اشنایی با رشته مهندسی برق

هدف:
يكي از بهترين تعريف هايي كه از مهندسي برق شده است، اين است كه محور اصلي فعاليت هاي مهندسي برق، تبديل يك سيگنال به سيگنال ديگر است. كه البته اين سيگنال ممكن است شكل موج ولتاژ يا شكل موج جريان و يا تركيب ديجيتالي يك بخش از اطلاعات باشد.
مهندسي برق داراي ۴ گرايش است كه در زير بطور اجمالي به بررسي آنها مي پردازيم و در قسمت معرفي گرايشها به تفصيل در مورد هر كدام صحبت خواهم كرد.

۱) مهندسي برق- الكترونيك: الكترونيك علمي است كه به بررسي حركت الكترون در دوره گاز، خلاء و يا نيمه رسانا و اثرات و كاربردهاي آن مي پردازد. با توجه به اين تعريف، مهندس الكترونيك در زمينه ساخت قطعات الكترونيك و كاربرد آن در مدارها، فعاليت مي كند. به عبارت ديگر، زمينه فعاليت مهندسي الكترونيك را مي توان به دو شاخه اصلي “ساخت قطعه و كاربرد مداري قطعه” و “طراحي مدار” تقسيم كرد.

۲) مهندسي برق- مخابرات: مخابرات، گرايشي از مهندسي برق است كه در حوزه ارسال و دريافت اطلاعات فعاليت مي كند. مهندسي مخابرات با ارائه نظريه ها و مباني لازم جهت ايجاد ارتباط بين دو يا چند كاربر، انجام عملي فرايندها را به طور بهينه ممكن مي سازد. پس هدف از مهندسي مخابرات، پرورش متخصصان در چهار زمينه اصلي اين گرايش است شامل فرستنده، مرحله مياني، گيرنده و گسترش شبكه كه گسترده هر كدام عبارتند از:
فرستنده: شامل آنتن، نحوه ارسال و …
مرحله مياني: شامل خط انتقال و محاسبات مربوط و …
گيرنده: شامل آنتن، نحوه دريافت، تشخيص و …

گسترش شبكه: مشتمل بر تعميم خط ارتباطي ساده، ادوات سويچينگ ، ارتباط بين مجموعه كاربرها و …
۳) مهندسي برق- قدرت: مهندسي قدرت را مي توان “توليد نيروي الكتريكي” به روشهاي گوناگون و انتقال و توزيع اين نيروها با بازده و قابليت اطمينان بالا، تعريف كرد. پس هدف از مهندسي قدرت، پرورش افرادي كارا در بخشهاي توليد، انتقال و توزيع است كه گستره اين بخش عبارت است از:
توليد: طراحي شبكه هاي توليد با كمترين هزينه و بيشترين بازده.
انتقال: طراحي شبكه هاي انتقال، خطوط انتقال، پخش بار بر روي شبكه، قابليت اطمينان و پايداري شبكه قدرت، طراحي رله ها و حفاظت شبكه، پخش

بار اقتصادي(dispaich economic).

توزيع: طراحي شبكه هاي توزيع حفاظت و مديريت آن.
۴) مهندسي برق- كنترل: كنترل، در پيشرفت علم نقش ارزنده اي را ايفا مي كند و علاوه بر نقش كليدي در فضاپيماها و هدايت موشكها و هواپيما، به صورت بخش اصلي و مهمي از فرايندهاي صنعتي و توليدي نيز درآمده است. به كمك اين علم مي توان به عملكرد بهينه سيستمهاي پويا، بهبود كيفيت و ارزانتر شدن فرآورده ها، گسترش ميزان توليد، ماشيني كردن بسياري از عمليات تكراري و خسته كننده دستي و نظاير آن دست يافت. هدف سيستم كنترل عبارت است از كنترل خروجيها به روش معين به كمك وروديها از طريق اجزاي سيستم كنترل كه مي تواند شامل اجزاي الكتريكي، مكانيك و شيميايي به تناسب نوع سيستم كنترل باشد.

