه، حيث أن استهلاك الطاقة يرتبط ارتباطا وثيقا بقوة الإشارة. وإذا كانت قوة إشارة المرسل غير كافية فستكون معلومات الإشارة تالفة بسبب الضوضاء.

-          هندسة التحكم : لديها مجموعة واسعة من التطبيقات، بداية من أنظمة الطيران والدفع للطائرات التجارية وصولا لمثبت السرعة الموجود في العديد من السيارات الحديثة. كما تلعب دورا هاما في الأتمتة الصناعية.

يستفيد مهندسي التحكم في كثير من الأحيان من التغذية المرتجعة عند تصميم أنظمة التحكم. على سبيل المثال، سيارة لديها مثبت سرعة، فإنه يتم مراقبة سرعة السيارة باستمرار وإرسال هذه البيانات إلى النظام الذي يضبط انتاج طاقة المحرك وفقا لذلك. وحيثما توجد ردود فعل منتظمة، يمكن استخدام نظرية التحكم لتحديد كيفية استجابة النظام لهذه التغذية المرتجة.

-          هندسة الأجهزة : تتعامل مع تصميم الأجهزة لقياس الكميات الفيزيائية مثل الضغط والتدفق ودرجة الحرارة.

تصميم مثل هذه الأجهزة يتطلب الفهم الجيد للفيزياء التي غالبا ما تمتد إلى ما وراء نظرية الكهرومغناطيسية. على سبيل المثال، تستخدم مسدس الرادار تأثير دوبلر لقياس سرعة المركبات القادمة. وبالمثل، تستخدم المزدوجات الحرارية تأثير بالتير-سيبيك لقياس الفرق في درجة الحرارة بين نقطتين.

في كثير من الأحيان لا يتم استخدام الأجهزة بذاته، ولكن يُستخدم كمجس لأنظمة كهربائية أكبر. على سبيل المثال، يمكن استخدام المزدوجة الحرارية للمساعدة في بقاء درجة حرارة الفرن ثابته. لهذا السبب، غالبا ما ينظر إلى هندسة الأجهزة على أنها نظير لهندسة التحكم.

-          هندسة الحاسوب : تتعامل مع تصميم أجهزة وأنظمة الكمبيوتر. ويتضمن ذلك تصميم أجهزة حاسوبية جديدة، وتصميم أجهزة المساعد الرقمي الشخصي أو استخدام أجهزة الكمبيوتر للتحكم في محطة صناعية. كما أن تطوير الأنظمة المضمنة (أنظمة المعدة لمهام محددة مثل الهواتف المحمولة) يدخل أيضا في هذا المجال. ويتضمن هذا المجال أيضا وحدات التحكم متناهية الصغر وتطبيقاتها. قد يعمل مهندسو الكمبيوتر أيضا على برنامج النظام. ومع ذلك، فإن تصميم أنظمة البرمجيات المعقدة غالبا ما يكون مجال هندسة البرمجيات، والتي تُعتبر تخصص مختلف.

-          هندسة دارة التكامل  : الفائق تتعامل مع تصنيع الدوائر المتكاملة والمكونات الإلكترونية.

أصبح لدينا الكثير من المعلومات، حان وقت ترتيبها للوصول إلى الفرق ما بين الهندسة الكهربائية والهندسة الإلكترونية:

    الهندسة الكهربائية :  تعني الدراسة الشاملة والواسعة للمفاهيم الكهربائية، وتأثيراتها، وتطبيقاتها، وأنظمتها، سواء كانت تتعلق بتوليد الطاقة الكهربائية، ونقلها، وتوزيعها. توليد الطاقة الكهربائية لا يعني فقط الطرق التقليدية القائمة على حرق الوقود بل يشمل أيضاً أنظمة الطاقات المتجددة.  والهندسة الكهربائية تتعامل مع نوعٍ واحد من الشحنات الكهربائية ومحطات توليد ونقل الطاقة الكهربائية تعتمد على التيار الكهربائي المتناوب الهندسة الإلكترونية، تبحث في سلوك العناصر الكهربائية على مستوى أصغر، أي على مستوى الدارات الإلكترونية وأنظمتها. : و  الإلكترونات، وكل ما ينتج عنها من ظواهر وخواص وتأثيراتٍ مختلفة. الهندسة الإلكترونية تهتم بنوعي الشحنات الكهربائية: الإلكترونات السالبة والثقوب الموجبة، نظراً لأهمية ذلك في تطبيقات الدارات الإلكترونية والرقمية المختلفة   أمرٌ هام جداً: اللوحات والأنظمة الإلكترونية تعمل جميعها اعتماداً على التيار الكهربائي المستمر

    الهندسة الإلكترونية تعتبر فرع تخصصي من الهندسة الكهربائية.

