Введение

Как инженеры-электрики, так и инженеры-электроники, как правило, имеют высшее образование по специальности «электротехника» или «электроника». Срок обучения для получения такой степени обычно составляет три или четыре года, а полученная степень может называться «бакалавр инженерных наук», «бакалавр естественных наук» или «бакалавр прикладных наук» в зависимости от университета.

Область бакалавриата

Степень обычно включает в себя дисциплины, охватывающие физику, математику, управление проектами и специализированные темы в области электротехники и электроники. В начале обучения эти темы охватывают большинство, если не все, направлений электротехники. Студенты затем выбирают специализацию в одном или нескольких направлениях к концу обучения. В большинстве стран степень бакалавра в области инженерии является первым шагом к профессиональной сертификации, а сама образовательная программа сертифицируется профессиональной организацией. После завершения сертифицированной программы инженер должен выполнить ряд требований (включая требования к опыту работы), прежде чем получить сертификацию. После получения сертификации инженер удостоивается звания профессионального инженера (в Соединенных Штатах и Канаде), дипломированного инженера (в Великобритании, Ирландии, Индии, Пакистане, Южной Африке и Зимбабве), дипломированного профессионального инженера (в Австралии) или европейского инженера (в большинстве стран Европейского Союза).

Высшее образование

Инженеры-электрики также могут выбрать получение ученой степени, такой как степень магистра техники, степень доктора философии в области техники или степень инженера. Степень магистра и степень инженера могут включать в себя исследовательскую работу, учебные курсы или их комбинацию. Степень доктора философии состоит из существенной исследовательской составляющей и часто рассматривается как отправная точка для научной деятельности. В Великобритании и ряде других европейских стран степень магистра техники часто считается степенью бакалавра, имеющей немного большую продолжительность, чем степень бакалавра техники.

Типичная программа для студентов электротехники

Помимо электромагнетизма и теории цепей, остальные предметы учебного плана специфичны для курсов электроники. Курсы электротехники имеют другие специализации, такие как электромашины, генерация и передача электроэнергии. Обратите внимание, что данный список не включает значительный объем математики (возможно, за исключением последнего курса), изучаемой на протяжении всех лет обучения.

Электромагнитная

Элементы векторного исчисления: дивергенция и ротор; теоремы Гаусса и Стокса, уравнения Максвелла: дифференциальные и интегральные формы. Волновое уравнение, вектор Пойнтинга. Плоские волны: распространение в различных средах; отражение и преломление; фазовая и групповая скорость; глубина проникновения. Линии передачи: характеристический импеданс; преобразование импеданса; диаграмма Смита; согласование импедансов; импульсное возбуждение. Волноводы: моды в прямоугольных волноводах; граничные условия; частоты среза; дисперсионные соотношения. Антенны: дипольные антенны; антенные решетки; диаграмма направленности; теорема взаимности, коэффициент усиления антенны. Дополнительные базовые фундаментальные знания в области электротехники подлежат изучению.

Теория сетей

Сетевые графы: матрицы, связанные с графами; матрица инцидентности, фундаментальный набор разрезов и фундаментальные матрицы контуров. Методы решения: анализ узлов и контуров. Теоремы цепей: принцип суперпозиции, теоремы Тевенина и Нортона о максимальной передаче мощности, преобразование «звезда-треугольник». Анализ синусоидальных установившихся режимов с использованием фазоров. Линейные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами; анализ простых RLC-цепей во временной области; решение уравнений цепей с использованием преобразования Лапласа; частотный анализ RLC-цепей. Параметры двухполюсной сети: волновое сопротивление и передаточная функция. Уравнения состояния.