ماهيت:
انرژي اگر بنيادي ترين ركن اقتصاد نباشد، يكي از اركان اصلي آن به شمار مي آيد و در اين ميان برق به عنوان عالي ترين نوع انرژي جايگاه ويژه اي دارد. تا جايي كه در دنياي امروز ميزان توليد و مصرف اين انرژي در شاخه توليد، شاخص رشد اقتصادي جوامع و در شاخه خانگي و عمومي يكي از معيارهاي سنجش رفاه محسوب مي شود.
دانش آموختگان اين رشته مي توانند در زمينه هاي طراحي، ساخت، بهره برداري، نظارت، نگهداري، مديريت و هدايت عمليات سيستم ها عمل نمايند.

گرايش هاي مقطع ليسانس:

رشته مهندسي برق در مقطع كارشناسي داراي ۴ گرايش الكترونيك، مخابرات، كنترل و قدرت(۱) است. البته گرايش هاي فوق در مقطع ليسانس تفاوت چنداني با يكديگر ندارند و هر گرايش با گرايش ديگر تنها در ۳۰ واحد يا كمتر متفاوت است. و حتي تعدادي از فارغ التحصيلان مهندسي برق در بازار كار جذب گرايشهاي ديگر اين رشته مي شوند. با اين وجود ما براي آشنايي هر چه بيشتر شما گرايشهاي فوق را به اجمال معرفي مي كنيم.

گرايش الكترونيك
دكتر كمره اي استاد مهندسي برق دانشگاه تهران در معرفي اين گرايش مي گويد:
“گرايش الكترونيك به دو زير بخش عمده تقسيم مي شود. بخش اول ميكروالكترونيك است كه شامل علم مواد، فيزيك الكترونيك، طراحي و ساخت قطعات از ساده ترين آنها تا پيچيده ترين آنها است و بخش دوم نيز مدار و سيستم ناميده مي شود و هدف آن طراحي و ساخت سيستم ها و تجهيزات الكترونيكي با استفاده از قطعات ساخته شده توسط متخصصان ميكروالكترونيك است.

دكتر جبه دار نيز در معرفي اين گرايش مي گويد:
“گرايش الكترونيك يكي از گرايشهاي جالب مهندسي برق است كه محور اصلي آن آشنايي با قطعات نيمه هادي، توصيف فيزيكي اين قطعات، عملكرد آنها و در نهايت استفاده از اين قطعات، براي طراحي و ساخت مدارها و دستگاههاي است كه كاربردهاي فني و روزمره زيادي دارند.”

گرايش مخابرات
هدف از مخابرات ارسال و انتقال اطلاعات از نقطه اي به نقطه ديگر است كه اين اطلاعات مي تواند صوت، تصوير يا داده هاي كامپيوتري باشد.
دكتر جبه دار در مورد شاخه هاي مختلف اين گرايش مي گويد:
“مخابرات از دو گرايش ميدان و سيستم تشكيل مي شود. كه در گرايش ميدان، دانشجويان با مفاهيم ميدان هاي مغناطيسي، امواج، ماكروويو، آنتن و … آشنا مي شوند تا بتوانند مناسبترين وسيله را براي انتقال موجي از نقطه اي به نقطه ديگر پيدا كنند.

همچنين يكي از فعاليت هاي عمده مهندسي مخابرات گرايش سيستم، طراحي فليترهاي مختلفي است كه مي توانند امواج مزاحم شامل صوت يا پارازيت را از امواج اصلي تشخيص و آنها را حذف كرده و تنها امواج اصلي را از آنتن دريافت كنند.
گفتني است كه امروزه با توسعه مخابرات بي سيم، ارتباط نزديكتري بين دو گرايش ميدان و سيستم ايجاد شده است. براي نمونه در گوشي تلفن همراه ما هم تجهيزات مربوط به مدارهاي مخابراتي و هم تجهيزات مربوط به فرستنده و هم آنتن گيرنده را داريم. از همين رو يك مهندس مخابرات امروزه بايد از هر دو گرايش بخوبي اطلاع داشته باشد تا بتواند يك دستگاه بي سيم را طراحي كند.”

