آشنایی با گرایشهای برق- با تشکر از جناب رضاپور

[Forwarded from Reza Rezapour]

مهندسی برق به چهار گرایش اصلی تقسیم می شود :

الکترونیک (مدار مجتمع – افزاره های میکرو نانو الکترونیک – دیجیتال)

قدرت (سیستم های قدرت – الکترونیک قدرت و ماشین)

مخابرات (سیستم – شبکه – میدان و موج – مخابرات نوری – مخابرات امن و رمز نگاری)

کنترل

گرایش هایی فرعی (زیرگروه) :

مهندسی پزشکی (بیوالکتریک)

مکاترونیک

راه آهن برقی (ضرایب قدرت)

مدیریت انرژی (ضرایب قدرت)

مهندسی هسته ای (میان رشته ای) :

[کاربرد پرتوها (ضرایب الکترونیک) – مهندسی راکتور (ضرایب قدرت) – مهندسی پرتو پزشکی (ضرایب قدرت)]

مهندسی اتوماسیون و ابزار دقیق در صنایع نفت (میان رشته ای)

در این میان به بررسی رشته برق گرایش الکترونیک می پردازیم .

در مقطع کارشناسی ارشد این رشته به سه گرایش مدار مجتمع (به این گرایش ، آنالوگ نیز می گویند) – افزاره های میکرو نانو الکترونیک (نیمه هادی یا افزاره یا DEVICE) و دیجیتال تقسیم می شود .

گرایش نیمه هادی (افزاره های میکرو نانو الکترونیک) :

گرایش نیمه هادی در مورد طراحی قطعات و المانهای الکترونیکی از جمله سنسور ها ، قطعات حساس به نور و پرتو ها ، ترانزیستور ها و … می باشد . در واقع تمرکز اصلی روی خواص مواد و نیمه هادی ها و تولید قطعات زیربنایی می باشد .

از جمله کاربرد های جالب توجه و بسیار مهم این گرایش می توان به تکنولوژی MEMS اشاره کرد که در خصوص تولید نانو افزاره های هوشمند الکترومکانیکی است .

این ریز روبات ها به طور مثال در آینده قادر خواهند بود به خون تزریق و بدون آسیب به سلولهای سالم تنها سلول های سرطانی یا میکروب ها یا ویروس های خاص را شناسایی و منهدم کنند . به طور مثال درمان قطعی بیماری ایدز .

این روش در درمان سرطان می تواند جایگزین شیمی درمانی شود .

از دیگر موارد استفاده از MEMS می توان به تلاش برای تولید شن های مصنوعی با قابلیت تولید اکسیژن (فتوسنتز مصنوعی) اشاره کرد . این دانه های شن میکرو سیستم های نیمه هادی حساس به فشار برای تولید اکسیژن طی یک فرایند پیچیده هستند . این شنها را در محل های مخصوص مثل سواحل مصنوعی تفریحی پخش کرده و با فشار وارده به علت عبور عابران بر آن اکسیژن تولید خواهد شد . این روشی مناسب در مناطقی است که برای پرورش گیاهان آب کافی موجود نیست و یا شرایط محیطی مساعد نیست .

در کاربرد های MEMS می توان به تولید پودر هوشمند حساس به شتاب اشاره کرد . این پودر که به سرعت جایگزین سیستم های فعلی ایربک اتوموبیل ها شده با دقت و سرعتی بسیار بالاتر عمل کرده و قیمت تمام شده آن فقط کسری از سیستم های قبلیست .

در کل سیستم های MEMS که یکی از شاخه های گرایش نیمه هادیست سالانه 50 درصد رشد اقتصادی را در جهان داراست . این زمینه پژوهشی مشابهت هایی با گرایش مکاترونیک دارد .

گرایش آنالوگ :

تمرکز گرایش آنالوگ بیشتر در خصوص طراحی مدارات مجتمع (IC) می باشد . یعنی تولید مدار های مختلف از قطعات از پیش ساخته شده . در این گرایش به طور مثال با توجه به ویژگی هر عنصر به بررسی کارکرد المانهای مختلف از جمله انواع ترانزیستورها ، خازن ها ، دیودها و … در مدار مجتمع می پردازد .