    .

    نستطيع القول إن الهندسة الكهربائية والهندسة الإلكترونية تبحثان بنفس المجال، أي كل ما يتعلق بالقضايا الكهربائية للمواد، ولكن الهندسة الكهربائية تبحث فيها على نطاقٍ “كبير” بينما الهندسة الإلكترونية تبحث فيها ضمن نطاقٍ “صغير”.

·         نظرة عامة حول مصطلح الهندسة الالكترونية

ما زال مصطلح الهندسة الكهربية يستخدم في التعبير عن الهندسة الإلكترونية في عدد من أقدم الجامعات في العالم كما أن خريجي هذه الجامعات يطلق عليهم مهندسين كهرباء. ويعتقد البعض أن لقب "مهندس الكهرباء" يجب إطلاقه فقط على المتخصصين في هندسة القوى بينما يعتقد اخرون ان القوى هي أحد فروع الهندسة الكهربية وكذلك هندسة "توزيع الكهرباء". وفي السنوات الأخيرة أصبح هناك تزايد مستمر في الدورات التدريبية المنفصلة مثل هندسة المعلومات وهندسة نظم الاتصالات حيث تبعها إنشاء اقسام اكاديمية تحمل نفس الاسم.

ويطلق هندسة الكهرباء هندسة القوى كما أنها تفرق بين هندسة الكهرباء وهندسة الإلكترونيات. وفي بداية الثمانينيات استخدم اسم مهندس كمبيوتر للإشارة إلى مهندسي الإلكترونيات أو مهندسي المعلومات. ومع ذلك تعتبر هندسة الكمبيوتر الآن جزءا من هندسة الإلكترونيات.

·         تاريخ الهندسة الالكترونية

ظهرت الهندسة الإلكترونية كمهنة نتيجة للتطورات التكنولوجية في صناعة التلغراف في اواخر القرن التاسع عشر وصناعات الراديو والتليفون في بدايات القرن العشرين. حيث انجذب الناس في البداية للراديو بسب انبهارهم بتقنيات الاستقبال في البداية ثم البث بعد ذلك. وكان معظم من عملوا في الاذاعة في القرن الثالث عشر وقبل الحرب العالمية الأولى من "الهواة".

وقد ظهر علم هندسة الإلكترونيات بشكل كبير كنتيجة للتطور في أجهزة الراديو والتليفزيون وكذلك تطور الأنظمة الإلكترونية أثناء الحرب العالمية الثانية وخصوصا أنظمة الرادار والسونار والاتصالات. وعرف هذا العلم باسم هندسة الراديو ولم يظهر اسم الهندسة الإلكترونية إلا في اواخر القرن السادس عشر.

حيث أنتجت المختبرات الإلكترونية (مختبرات بيل على سبيل المثال)سلسلة من التطورات الإلكترونية. حيث قامت شركات كبرى متخصصة في صناعة أجهزة الراديو والتليفزيون والهاتف بتدعيم هذه المختبرات. وقد أدى ظهور الترانزستور في العام 1948الى إحداث ثورة في الصناعة الإلكترونية. وفي المملكة المتحدة وبعد دراسة جامعية في العام 1960تقريبا أصبح الفرق واضحا بين الهندسة الإلكترونية والهندسة الكهربية. ولكن قبل هذا الوقت، اضطر طلبة الإلكترونيات والمجالات المشابهة مثل الراديو والاتصالات السلكية واللاسلكية بالتسجيل في قسم الهندسة الكهربية في الجامعة بسبب عدم وجود أقسام للإلكترونيات. وتعتبر الهندسة الكهربية من أقرب العلوم التي يمكن أن تتوافق مع الهندسة الإلكترونية ,ومع ذلك فإن الموضوعات المتشابه بين العلمين تدرس فقط في السنة الأولى من الدراسة والتي تستمر لثلاث سنوات (باستثناء مجالات الرياضيات والكهرومغناطيسية).

