در این راهنمای جامع، ضمن بیان مبانی و اصول پایه در حوزه‌های مدارهای الکترونیکی، ماشین‌های الکتریکی، سیستم‌های قدرت و شبکه‌های انتقال، آخرین دستاوردها و تکنولوژی‌های نوین نیز مورد بررسی قرار می‌گیرد. مسلما شما می‌توانید با افزایش آگاهی خود در این زمینه، فرصت‌های مختلف را به خوبی تصاحب کنید.
تاریخچه و پیشرفت الکترونیک در جهان
الکترونیک ریشه در کشف الکتریسیته و آغاز استفاده از لامپ‌های خلاء در اوایل قرن بیستم دارد. اختراع ترانزیستور در سال ۱۹۴۷ توسط ویلیام شاکلی، والتر برتن و ویلیام بردسال به عنوان نقطه عطفی در پیشرفت سریع الکترونیک به حساب می‌آید. پس از آن، اختراع مدار مجتمع در دهه ۱۹۶۰ باعث کوچک‌سازی و ارزان‌تر شدن دستگاه‌های الکترونیکی از جمله رایانه‌ها شد. در دهه‌های ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ پیشرفت‌های چشمگیری در زمینه میکروپردازنده‌ها، حافظه‌های رایانه‌ای و نرم‌افزارها اتفاق افتاد که منجر به پیدایش رایانه‌های شخصی و ارتباطات دیجیتال شد.امروزه الکترونیک در بخش‌های مختلفی همچون مخابرات، پزشکی، خودروسازی، هوانوردی و سایر صنایع به کار گرفته می‌شود. تکنولوژی‌های نوینی مانند اینترنت اشیاء، هوش مصنوعی، یادگیری ماشینی، رایانش ابری و رایانش کوانتومی در حال تغییر دادن الکترونیک و صنعت برق هستند و انتظار می‌رود الکترونیک در آینده نیز همچنان در حال پیشرفت و توسعه باشد. نکته مهم این است که حتی در آموزش برق ساختمان هم الکترونیک بسیار پراهمیت است. از همین رو بهتر است که شما هم به یک متخصص الکترونیک تبدیل شوید.
اصول اولیه مدارهای الکترونیکی
مدارهای الکترونیکی از اجزای اصلی مانند مقاومت‌ها، خازن‌ها، سلف‌ها، دیودها و ترانزیستورها تشکیل می‌شوند که بر اساس اصول الکتریسیته و مغناطیس عمل می‌کنند. قانون اهم که رابطه بین جریان، ولتاژ و مقاومت را تعیین می‌کند، قانون کیرشهف که ولتاژ در حلقه‌های مدار را محاسبه می‌کند و قوانین مربوط به خازن‌ها از جمله اصول مهم در مدارهای الکترونیک هستند.مفاهیمی مانند اتصال اجزا به صورت سری و موازی، انتقال سیگنال‌های آنالوگ و دیجیتال، منابع تغذیه و تقویت سیگنال‌ها نیز جزء اصول اولیه مورد نیاز برای طراحی و تحلیل مدارهای الکترونیک به شمار می‌روند.
انواع خاصی از مدارات الکترونیکی مانند مدارات آنالوگ و دیجیتال، مدارات تقویت‌کننده، نوسان‌ساز، منطقی، الکترونیک قدرت و کنترل نیز بر مبنای همین اصول و قوانین اولیه طراحی و به کار گرفته می‌شوند. مدارهای یکپایه ترانزیستوری، تثبیت‌کننده‌های ولتاژ، فیلترهای فعال، مدارهای ترکیبی و حافظه‌ها نمونه‌هایی از انواع مدارهای الکترونیکی رایج هستند. ذکر این نکته ضروری است که در آموزش برق صنعتی هم توجه ویژه‌ای به مدارهای الکتریکی خواهد شد.
اجزای اصلی مدارهای الکترونیکی
اجزای الکترونیکی نقش بسیار مهمی در عملکرد مدارهای الکترونیکی دارند. بدون وجود اجزاء مناسب، مدارات الکترونیکی قادر به انجام وظایف مورد نظر طراح نخواهند بود. اجزاء الکترونیکی وظایفی مانند هدایت جریان، محدود کردن جریان، تولید ولتاژ، تقویت سیگنال، تبدیل آنالوگ به دیجیتال، منطق و کنترل، ذخیره اطلاعات و بسیاری کارکردهای دیگر را در مدارها برعهده دارند.با ترکیب اجزای مختلف می‌توان مدارهای پیچیده‌ای ساخت که کاربردهای فراوانی در زمینه‌های متنوع الکترونیک و برق داشته باشند. بر همین اساس مهم‌ترین اجزای مدارهای الکترونیکی را معرفی می‌کنیم.