استفاده قرار نمي گيرد. بلكه در شاخه هاي ديگري از علوم مهندسي و حتي علوم انساني كاربرد دارد. به عنوان نمونه كنترل فرآيند تصفيه نفت در يك پالايشگاه، كنترل عملكرد يك نيروگاه برق، سيستم كنترل ناوبري يك كشتي و يا كنترل تحولات و تغييرات جمعيتي نمونه هاي متنوعي از كاربرد علم كنترل مي باشد.
گفتني است كه گرايش كنترل داراي زير بخش هاي متنوعي مانند كنترل خطي، غيرخطي، مقاوم، تطبيقي، ديجيتالي، فازي و غيره است.”
دكتر جبه دار نيز با اشاره به اينكه گرايش كنترل منحصر به مهندسي برق نمي شود، مي گويد:
“در رشته هاي مهندسي مكانيك، مهندسي شيمي، مهندسي هوافضا، مهندسي سازه و مهندسي هاي ديگر نيز ما شاهد علم كنترل هستيم اما نوع سيستم كنترلي در هر رشته مهندسي متفاوت است. براي مثال در مهندسي مكانيك نوع كنترل، مكانيكي و در مهندسي شيمي براساس فرآيندهاي شيميايي است. اما در كل هدف مهندسي كنترل، طراحي سيستمي است كه بتواند عملكرد يك دستگاه را در حد مطلوب حفظ كند.

دكتر جبه دار در ادامه درباره فعاليت هاي ديگر مهندسي كنترل مي گويد:
“خودكار كردن يا اتوماتيك كردن خط توليد، يكي ديگر از فعاليت هاي مهندسي كنترل است. يعني مهندس كنترل مي تواند به گونه اي خط توليد را هماهنگ و كنترل كند كه محصول توليد شده طبق برنامه تعيين شده و با بهترين كيفيت به دست آيد.”
گرايش قدرت
دكتر جبه دار در معرفي اين گرايش مي گويد:
“هدف اصلي مهندسين اين گرايش، توليد برق در نيروگاهها، انتقال برق از طريق خطوط انتقال و توزيع آن در شبكه هاي شهري و در نهايت توزيع آن براي مصارف خانگي و كارخانجات است. بنابراين يك مهندس قدرت بايد به روشهاي مختلف توليد برق، خطوط انتقال نيرو و سيستم هاي توزيع آشنا باشد.”

دكتر كمره اي نيز در معرفي اين گرايش مي گويد:
“گرايش قدرت به آموزش و پژوهش در زمينه طراحي و ساخت سيستم هاي مورد استفاده در توليد، توزيع، مصرف و حفاظت از برق مي پردازد.

به عبارت ديگر دانشجويان اين رشته در شاخه توليد با انواع نيروگاههاي آبي، گازي، سيكل تركيبي و … آشنا مي شوند. و در بخش انتقال و توزيع، روشهاي مختلف انتقال برق اعم از كابلهاي هوايي و زيرزميني را مطالعه مي كنند و در شاخه حفاظت نيز انواع وسايل و تجهيزات حفاظتي كه در مراحل مختلف توليد، توزيع، انتقال و مصرف انرژي، انسانها و تاسيسات را در برابر حوادث مختلف محافظت مي كنند، مورد بررسي قرار مي دهند كه از آن ميان مي توان به انواع رله ها، فيوزها، كليدها و در نهايت سيستم هاي كنترل اشاره كرد.