·         التدريس

بدأت فكرة تكريس علم الالكترونيات كمجال له أهمية لا تقل عن باقي العلوم مع انتشار تطبيقاتها في الراديو والتلفاز أثناء الحرب العالمية الثانية وكان مصطلح هندسة الراديو متداولا آنذاك. أخذت هندسة الالكترونيات استقلاليتها عن هندسة الكهرباء بداية في المملكة المتحدة عام 1960م. توجد في الوقت الحاضر جامعات في بلدان عربية تدعم كلا النظامين كما في مصر, العراق, سوريا, واليمن.

علم الالكترونيات

المقالة الرئيسية: الكترونيات

1896 براءة اختراع ماركوني

في عام 1893، قدم نيكولا تسلا أول شرح وتوضيح لمجال الاتصالات اللاسلكية, في خطاب له في معهد فرانكلين في فيلادلفيا والمؤسسة الوطنية للإنارة بالكهرباء حيث شرح بالتفصيل مبادئ الاتصالات اللاسلكية. وفي عام 1896 قدم ماركوني نظام لاسلكي عملي وذو استخدامات متعددة. في العام1904قام جون البروز فلمنج وهو أول استاذا جامعي في الهندسة الكهربية في جامعة لندن باختراع أول صمام ثنائي لاسلكي (الديود). وبعد ذلك بعام, قي عام1906قام كل من روبرت فون ليبين ولي دو فورست بتطوير أنبوب مكبر للصوت والذي يسمى أيضا الصمام الثلاثي.

ويعتبر اختراع لي دو فورست للأنبوب المفرغ(فراغ انبوب)عام 1907هو بداية علم الإلكترونيات. وعلى مدار 10سنوات استخدم هذا الجهاز في استقبال وبث الموجات اللاسلكية وكذلك الأنظمة المستخدمة في الاتصالات الهاتفية عبر المسافات البعيدة. اخترع ادوين ارمسترونج مكبر الصوت بالتغذية الرجعية المتجددة وكذلك اخترع المستقبل اللاسلكي للمتغاير الفوقي في عام 1912، وبهذا يعتبر ارمسترونج والد اللاسلكي الحديث. ولما يقرب من 40 عام استمرت الانابيب المفرغة هي المفضلة كمكبر صوت حتى قام باحثين يعملون لصالح ويليام شوكلي في مختبرات بل باختراع الترانزستور عام 1947. وفي الاعوام التالية ,كان من الممكن إنتاج أجهزة راديو محمولة أو ما يسمى راديو الترانزستور وقد أدى هذا إلى إمكانية إنتاج أجهزة كمبيوتر مركزية. لأن الترانزستورات أصغر حجما وتتطلب جهدا كهربيا اقل من الانابيب المفرغة. في سنوات ما بين الحربين سيطر على مجال الإلكترونيات الاهتمام العالمي بالاتصالات اللاسلكية والهاتفية والتلغرافية. وفيما يلي استخدم لفظ راديو ولاسلكي للتعبير عن الإلكترونيات. ومع هذا لم يكن هناك سوي القليل من التطبيقات العسكرية للإلكترونيات بخلاف الراديو إلى ان ظهر التلفزيون. ومع هذا لم يدرس هذا العلم بطريقة اكاديمية مستقلة حتى عام1960.

و في الفترة قبل الحرب العالمية الثانية عرف هذا العلم بالهندسة اللاسلكية وتخصص بشكل كبير في الموضوعات الخاصة بالاتصالات والرادار واذاعات الراديو التجارية والتلفزيون. وفي هذا الوقت كان من الممكن دراسة الهندسة اللاسلكية في الجامعات فقط كجزء للحصول على شهادة الفيزياء.' في وقت لاحق، في السنوات التي تلت الحرب وعندما بدأ الإنتاج للمستهلكين كبر المجال حتى اشتمل على التلفزيون الحديث وأنظمة الصوت وهاج فإي وحديثا أجهزة الكمبيوتر والمعالجات. ومن منتصف حتى نهاية القرن السادس عشر بدأ الظهور التدريجي لاسم الهندسة الإلكترونية، والتي أصبحت تدرس في ما بعد كمادة اكاديمية مستقلة في الجامعات إلا انها دائما ما تدرس مع الهندسة الكهربية حيث يوجد بينهما بعض التشابهات.