مقاومت‌ها
خازن‌ها
سلف‌ها
دیودها
ترانزیستورها
تراشه‌ها و مدارات مجتمع
سیم‌پیچ‌ها
کلیدها و رله‌ها
ترانسفورماتورها
ال‌ای‌دی‌ها و نمایشگرها
بلندگوها و میکروفون‌ها
باتری‌ها و منابع تغذیه
طراحی مدارهای الکترونیک آنالوگ و دیجیتال
طراحی مدارهای آنالوگ بر پایه استفاده از سیگنال‌های مداوم و متغیر با زمان استوار است. در این مدارها از اجزایی نظیر مقاومت‌ها، خازن‌ها، سلف‌ها و ترانزیستورها به منظور پردازش و تقویت سیگنال‌های آنالوگ استفاده می‌شود.طراح با در نظر گرفتن ویژگی‌های سیگنال ورودی و خروجی مورد نیاز، اجزا را به گونه‌ای به هم متصل می‌کند تا عملکرد دلخواه حاصل شود. از تکنیک‌هایی مانند فیدبک منفی، ترکیب فیلترها و تقویت‌کننده‌های عملیاتی نیز برای طراحی مدارها استفاده می‌شود.
در مدارهای دیجیتال از سیگنال‌های گسسته و منطقی استفاده می‌شود. این مدارها بر پایه ترکیب گیت‌های منطقی NOT، AND، OR، NAND، NOR و غیره طراحی می‌گردند تا عملکردهای خاصی چون مقایسه، جمع، ضرب و ذخیره‌سازی اطلاعات را محقق سازند. زبان‌های توصیف سخت‌افزار مانند VHDL و Verilog برای مدل‌سازی و شبیه‌سازی مدارهای دیجیتال پیچیده به کار می‌روند. همچنین از تراشه‌ها و مدارهای مجتمع برای پیاده‌سازی مدارهای دیجیتال استفاده می‌شود.
تکنولوژی‌های نوین در الکترونیک
الکترونیک در دهه‌های اخیر شاهد پیشرفت‌های شگرفی در زمینه مواد، اجزا و روش‌های طراحی بوده است. ظهور نانوالکترونیک منجر به تولید اجزایی با اندازه‌های نانومتری و ویژگی‌های بهبود یافته شده است. همچنین مدارهای الکترونیک آلی بر پایه مولکول‌ها و پلیمرها در حال توسعه هستند. از سوی دیگر، فناوری‌های نوینی چون ابررسانایی، اتمام تک‌الکترونی و محاسبات کوانتومی برای عملکردهایی مانند محاسبات سریع‌تر به کار گرفته می‌شوند.همچنین الکترونیک قدرت با کاربرد موادی مثل SiC و GaN در حال تحول است و امکان طراحی مبدل‌ها و منابع تغذیه‌ی کوچک‌تر، سبک‌تر و با بازدهی بالاتر را فراهم می‌کند. در زمینه‌ی طراحی نیز استفاده از ابزارهایی مثل شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای، طراحی با کمک رایانه و ساخت دیجیتال منجر به تسریع فرایند تولید و بهینه‌سازی محصولات الکترونیکی شده‌است. در نتیجه شما هم می‌توانید با پیگیری آموزش برق و الکترونیک، بهترین آینده را برای خود خلق کنید.
حسگرها و عملگرها در الکترونیک
حسگرها دستگاه‌هایی الکترونیکی هستند که یک کمیت فیزیکی مانند دما، فشار، شتاب، نور و غیره را اندازه‌گیری می‌کنند و آن را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌نمایند. انواع مختلف حسگرها، از حسگرهای دما و فشار و فلو و شتاب تا حسگرهای الکتروشیمیایی و حسگرهای تصویربرداری و غیره، بر اساس اصول فیزیکی متفاوتی کار می‌کنند و در صنایع مختلف به کار گرفته می‌شوند. عملگرها هم دستگاه‌های الکترونیکی هستند که یک سیگنال الکتریکی را دریافت کرده و آن را به یک عمل مکانیکی تبدیل می‌کنند.انواعی چون موتورهای الکتریکی، عملگرهای پنوماتیکی، شیرهای الکترومغناطیسی و عملگرهای حرارتی نمونه‌هایی از عملگرهای رایج در سیستم‌های الکترونیکی و کنترلی هستند. حسگرها و عملگرها نقش کلیدی در اتوماسیون و کنترل فرایندهای صنعتی، خانگی و تجاری دارند.
آنها امکان اندازه‌گیری متغیرهای فیزیکی محیط و همچنین الکترومکانیکی کردن سیستم‌ها را فراهم می‌کنند. به عنوان مثال، در یک سیستم هوشمند ساختمان، حسگرهای دما، رطوبت و حضور، شرایط محیطی را اندازه گرفته و عملگرهایی مانند شیرهای برقی، موتورها و سیستم‌های گرمایش و سرمایش براساس داده‌های حسگرها کنترل می‌شوند.