يكي ديگر از شاخه هاي قدرت نيز ماشين هاي الكتريكي است كه شامل ژنراتورها، ترانسفورماتورها و موتورهاي الكتريكي مي شود كه اين شاخه از زمينه هاي مهم صنعتي و پژوهشي گرايش قدرت است.”
آينده شغلي، بازار كار، درآمد:
“امروزه با توسعه صنايع كوچك و بزرگ در كشور، فرصت هاي شغلي زيادي براي مهندسين برق فراهم شده است و اگر مي بينيم كه با اين وجود بعضي از فارغ التحصيلان اين رشته بيكار هستند، به دليل اين است كه اين افراد يا فقط در تهران دنبال كار مي گردند و يا در دوران تحصيل به جاي يادگيري عميق دروس و در نتيجه كسب توانايي هاي لازم، تنها واحدهاي درسي خود را گذرانده اند.
همچنين يك مهندس خوب بايد، كارآفرين باشد يعني به دنبال استخدام در موسسه يا وزارتخانه اي نباشد بلكه به ياري آگاهي هاي خود، نيازهاي فني و صنعتي كشور را يافته و با طراحي سيستم ها و مدارهاي خاصي اين نيازها را برطرف سازد. كاري كه بعضي از فارغ التحصيلان ما انجام داده و خوشبختانه موفق نيز بوده اند.”

دكتر كمره اي نيز در اين زمينه مي گويد:
“اگر يك فارغ التحصيل برق داراي توانايي هاي لازم باشد، با مشكل بيكاري روبرو نخواهد شد. در حقيقت امروزه مشكل اصلي اين است كه بيشتر فارغ التحصيلان توانمند و با استعداد اين رشته به خارج از كشور مهاجرت مي كنند و ما اكنون با كمبود نيروهاي كارآمد در اين رشته روبرو هستيم.”
يكي از اساتيد مهندسي برق دانشگاه علم و صنعت ايران نيز در مورد فرصت هاي شغلي فارغ التحصيلان اين رشته مي گويد:
“طبق نظر كارشناسان و متخصصان انرژي در كشور، با توجه به نياز فزاينده به انرژي در جهان كنوني و همچنين نرخ رشد انرژي الكتريكي در كشور، سالانه بايد حدود ۱۵۰۰ مگاوات به ظرفيت توليد كشور افزوده شود كه اين نياز به احداث نيروگاههاي جديد و همچنين فارغ التحصيلان متخصص برق و قدرت دارد.

فرصت هاي شغلي يك مهندس كنترل نيز بسيار گسترده است چون در هر جا كه يك مجموعه عظيمي از صنعت مهندسي مثل كارخانه سيمان، خودروسازي، ذوب آهن و … وجود داشته باشد، حضور يك مهندسي كنترل ضروري است.
و بالاخره يك مهندس مخابرات يا الكترونيك مي تواند جذب وزارتخانه هاي پست و تلگراف و تلفن، صنايع، دفاع و سازمانهاي مختلف خصوصي و دولتي شود.”

توانايي هاي مورد نياز و قابل توصيه

الف) توانايي علمي: “مهندسي برق نيز مانند مابقي رشته هاي مهندسي بر مفاهيم فيزيكي و اصول رياضيات استوار است و هر چه دانشجويان بهتر اين مفاهيم را درك كنند، مي توانند مهندس بهتري باشند. در اين ميان گرايش الكترونيك وابستگي شديدي به فيزيك بخصوص فيزيك الكترونيك و فيزيك نيمه هادي ها دارد. در گرايش مخابرات نيز درس فيزيك اهميت بسياري دارد زيرا دروس اصلي اين رشته بخصوص در شاخه ميدان شامل الكترومغناطيس و امواج مي شود.”

داشتن ضريب هوشي بالا و تسلط كافي بر رياضيات، فيزيك و زبان خارجي از ضرورتهاي ورود به اين رشته است.
ب) علاقمنديها: دانشجوي برق بايد ذهني خلاق و تحليل گر داشته باشد. همچنين به كار با وسايل برقي علاقه داشته باشد چون گاهي اوقات با دانشجوياني روبرو مي شويم كه در رياضي و فيزيك قوي هستند اما در كارهاي عملي ضعيف اند. چنين دانشجوياني براي رشته هاي مهندسي مناسب نيستند و بهتر است رشته هاي ذهني و انتزاعي مثل رياضي يا فيزيك را انتخاب كنند.