قبل اختراع الدائرة المتكاملة عام1959 فان الدوائر الإلكترونية كانت تتكون من عناصر منفصلة يمكن تركيبها يدويا. وهذه الدوائر الغير متكاملة والتي تستهلك مكان وطاقة أكبر كان مصيرها الفشل حيث ان سرعتها أيضا كانت محدودة بالرغم من وجودها إلى الآن في التطبيقات البسيطة. وعلى النقيض من ذلك ,فان الدوائر المتكاملة تحتوي على عدد ضخم-ملايين أحيانا- من التركيبات الكهربية الدقيقة، وبالأخص الترانزستور، في رقاقة صغيرة بحجم العملة المعدنية.

   الأنابيب أو الصمامات

   كاشف الانبوب المفرغ

ان اختراع مكبر الصوت ثلاثي الصمام، والمولدات، والكاشف أدى إلى جعل الاتصال المسموع عن طريق الراديو عمليا اكثر. (استخدم ريجينا فسيندين عام 1906المولد الكهربي الميكانيكي في البث.) وفي 31اغسطس 1920 تم بث اول برنامج أخباري عن طريق محطة8MKوهي المحطة الغير مرخصة التي سبقتwwjفي ديترويت، ميتشيجان. إلا أن البث اللاسلكي المنتظم لأغراض التسلية بدأ في العام1922في مركز ماركوني للابحاث في مدينة ريتل بالقرب من شيلمسفورد، انجلترا.

في حين أن بعض أجهزة اللاسلكي الأولي استخدمت نوعا من التضخيم عن طريق التيار الكهربائي أو البطارية، ففى خلال منتصف القرن الثالث عشر كان النوع الاكثر شيوعا المستخدم في الاستقبال هو جهاز الكريستال. في القرن الثالث عشر، احدثت الانابيب المفرغة المكبرة للصوت ثورة في كل من أجهزة اللاسلكى للاستقبال والإرسال.

التلفزيون

في عام 1928، قدم فيلو فارنورث اول جهاز تليفزيون إلكتروني. وفي خلال القرن الرابع عشر بدأت العديد من الدول البث وبعد الحرب العالمية الثانية أصبح هناك الملايين ممن يستقبلون هذه الخدمة حول العالم. منذ ذلك الحين، أصبحت الإلكترونيات جزءا رئيسيا في أجهزة التليفزيون.

شهدت أجهزة الفيديو والتليفزيون تطورا مذهلا من الأجهزة الضخمة التي تستخدم تكنولوجيا انبوب الالكترون إلى الأجهزة الصغيرة المضغوطة التي تستخدم تقنيات مثل البلازما وال(شاشات الكريستال السائل)LCD. والاتجاه الحالي هو الأجهزة التي تستهلك طاقة اقل مثل الصمام الثلاثي العضوي المضيء والتي من المحتمل ان تستخدم بدلا من تقنيات البلازما والLCD.

الرادار والراديو

وفى أثناء الحرب العالمية الثانية أنفق الكثير من الجهد لتحديد المواقع الإلكترونية لاهداف العدو والطائرات عن طريق اشعة الراديو التي تكشف عن المتفجرات والاجراءات الوقائية الإلكترونية وأجهزة الرادار والخ...و خلال نفس الفترة أيضا لم يبذل الاالقليل من الجهد في تطوير الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية.

أجهزة الحاسوب

المقالة الرئيسية: History of computing hardware

في عام 1941، قدمت مؤسسة كونراد زوس الZ3اول جهاز كومبيوتر وظيفي. وبعد ظهور الكمبيوتر العملاق عام 1943,بدأ عصر الكمبيوتر عند إنشاء الENIAC(المكامل الإلكتروني الرقمي والكمبيوتر)لجون بريسبر ايكرت وجون ماوشلى. وقد سمح الأداء الحسابي لهذه الأجهزة بتطوير تكنولوجيات جديدة تماما وتحقيق أهداف جديدة. ومن الأمثلة على ذلك رحلات أبولو والهبوط على سطح القمر والذي قامت به وكالة ناسا.

