הנדסת חשמל | תת-תחומים בהנדסת חשמל

תת-תחומים בהנדסת חשמל

Palm IIIxe PDA.jpg

מחשבים

Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – הנדסת מחשבים

הנדסת מחשבים קשורה בתכנון של מחשבים ומערכות מחשבים. הדבר כרוך לעיתים בתכנון של חומרה חדשה. מהנדסי מחשבים גם עובדים לעיתים בתכנון התוכנה של המערכת. למרות עובדה זו, תכן מערכות תוכנה מורכבות מהווה מטלה שקשורה בתחום הנדסת התוכנה אשר נחשב לרוב כתחום נפרד. מחשבים שולחניים הם חלק קטן מההתקנים שמהנדס מחשבים עשוי לעבוד עמם שכן ארכיטקטורות דמויות מחשב נפוצות כיום גם במגוון רחב של התקנים כגון : קונסולות משחקי ווידאו ונגני DVD.

תקשורת

רשת מחשבים
תקשורת לווינית היא סוג של עיסוק שבו עשוי מהנדס חשמל להיות מעורב
Postscript-viewer-shaded.png ערכים מורחבים – הנדסת מערכות תקשורת

הנדסת מערכות תקשורת מתמקדת בשידור של נתונים דרך קו תקשורת כגון כבל קואקסיאלי, סיב אופטי או בקשר רדיו דרך חלל האוויר. קשר רדיו דורש שהמידע המועבר יהיה מקודד בגל נושא על מנת שהנתונים ימצאו בתדר שידור מתאים. שיטה זו ידועה כאפנון. שיטות אפנון ידועות הן אפנון משרעת ואפנון תדר. סוג האפנון משפיע על מחיר המערכת וביצועיה. על המהנדס מוטלת המשימה לאזן בין שני גורמים אלו.

לאחר קביעת מאפייני השידור של מערכת, המהנדסים מתכננים את המשדר ואת המקלט הדרושים למערכת. שיקול עיקרי בתכנון של משדרים הוא ההספק החשמלי שלהם והדבר קשור לעוצמת האות שלהם. אם עוצמת האות של משדר אינה מספקת אזי לאות הנקלט במקלט יצטרפו הפרעות ורעשים, שעלולים לשבש או למנוע את קבלת המידע הרצוי.

בתוך תחום התקשורת קיים נושא תקשורת הנתונים, העוסק בהכרת ובהבנת תהליכים המאפשרים העברת נתונים בין מחשבים ואמצעים נוספים. מהנדסים בתחום זה עוסקים בתכנון רשתות מחשבים ובהערכת מדדים שונים המעידים על ביצועיהן כגון קצב נתונים, כמות משתמשים, עמידה בעומסים, ויכולת אוטומטית להתגברות על תקלות.

מיקרואלקטרוניקה

Eprom-detail.jpg
Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – מיקרואלקטרוניקה

מיקרואלקטרוניקה עוסקת בתכנון של רכיבים אלקטרוניים מזעריים לצורך שימוש במעגל משולב או לשימוש כרכיב אלקטרוני העומד בפני עצמו. רכיבים נפוצים הם טרנזיסטורים שונים העשויים ממוליך למחצה. ראוי לציין שכל הרכיבים האלקטרוניים נגדים, קבלים וסלילים יכולים להיווצר ברמת המיקרו.

רוב הרכיבים מתוכננים באמצעות שילוב של סיליקון עם יסודות כימיים נוספים כדי ליצור את האפקט האלקטרומגנטי הרצוי. זו הסיבה שמיקרואלקטרוניקה מצריכה ידע במכניקת הקוואנטים ובכימיה.

עיבוד אותות

Sony MZ-1 and a disc 20040221.jpg
Postscript-viewer-shaded.png ערך מורחב – עיבוד אותות

עיבוד אותות הוא תחום העוסק בניתוח ועיבוד של מידע המצוי באותות. אותות יכולים להיות אותות אנלוגיים או דיגיטליים. באות אנלוגי האות משתנה ברציפות בהתאם למידע, ואילו בדיגיטלי האות משתנה בהתאם לסדרה של ערכים דיסקרטיים שמייצגים את המידע. עבור אותות אנלוגיים, עיבוד אותות עשוי לערב מגבר ומסנן חשמלי או אם מדובר בתחום התקשורת אפנון של האותות. עבור אותות ספרתיים עיבוד אותות ספרתי עשוי לכלול דחיסת נתונים, גלוי שגיאה ותיקון שגיאה של אותות דגומים.