فرض کنید می خواهیم عملکرد یک آی سی تقویت کننده را بهبود دهیم . می توان از قطعات دیگری در طراحی این آی سی استفاده کرد به طور مثال نوع ترانزیستور برخی قسمتهای مدار را با انواع دیگری جایگزین کرد . این انتخاب حاصل بررسی عملکرد ذاتی آن قطعه در شرایط مداریست . معمولا این اطلاعات با مطالعه دقیق منحنی های مختلف مداری آن قطعه (مثلا منحنی جریان امیتر یک ترانزیستور به ولتاژ VCE در فرکانس های مختلف) بدست می آید . ضمن اینکه می توان از نو قطعات جدیدی برای این آی سی طراحی کرد .

از نرم افزار های بسیار مهم طراحی و شبیه سازی مدار مجتمع می توان به H-SPICE و L-EDIT اشاره کرد .

این گرایش ارتباط تنگاتنگی با گرایش دیوایس (نیمه هادی) دارد .

گرایش دیجیتال :

سیستم های دیجیتال و طراحی سخت افزار به این شیوه هم در گرایش دیجیتال بررسی می شود . از جمله زبان های برنامه نویسی بسیار مهم در این گرایش زبان VHDL می باشد که برای تولید مدارهای دیجیتال در مقیاس بسیار وسیع و بسیار ریز کاربرد دارد .

به فرض اگر بخواهیم یک مدار میکروکنترلری را طراحی کنیم می توان از آی سی های آماده دیجیتالی بازار استفاده کرد و آنها را در یک برد الکترونیکی کنار هم قرار داد . ولی اگر بخواهیم مداری دیجیتالی با هزاران گیت AND  و OR  و فلیپ فلاپ و میکروکنترلر و … استفاده کنیم دیگر نمی توان از این شیوه استفاده کرد بلکه باید توسط زبان VHDL و با استفاده از ابزار های پیاده سازی مناسب مثل FPGA ها و … این تعداد سرسام آور المان را در مساحتی بسیار کوچک چند سانتی متر مربعی پیاده سازی کرد .

دقت کنید که FPGA یک ابزار پیاده سازی است مشابه میکروکنترلر ها (که شامل گیت های منطقی و حتی واحد ALU یا پردازنده هم می تواند باشد) اما VHDL یک زبان برنامه نویسی برای این ابزار مثل زبان C برای برنامه نویسی میکرو کنترلر .

از دیگر مزایای ابزار پیاده سازی FPGA سرعت بسیار بالای آن نسبت به مدارات میکروکنترلری است . یعنی در مواردی که سرعتی بسیار بالا نیاز باشد (دست کم هزار برابر سرعت کاری میکروکنترلرها) از این ابزار استفاده می شود .

دانشجویان عزیز باید به این نکته دقت کنند که در هر سه گرایش ، زبان های برنامه نویسی و نرم افزار های شبیه سازی کاربرد فراوانی دارند ولی به طور ساده دروس گرایش نیمه هادی بیشتر مشابه فیزیک حالت جامد نیمه هادی ها می باشد . بنابراین برای انتخاب این گرایش ها باید اولا به کاربرد آنها دوم به نوع دروس و مقالات بررسی شده در این گرایشها توجه شود . در نهایت بعد از اعلام نتایج اولیه آزمون ارشد با توجه به علایق و توانایی هایی خود و با درکی درست اولویت های لازم برای انتخاب گرایشهای مورد نظر لحاظ شود .

باز ممنون از جناب رضاپور. عالی بود. انشاا... به کمک شماها یه نشریه فصلنامه یا گاهنامه با کمک دوستانتون راه بیندازین. من نظرم اینه پایان نامه بچه ها قبل از دفاع به فرم یه مقاله دربیاد و توی نشریه تون چاپ بشه. امیدوارم به لطف چند تا از بچه های مسئولیت پذیرمون اوکی شده. منم از یه ماه قبل شدم به عضویت کمیته نظارت بر نشریات دانشجویی منصوب شدم و می تونم کمک بیشتری برای مجوز و نشرتون کنم. منتظر پیشنهادات دانشجوهای فهیم و تلاشگرمون هستیم.