الترانزستورات

ان اختراع ويليام شوكلي وجون بارادين ووالتر براتين للترانزستور عام 1947 مهد الطريق لظهور االمزيد من الأجهزة المضغوطة وأدى إلى تطوير الدوائر المتكاملة عام1959و التي قام بها جاك كيلبي.

المعالجات

في عام 1969، طور تيد هوف المعالجات التجارية في شركة إنتل، مما أدى إلى تطوير وانتشار أجهزة الكمبيوتر الشخصية. وكان اختراع هوف جزءا من طلب شركة يابانية للحاسبات الإلكترونية المبرمجة والتي تكون على سطح المكتب والتي حاول هوف ان يجعلها رخصية بقدر الإمكان. وكان اول ظهور للمعالجات الدقيقة انتل4004 معالج 4 بت عام 1969 ,وفي عام 1973ظهر انتل 8080 معالج 8بت ,مما أدى إلى ظهور اول كمبيوتر شخصى -معالج MITS Altair 8800. واعلن عن اول جهاز كمبيوتر للجمهور في يناير1975 على غلاف مجلة الإلكترونيات الرائجة. و لهذافان العصر القادم هو عصر الميكاترونكس (ميكانيكا الإلكترونيات) بلا منازع.

و يتخصص العديد من مهندسي الإلكترونيات اليوم في تطوير برامج للمعالجات على أسس الأنظمة الإلكترونية، والمعروفة باسم الأنظمة المدمجة. نظرا لضرورة المعرفة الدقيقة بالأجهزة الصلبة للقيام بذلك فإن معظم المتخصصين هم مهندسو إلكترونيات وليس مهندسو برمجيات. لان مهندسو البرمجيات عادة ما يتعاملون مع المعالجات فقط على المستوى النظري. بينما يعرف مهندسي الإلكترونيات الذين تخصصوا في برمجة الأنظمة المدمجة أو المعالجات الدقيقة باسم مهندسي الأنظمة المدمجة embedded systems engineersاو مهندسي البرامج الثابتةfirmware engineers.

الإلكترونيات

وفي مجال هندسة الإلكترونيات، يعمل المهندسون في تصميم واختبار الدوائر التي تستخدم الخصائص الكهرومغناطيسية للمكونات الكهربية مثل المقاومة والمكثفات وادوات الحث والصمام الثلاثي والترانزستورات لاستنتاج وظيفة معينة. وكمثال على هذه الدوائر ,دائرة تستخدم في أجهزة الراديو لتنقية وتحسين المحطات.

وعند تصميم الدوائر المتكاملة يقوم مهندسو الإلكترونيات اولا بإعداد رسم تخطيطي يحدد فيه المكونات الكهربية ويصف العلاقة بين هذه المكونات. وعند الانتهاء من الرسم التخطيطي يقوم مهندسون اخرونVLSIE engineersبتحويل هذه الرسوم الي مخططات حقيقية توضح الموصلات واشباه الموصلات التي سوف تستخدم في إنشاء الدائرة. ويمكن تحويل الرسوم إلى مخططات عن طريق بعض البرامج(انظر التصميم الإلكتروني الألى)إلا أن تلك العملية تحتاج إلى مهارة بشرية لتقليل المساحة والطاقة المستهلكة. وبمجرد اكتمال المخططات يتم ارسالها إلى التصنيع.

ثم تجمع هذه الدوائر المتكاملة والمكونات الكهربية على لوحة الدوائر المطبوعة لتكوين دوائر اكثر تعقيدا. وتوجد لوحات الدوائر المطبوعة اليوم في معظم الأجهزة الإلكترونية بما في ذلك التليفزيونات وأجهزة الكمبيوتر ومشغلات الصوت.

المناهج التعليمية التقليدية في الهندسة الالكترونية

بصرف النظر عن نظرية الكهرومغناطيسية والشبكات، يوجد موضوعات أخرى في المناهج التعليمية تتعلق بالهندسة الإلكترونية. بينما يتضمن منهج الهندسة الكهربية تخصصات اخري مثل الآلات الكهربية وتوليد وتوزيع القوى. لاحظ أن القائمة التالية لا تشمل منهج الرياضيات الهندسية والتي تعد شرطا مسبقا للحصول على أي شهادة.