Электронные устройства и схемы

Электронные устройства: энергетические зоны в кремнии, собственный и примесный кремний. Транспорт носителей заряда в кремнии: диффузионный ток, дрейфовый ток, подвижность, удельное сопротивление. Генерация и рекомбинация носителей заряда. p-n переход, диод Зенера, туннельный диод, биполярный транзистор (BJT), полевой транзистор с управляющим p-n переходом (JFET), МОП-конденсатор, МОП-транзистор (MOSFET), светодиод (LED), p-i-n фотодиод и лавинный фотодиод, лазеры. Технология изготовления устройств: процесс изготовления интегральных схем, окисление, диффузия, ионная имплантация, фотолитография, n-канал, p-канал и twin-tub CMOS-технология. Аналоговые схемы: эквивалентные схемы (для больших и малых сигналов) диодов, биполярных транзисторов, полевых транзисторов и МОП-транзисторов, простые диодные схемы, ограничители, зажимы, выпрямители. Режимы смещения и стабильность режимов усилителей на транзисторах и полевых транзисторах. Усилители: однокаскадные и многокаскадные, дифференциальные, операционные, с обратной связью и мощные. Анализ усилителей; частотная характеристика усилителей. Простые схемы на операционных усилителях. Фильтры. Синусоидальные генераторы; критерий генерации; схемы с одним транзистором и операционным усилителем. Генераторы функций и схемы формирования сигналов. Источники питания. Цифровые схемы: булева алгебра, минимизация булевых функций; логические элементы цифровых интегральных схем (DTL, TTL, ECL, MOS, CMOS). Комбинационные схемы: арифметические схемы, преобразователи кодов, мультиплексоры и демультиплексоры. Последовательные схемы: триггеры, счетчики и сдвиговые регистры. Схемы выборки-хранения, АЦП, ЦАП. Полупроводниковые памяти. Микропроцессор (8085): архитектура, программирование, интерфейсы памяти и ввода/вывода.

Сигналы и системы

Определения и свойства преобразования Лапласа, рядов Фурье непрерывного и дискретного времени, преобразования Фурье непрерывного и дискретного времени, Z-преобразования. Теоремы отсчетов (выборки). Линейные стационарные системы: определения и свойства; причинность, устойчивость, импульсная характеристика, свертка, полюса и нули частотной характеристики, групповая задержка, фазовая задержка. Передача сигналов через ЛСУ. Случайные сигналы и шум: вероятность, случайные величины, функция плотности вероятности, автокорреляция, спектральная плотность мощности.

Системы управления

Компоненты системы управления; блок-схематическое описание, упрощение блок-схем. Системы с разомкнутым и замкнутым контуром (с обратной связью) и анализ их устойчивости. Графы потоков сигналов и их применение для определения передаточных функций систем; переходный и установившийся режимы систем управления LTI и частотная характеристика. Инструменты и методы анализа LTI систем управления: годографы характеристик, критерий Рута-Гурвица, диаграммы Боде и Найквиста. Компенсаторы в системах управления: элементы компенсации опережения и запаздывания фазы, элементы ПИД-регулирования. Представление в переменных состояния и решение уравнения состояния LTI систем управления.

Сообщения

Системы связи: амплитудная и угловая модуляция и демодуляция, спектральный анализ этих процессов, супергетеродинные приемники; элементы аппаратуры, реализации аналоговых систем связи; вычисление отношения сигнал/шум для амплитудной (AM) и частотной (FM) модуляции в условиях низкого уровня шума. Цифровые системы связи: импульсно-кодовая модуляция, дифференциальная импульсно-кодовая модуляция, дельта-модуляция; схемы цифровой модуляции – амплитудно-импульсная, фазово-импульсная и частотно-импульсная манипуляция, приемники с согласованным фильтром, вопросы полосы пропускания и вычисление вероятности ошибок для этих схем.

Сертификация

Преимущества сертификации варьируются в зависимости от местоположения. Например, в Соединенных Штатах и Канаде "только лицензированный инженер может заверять инженерные работы для государственных и частных заказчиков". Это требование обеспечивается законодательством штатов и провинций, таким как Закон об инженерах Квебека. В других странах, например, в Австралии, подобного законодательства не существует. Практически все сертифицирующие органы поддерживают кодекс этики, соблюдение которого ожидается от всех членов, в противном случае им грозит исключение. Таким образом, эти организации играют важную роль в поддержании этических стандартов профессии. Даже в юрисдикциях, где сертификация не имеет существенного юридического значения для работы, инженеры подчиняются контрактному праву. В случаях, когда работа инженера оказывается некачественной, он или она может быть привлечен к ответственности за небрежность и, в крайних случаях, обвинен в уголовной халатности. Работа инженера также должна соответствовать многочисленным другим правилам и нормам, таким как строительные нормы и законодательство в области охраны окружающей среды. К значимым профессиональным организациям для инженеров-электриков относятся Институт инженеров электротехники и электроники и Институт инженерии и технологий. Первая утверждает, что производит 30% всей мировой литературы по электротехнике, насчитывает более 360 000 членов по всему миру и проводит более 300 конференций ежегодно. Вторая издает 14 журналов, имеет всемирную базу из 120 000 членов, сертифицирует дипломированных инженеров в Соединенном Королевстве и заявляет о том, что является крупнейшим профессиональным инженерным обществом в Европе.