تفاوت الکتریک و الکترونیک | توضیح ساده و کاربردی

در این مطلب از سیسوگ، با زبانی ساده تفاوت الکتریک و الکترونیک را بیان خواهیم کرد. بدین منظور، ابتدا با تفاوت قطعات الکتریکی و الکترونیکی آشنا خواهیم شد، سپس درباره تفاوت‌های بین مدارها و سیستم‌های آن‌ها بحث می‌کنیم. در نهایت، به شرح تفاوت‌های مهندسی الکتریک (برق یا قدرت) و مهندسی الکترونیک خواهیم پرداخت.

تفاوت قطعات الکتریکی و الکترونیکی 

قطعاتی که جریان را به اشکال دیگر انرژی تبدیل می‌کنند، قطعات الکتریکی نامیده می‌شوند و برای هدایت جریان از فلز استفاده می‌کنند. قطعات الکتریکی عمدتاً با جریان متناوب بالا کار می‌کنند و مصرف برق آن‌ها نیز بسیار بالاست. قطعات الکتریکی خطرناک‌تر و کمتر قابل‌اعتماد هستند، زیرا می‌توانند موجب شوک‌های الکتریکی خطرناک شوند. اندازه قطعات الکتریکی بسیار بزرگ است و ازاین‌رو به فضای بیشتری نیاز دارند.

برای مثال فن یک قطعه یا دستگاه الکتریکی است که جریان الکتریکی را به حرکات دورانی تبدیل می‌کند. همچنین، لامپ جریان را به نور تبدیل می‌کند و بخاری جریان را به گرما و غیره.

قطعاتی که جریان الکترون‌ها را برای انجام وظیفه‌ای خاص کنترل می‌کنند، به‌عنوان قطعات الکترونیکی شناخته می‌شوند. واژه الکترونیک به معنای مطالعه رفتار الکترون‌ها تحت‌تأثیر میدان الکتریکی است. قطعات الکترونیکی عمدتاً به دو نوع طبقه‌بندی می‌شوند: اکتیو و پسیو. به زبان ساده، قطعه‌ای که انرژی را تحویل می‌دهد به‌عنوان قطعه اکتیو یا فعال و قطعه‌ای که انرژی دریافت می‌کند به‌عنوان قطعه پسیو یا غیرفعال شناخته می‌شود. مقاومت، خازن و سلف قطعات اکتیو هستند و نیمه‌هادی‌هایی مانند دیود و ترانزیستور قطعات پسیو اصلی را تشکیل می‌دهند.

تصویر ۱: قطعات الکتریکی و الکترونیکی

مقاومت با عبور جریان مخالفت می‌کند و خازن انرژی الکتریکی را ذخیره می‌کند. سلف اندوکتانس تولید می‌کند. نیمه‌هادی‌ها قطعاتی هستند که برای حرکت الکترون‌ها از آن‌ها استفاده می‌شود. هنگامی که میدان الکتریکی در نیمه‌هادی اعمال شود، الکترون‌ها انرژی و شتاب می‌گیرند. به‌عنوان‌مثال، ترانزیستور یک قطعه الکترونیکی است که برای تقویت سیگنال ضعیف استفاده می‌شود و فتودیود انرژی نور را به انرژی الکتریکی و غیره تبدیل می‌کند.

تفاوت عمده بین قطعات الکتریکی و الکترونیکی این است که قطعات الکتریکی انرژی الکتریکی را به شکل دیگری از انرژی مانند گرما، نور، صدا و غیره تبدیل می‌کنند درحالی‌که قطعات الکترونیکی جریان الکترون‌ها را برای انجام وظیفه خاص کنترل می‌کنند. سایر تفاوت‌های بین قطعات الکتریکی و الکتریکی را در ادامه بیان می‌کنیم.

الکتریسیته یا به تعبیری الکتریک و الکترون‌ها هر دو با یکدیگر مرتبط هستند. الکتریسیته جریان الکترون‌ها است و الکترونیک تکنیک کنترل جریان الکترون‌ها برای انجام کاری خاص است. اصل کار هر دوی این‌ها یکسان است، یعنی از انرژی الکتریکی برای انجام کار استفاده می‌شود.

مدار الکتریکی و مدار الکترونیکی 

در این بخش، با تفاوت مدار الکتریکی و مدار الکترونیکی آشنا می‌شویم. 

مدارهای الکتریکی می‌توانند به‌سادگی یک باتری متصل به یک لامپ باشند. باتری یک ولتاژ یا “فشار الکتریکی” را فراهم می‌کند که الکترون‌ها را مجبور می‌کند از لامپ عبور کنند و نور تولید کنند. قطعات الکتریکی مهم در اینجا منبع تغذیه (باتری)، بار (لامپ) و مسیر رسانایی است که آن‌ها را به هم متصل می‌کند. در اینجا، تمرکز عمدتاً بر انتقال کارآمد و استفاده از نیروی الکتریکی است. در شکل زیر یک سیستم الکتریکی نشان‌داده‌شده که از بخش‌های مختلف تولید تا توزیع تشکیل شده است. 