الكهرومغناطيسية

عناصر حساب المتجهات: تباين وتجعيد ؛ نظريات جاوس وستوك: معادلات ماكسويل :اشكال التفاضل والتكامل. معادلة الموجة ومتجه بوينتنجPoynting vector. موجات الطائرة : الارسال عن طريق وسائل الاعلام المختلفة ,انعكاس والانكسار، السرعة، عمق الجلد. خطوط النقل : المعاوقة، نقل المعاوقة، مخطط سميث، مطابقة المعاوقة ,اثارة النبض. الدليل الموجى:وسائط الدليل الموجى المستطيل: شروط الحدود: الترددات المتقطعة: تشتت العلاقات. هوائيات : هوائي ثنائي القطب ؛ مجموعة الهوائي ق ؛ نمط الإشعاع ؛ نظرية التبادلية كسب الهوائي.[2][3]

تحليل الشبكات

شبكة الرسوم البيانية : المصفوفات المرتبطة بالرسوم البيانية ,الاصابة, مجموعة القطع الاساسية ومصفوفات الدوائر الاساسية. طرق الحل : التحليل العقدي والشبكى. نظريات الشبكة:التراكب، ثيفينن ونورتون والحد الأقصى لنقل الطاقة، تحول واي ودلتا. التحليل الجيبي أثناء حلة الثبات باستخدام الفاسورزphasors. المعادلات التفاضلية ذات المعامل الخطى الثابت, التحليل الزمنى للدوائر الرنانة البسيطة, حل المعادلات الشبكية باستخدان تحويل لابلاس ,تحليل الدوائر الرنانة قي نطاق الترددات.معاملات الشبكات ذات المنفذين:نقطة القيادة ودالة التحويل. معادلات الحالة للشبكات.

الأجهزة والدوائر الإلكترونية

الأجهزة الإلكترونية: حزم الطاقة في السليكون ,السليكون النقى والمطعم. حاملة الشحنة في السليكون : تيار الانتشار ,تيار الانح إنشاء وإعادة التركيب للناقلات. الصمام الثنائي برابطةp-n، الصمام الثنائي زينر، الصمام الثنائي النفق، ترانزستورBJTترانزستور فيت JFET ,والموس، موس فيت، الصمام الثنائي المضيء,و p-i-n ,والصمام الثنائي الذي يحول الضوء إلى كهرباءavalanche photo diode، وأشعة الليزر. تكنولوجيا الأجهزة : عملية تصنيع الدوائر المتكاملة عملية الأكسدة، الانتشار، وزرع الأيونات، الضوئية، n-tub;p-tub;twin-tubو عملية سي موس cmos.

الدوائر التناظرية: الدوائر المكافئة للصمامات الثنائية(إشارة كبيرة وصغيرة)، BJTs، JFETs، والمقاومة عند التغيرات (موسفيت). دوائر الصمام الثنائي البسيط، لقطة، تحامل، محول تيار. Biasing والاستقرارbias من الترانزستور ومكبرات فيت. مكبرات الصوت : واحد ومتعدد المراحل، التفاضلية، والتنفيذية، التغذية الراجعة والقوة. تحليل المكبرات ؛ استجابة التردد لمكبرات الصوت. دوائر امبير البسيطة. المرشحات: خاص بمنحنى المذبذبات ؛ معيار التذبذب ؛ تكوينات الترانزستور المفرد وتكوينات أمبير. مولدات وظيفة ودوائر تشكيل الامواج، وإمدادات الطاقة.

الدوائر الرقمية : دوال منطقية ؛عائلات الدوائر المتكاملة للبوابات المنطقية (DTL,TTL,ECL,MOS,CMOS) الدوائر التوافقية : دوائر الحساب، ومحولات الشفرات، أجهزة الإرسال وأجهزة فك التشفير. دوائر متعاقبة: مساكات وقلابات، العدادات ومسجلات الازاحة. ADC,DAC. ذاكرة من أشباه الموصلات. المعالج الدقيق 8086 : البرمجة، والذاكرة وتواصل الإدخال / الإخراج. [4]

إشارات ونظم

التعريفات والخصائص لتحويل لابلاس، سلسلة فورييه للزمن المستمر والمستقطع، وتحويل فورييه للزمن المستمر والمستقطع, تحويل z. نظرية أخذ العينات. أنظمة ثابت خطي زمني : التعريفات والخصائص ؛ السببية، والاستقرار، استجابة الدفع، والتفاف، واستجابة التردد للاصفار والاقطاب، تأخير المجموعة، وتأخير المرحلة. انتقال الإشارة عبر أنظمة LTI. الإشارات العشوائية والضوضاء :الاحتمالات، المتغيرات العشوائية، دالة الكثافة الاحتمالية، ترابط تلقائي، كثافة الطاقة الطيفية، والقياس الوظيفي بين المتجهات والدوال.