בקרה

Space Shuttle Columbia launching.jpg

הנדסת בקרה שמה דגש על מידול של מגוון רחב של מערכות דינמיות ועל תכן בקרים שיאפשר למערכות להתנהג באופן הרצוי. על מנת לממש בקרים אלו מהנדסי חשמל יכולים להשתמש במעגלים חשמליים, מעבדי DSP וכן מיקרו-בקרים. הנדסת בקרה מאפשרת ישומים רבים החל במערכות אוויוניקה, טיסה והנעה של מטוסים וכלה בבקרת שיוט הקיימת במכוניות רבות. לבקרה גם תפקיד מפתח ב אוטומציה תעשייתית. מהנדסי בקרה מיישמים פעמים רבות משוב כאשר הם מתכננים מערכות בקרה. למשל, במכונית עם בקרת שיוט המהירות של המכונית נמדדת באופן תדיר ומוזנת חזרה למערכת שמכווננת את מהירות המנוע בהתאם. היכן שיש משוב, תאוריית הבקרה יכולה לקבוע כיצד תגיב המערכת למשוב.

זרם חזק

מהנדסי חשמל בתחום הזרם החזק מתכננים את מערכות הייצור וההולכה של החשמל, החל בתחנות הכוח, דרך מערכות ההשנאה וההולכה, וכלה במתקני הצריכה הסופיים כמבנים, תאורת חוץ, רכבות חשמליות וכדומה. בישראל ובמדינות רבות אחרות נדרש רישיון על מנת לעסוק בתחום הזרם החזק והתכנון עצמו כפוף לחוקים ולתקנות.
תחום נפוץ נוסף בו עוסקים מהנדסי זרם חזק הוא ניהול תחזוקת מערכת החשמל של מתקנים מורכבים כגון נמלי תעופה, בתי חולים ובתי חרושת.

אלקטרוניקת הספק

תחום השייך לשני ענפים: זרם חזק ואלקטרוניקה. הוא עוסק בהמרת אנרגיה חשמלית באמצעות רכיבים אלקטרוניים, תוך שמירה על נצילות גבוהה. התחום מקיף מכלול רחב של יישומים, ובהם הזנת סוללות למכשור נייד, המרת מתח רשת לצורך הזנת מחשבים ותאורה (לדוגמה, המרה ממתח רשת של 220 וולט AC למתח מחשבים, 12 וולט DC), המרת אנרגיית השמש להזנת צרכני חשמל ועוד.

אלקטרואופטיקה

תת-תחום המשלב בין אלקטרוניקה ואופטיקה, ומטפל בחקר ויישום תופעות הקשורות באינטראקציה שבין אופטיקה ותורת הגלים לבין תורת החשמל והאלקטרוניקה. התחום מקיף מכלול יישומים העושים שימוש בתוכנות אלקטרואופטיות שונות לשם הפקת אנרגיה, תכנון עדשות או מערכת עדשות, חישה מרחוק, הצבת תאורה, עיבוד תמונה ונושאים נוספים. בין הרכיבים האלקטרואופטיים הנפוצים נמצאים: תאי שמש (תאים סולריים), דיודה פולטת אור (לד LED) ופוטודיודה, לייזר, גלאים בתדרים שונים (אור נראה, תת-אדום, על סגול), סיבים אופטיים ועוד. בין המערכות האלקטרואופטיות המוכרות יותר נמנים: מסכים מסוגים שונים כגון, CRT, פלזמה ו-LCD, מקרנים, מצלמות בתדרים שונים, מערכות גילוי או ניתוח מידע הכוללות עיבוד תמונה, תקשורת אופטית, מכשירי ראיית לילה ו מכונות פוטוליתוגרפיה.