وضعيت ادامه تحصيل در مقاطع بالاتر: (كارشناسي ارشد و …)

فارغ التحصيل در مقطع كارشناسي برق كه مدرك خود را در يكي از چهار گرايش الكترونيك، مخابرات، قدرت و كنترل مي گيرد، مي تواند در يكي از اين گرايشها (اختياري) يا رشته اي كه برق زير مجموعه اي براي آن تعريف شده، ادامه تحصيل نمايد. اين رشته به صورت: مهندسي برق- الكترونيك، برق- قدرت، برق- مخابرات (شامل گرايش هاي: ميدان، سيستم، موج، رمز، مايكرونوري) برق- كنترل، مهندسي پزشكي (گرايش بيوالكتريك)، مهندسي هسته اي (دو گرايش مهندسي راكتور و مهندسي پرتو پزشكي، مهندسي كامپيوتر (معماري كامپيوتر، هوش مصنوعي و رباتيك) است.

براي تحصيل در مقطع دكتراي تخصصي، مي توان، در هر يك از زيرشاخه هاي تخصصي‌تر گرايشهاي ياد شده ميزان مورد نياز واحدها را اخذ كرد و رساله دكتري را در همان موضوع خاص ارائه داد. مسلم است اين زير شاخه ها، گرايشهاي تخصصي تر اين چهار گرايش است. امكان ادامه تحصيل در كليه گرايشهاي ياد شده در مقطعهاي كارشناسي ارشد و تا حد زيادي در دوره دكتري، در داخل كشور وجود خواهد داشت. رشته برق به دليل كاربردي بودن آن در بسياري از علوم مهندسي ديگر، براي فارغ التحصيلان امكان تحصيل در بسياري گرايشها و دانشها را فراهم مي كند.

درسهاي تخصصي مهندسي برق – الكترونيك
از درسهاي پايه و اصلي موثر در مهندسي الكترونيك مي توان به درسهاي مدارهاي الكتريكي، الكترونيك ۲ و ۱، مدارهاي منطقي و مخابرات اشاره كرد. بعضي از درسهاي تخصصي اين گرايش عبارتند از:
الكترونيك ۳: مبحث اول اين درس مربوط به پاسخ فركانسي است كه به طور اجمال عوامل مربوط به كاهش بهره در فركانسهاي بالا و پايين (در واقع بالاتر و پايين تر از پهناي باند مياني) و روشهاي به دست آوردن فركانسهاي قطع بالا و پايين را در تقويت كننده هاي ترانزيستوري مورد بررسي قرار مي دهد. در مبحث دوم پايداري تقويت كننده هاي فيدبك مورد توجه قرار مي گيرد.

تكنيك پالس: در درسهاي مدار و الكترونيك، دانشجويان با سيگنالهاي سينوسي و پاسخ مدارهاي خطي و يا غيرخطي به آنها آشنا مي شوند، امروزه و با توجه به رشد روزافزون فن آوري ديجيتال، كمتر مدار الكترونيكي يافت مي شود كه در آن فقط سيگنالهاي سينوسي به كار رفته باشد. پالس در حالت كلي به سيگنالهايي گفته مي شود كه تغييرات جهش داشته باشند. از مهمترين اين سيگنالها كه در درس تكنيك پالس هم مورد بررسي قرار مي گيرد، سيگنالهاي پله، مربعي، مورب و نمايي هستند.

ميكروپروسسور: پس از پيدايش الكترونيك ديجيتال و جنبه هاي جذاب و ساده طراحيهاي ديجيتال و كاربردهاي فراوان اين نوآوري، با تكنولوژيهاي SSI , MSI ، ادوات الكترونيك ديجيتال، مانند قطعات منطقي به بازار ارائه شد. شركت تگزاس اولين ميكروپروسسور ۴ بيتي را با فن آوري ۲SI طراحي و عرضه نمود كه بعنوان بخش اصلي ماشين حساب مورد استفاده قرار گرفت و اين گام اول در پيدايش و ظهور ميكروپروسسورها بود.