أنظمة التحكم

مكونات نظام التحكم الرئيسي؛ وصف الكتلة البيانية، والحد من كتلة المخططات—قانون ميسون. نظم الحلقات المفتوحة والمغلقة (وحدة التغذية المرتدة السلبية)، التحليل الثابت لهذه الأنظمة. الرسوم البيانية لتدفق الإشارات واستخدامها في تحديد مهام نقل النظم ؛ تحليل حالة الثبات لأنظمة التحكمLTI واستجابة التردد. تحليل ثابتة للدولة رفض اضطراب وحساسية الضوضاء.

أدوات وتقنيات لتحليل وتصميم نظام لايسكيبو للتحكم : المكاني الجذرية، معيار استقرار وروث - هرويتز، رسومات بود ونايكويست. معوضات نظام التحكم: عناصر تعويض التقديم والتأخير، عناصر المتحكم التفاضلي التناسبي التكاملي(PID) تفريد أنظمة الزمن المستمر باستخدام ZOHو ADC لزرع أجهزة التحكم الرقمى. القيود المفروضة على وحدات التحكم الرقمية : التعرجات. تمثيل متغيرات الحالة وحل معادلة أنظمة التحكمLTI. نظام متحرك غير خطي بتحقيق الحالة في الفراغ في الزمن والتردد. المفاهيم الأساسية للسيطرة وقابلية الملاحظة لنظم MIMO LTI. تحقيق الحالة في الفراغ. صيغة اكرمان الاحلال القبى للتغذية الرجعية. تصميم نظام كامل وجزئي للمقدرين. [5][6]

الاتصالات

نظم الاتصالات التناظرية : تعديل السعة والزاوية ونظم الاستخلاص، والتحليل الطيفي لهذه العمليات، وظروف ضوضاء المتغاير الفوقي.

نظم الاتصالات الرقمية: تحوير كود النبضةPCM},تحوير كود النبضة التفاضليةDPCM)، تحوير دلتا، وسعة مخططات التحوير الرقمي، مخططات ترددالازاحة ومرحلتهاASK,PSK,FSK، مستقبلات الترشيح المتطابقة، والنظر والاخذ في الاعتبار عرض النطاق الترددي واحتمال الخطأ في حسابات الجداول، GSM, TDMA.

التعليم والتدريب

يحصل مهندسو الإلكترونيات على درجة اكاديمة بعد حصولهم على قدر وافي من العلوم المتخصصة في هندسة الإلكترونيات. وتكون مدة الدراسة عادة ثلاث أو اربع سنوات وتكون الدرجة المتحصلة اما بكالريوس في الهندسة أو العلوم أو العلوم التطبيقية أو التكنولوجيا وذلك باختلاف الجامعة التي تتم الدراسة بها. وتمنح بعض الجامعات البريطانية درجة الماجستير في الهندسة للطلبة الجامعيين.

ويشتمل المنهج على موضوعات في الفيزياء والكيمياء والرياضيات وإدارة المشاريع وبعض الموضوعات الخاصة قي الهندسة الكهربية. وتناقش معظم هذه الموضوعات فروع متعددة في الهندسة الإلكترونية. ثم يتخصص الطلاب في فرع أو اكثر قبل أنتهاء الدراسة.

و يفضل بعض مهندسو الإلكترونيات القيام بدراسات عليا مثل ماجستير في العلوم ,دكتوراة في الهندسة شهادةأو دكتوراة الهندسة. وفي بعض الجامعات الامريكية والاوروبية يتم التعامل مع درجة الماجستير باعتبارها درجة اولي وغالبا ما يكون التفريق بين خريج عادى وحامل لدرجة الماجستير عملية صعبة. وفي هذه الحالة تؤخذ الخبرة في الاعتبار. درجة الماجستير يمكن أن تتألف إما من البحوث، والدورات الدراسية أو مزيج من الاثنين معا. بينما درجة الدكتوراة تكون عبارة عن عمل بحثى مميز وتكون بداية لدخول المجال الاكاديمي.

في معظم البلدان ،الحصول على درجة البكالوريوس في الهندسة يمثل خطوة أولى نحو الشهادة ثم تمنحه هيئة مهنية شهادة خاصة ببرنامج الدرجة. وبعد الانتهاء من برنامج الدرجة يجب أن يتوفر في المهندس مجموعة من الشروط(بما في ذلك خبرة العمل)قبل أن يصدق عليه-يحصل على الشهادة. وبمجرد حصوله على الشهادة يمنح المهندس لقب مهندس محترفprofessional engineer (قي امريكا وكندا وجنوب افريقيا)و مهندس معتمد أو قانونيcharteredengineer or incoporated engineerفي (بريطانيا وايرلندا والهند وزيمبابوى)ومهندس امتياز محترف chartered professional engineerفي استراليا، أو مهندس اوروبيEuropean Engineerفي معظم دول الاتحاد الاوروبي).

وتعتبر كلا من الفيزياء والكيمياء من العلوم الاساسية الهامة في هذا المجال حيث انها تساعد على تعلم الوصف الكيفي والكمى لكيفية عمل هذه الأنظمة. وغالبا ما يتم انجاز الاعمال الهندسية عن طريق الكمبيوتر ومن الشائع استخدام برامج تصميم بمساعدة الكبيوتر عند تصميم الأنظمة الإلكترونية. على الرغم من أن معظم المهندسين الإلكترونيين سوف يفهمون نظرية الدوائر الرئيسية إلا أن النظريات التي يستخدمها المهندسون تعتمد على الشغل الذي يقومون به. على سبيل المثال، ميكانيكاالكم وفيزياء الحالة الصلبة قد تكون ذات صلة للمهندسين الذين يعملون علىVLSIولكنها لا تمت بصلة إلى المهندسين الذين يعملون مع الأنظمة الكهربائية العيانية.

الهيئات المهنية

الهيئات المهنية لمهندسي الكهرباء: وتشمل معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات(IEEE)، ومعهد المهندسين الكهربائيين (IEE)، والآن يوجد معهد للهندسة والتكنولوجيا(IET). ويقدم الIEEEحوالي30بالمائة من المادة العلمية المقدمة في العالم في مجالى الهندسة الكهربية والإلكترونية ,كما ان عدد اعضاء المعهد بلغ 370.000و يعقد مايقرب من 450 مؤتمر برعايته حول العالم كل عام.

الهندسة الالكترونية الحديثة

الهندسة الإلكترونية في أوروبا هو مجال كبير جدا يشمل العديد من الفروع بما في ذلك الموضوعات التي تتعامل مع الأجهزة الإلكترونية وتصميم الدوائر، أنظمة التحكم ,الإلكترونيات ,والاتصالات، وأنظمة الكمبيوتر، والبرمجيات المدمجة والخ. . وفي معظم الدول الاوروبية يوجد لديها الآن أقسام للإلكترونيات والتي تعتبر منفصلة تماما عن أقسام الهندسة الكهربية.

مجالات الهندسة الالكترونية

يدخل علم الالكترونيات بشكل خاص في مجالات الهندسة الكهربائية والميكا ترونك. سواء كانت هندسة الالكترونيات مستقلة عن الهندسة الكهربائية أم لا فإن المجالات الاتية تشكل أبرزها:

    هندسة الاتصالات: دراسة وهندسة الاتصالات الهاتفية بنوعيها الثابت والجوال وأنظمة الاتصالات والشبكات المختلفة والإنترنت.

    الراديو والتلفزيون: تطبيقات الكاميرا, الراديو, التلفاز.

    معالجة الإشارة: دراسة الإشارات, خواصها, معالجتها كما في معالجة الصوت والصورة.

    هندسة الأجهزة الدقيقة: المعدات الطبية والصناعية الدقيقة, أجهزة القياس والتحكم.

    هندسة التحكم: يرتبط هذا الفرع ارتباطا وثيقا بكل من معالجة الإشارة والأجهزة الدقيقة.

    هندسة الحاسوب: تطوير, تصميم, برمجة, وصيانة الحواسيب.