تصویر ۲: مدار الکتریکی 

مدارهای الکترونیکی شامل قطعاتی مانند دیودها، ترانزیستورها، خازن‌ها و مدارهای مجتمع (IC) هستند. این مدارها درحالی‌که منبع تغذیه، مسیر رسانا و بار دارند، برای کنترل و کار با جریان و ولتاژ برای انجام وظایف پیچیده‌تر طراحی شده‌اند. از این وظایف می‌توان به تقویت سیگنال‌ها، پردازش داده‌ها یا نوسان در فرکانس‌های خاص اشاره کرد.

تصویر زیر یک مدار الکترونیکی را نشان می‌دهد که در آن قطعات مختلف به‌کاررفته است. 

تصویر ۳: مدار الکترونیکی 

تفاوت های عملکردی این دو مدار چیست؟

شباهت اصلی بین مدارهای الکتریکی و الکترونیکی اصل عبور جریان است، یعنی حرکت الکترون‌ها از نقطه‌ای با پتانسیل بالا به نقطه‌ای با پتانسیل پایین. بااین‌حال، مدارهای الکتریکی و الکترونیکی تفاوت‌های قابل‌توجهی نیز دارند که عبارت‌اند از: 

• مدیریت توان: مدارهای الکتریکی معمولاً توان و ولتاژ بالاتری را در مقایسه با مدارهای الکترونیکی کنترل می‌کنند. مدارهای الکتریکی با توان‌های محدوده کیلووات و بالاتر سروکار دارند. در مقابل، مدارهای الکترونیکی با توان‌هایی در حدود میلی‌وات دارند و با ولتاژ پایین کار می‌کنند و تمرکز آن‌‌ها بر پردازش و کنترل سیگنال است.
• قطعات: مدارهای الکتریکی در درجه اول شامل قطعات پسیو مانند مقاومت‌ها، سلف‌ها و خازن‌ها هستند که جریان را کنترل نمی‌کنند. بااین‌حال، مدارهای الکترونیکی علاوه بر قطعات پسیو دارای قطعاتی اکتیوی مانند ترانزیستورها و دیودها هستند که می‌توانند جریان را بسته به ورودی کنترل کنند.
• عملکرد: مدارهای الکتریکی به‌طورکلی عملکرد ساده‌ای دارند: انتقال و استفاده مؤثر از توان الکتریکی. در مقابل، مدارهای الکترونیکی وظایف مختلفی مانند تقویت، نوسان، مدولاسیون و پردازش سیگنال را انجام می‌دهند. به‌عنوان‌مثال، یک مدار تقویت‌کننده سیگنال ورودی را تقویت می‌کند یا یک نوسان‌ساز سیگنالی با فرکانس خاص تولید می‌کند.
• پیچیدگی: به‌طورکلی، مدارهای الکترونیکی به دلیل عملکردهای متنوعی که می‌توانند انجام دهند و اجزای پیشرفته‌ای که دارند، پیچیده‌تر از مدارهای الکتریکی هستند.
• عبور جریان: در مدارهای الکتریکی، جریان می‌تواند در هر دو جهت عبور کند که به‌عنوان جریان متناوب (AC) شناخته می‌شود. اما در بسیاری از مدارهای الکترونیکی، جریان فقط در یک‌جهت گذر می‌کند که به آن جریان مستقیم (DC) می‌گویند. بااین‌حال، برخی از مدارهای الکترونیکی با AC نیز می‌توانند کار کنند.
• تجزیه‌وتحلیل: تجزیه‌وتحلیل مدار الکتریکی شامل مقادیر حقیقی است، زیرا در درجه اول با مقادیر ولتاژ و جریان سروکار دارد (البته در تحلیل مدارهای الکتریکی اعداد مختلط نیز در مواردی به کار می‌رود). از سوی دیگر، تجزیه‌وتحلیل مدارهای الکترونیکی ممکن است شامل اعداد مختلط باشد، زیرا روابط فاز بین ولتاژ و جریان را در نظر گرفته می‌شود.
• طراحی: در طراحی مدارهای الکتریکی، با تمرکز بر اندازه مناسب قطعات برای کنترل ولتاژ و جریان موردنیاز، کارایی توان، ایمنی و قابلیت اطمینان را در اولویت قرار می‌گیرد. بااین‌حال، طراحی مدارهای الکترونیکی بر عواملی مانند بهره، پهنای باند، نویز و اعوجاج تأکید دارد که برای پردازش و کنترل سیگنال حیاتی هستند.

در کاربردهای پیشرفته، مدارهای الکتریکی و الکترونیکی در کنار هم کار می‌کنند. برای مثال، یک کامپیوتر را در نظر بگیرید که در آن، منبع تغذیه یک مدار الکتریکی است که شبکه AC را به DC با ولتاژ‌پایین تبدیل می‌کند. اما پردازنده و حافظه مدارهای الکترونیکی هستند که وظایف پیچیده پردازش داده را انجام می‌دهند؛ بنابراین، درحالی‌که مدارهای الکتریکی و الکترونیکی اصول اساسی مشترک دارند، نقش، اجزا و ملاحظات طراحی آن‌ها کاملاً متمایز است.

آثار این تفاوت‌ها در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی چیست؟

اما آثار این تفاوت‌ها در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی چیست؟ این پاسخ بدون بحث در مورد مفاهیم واقعی تفاوت بین مدارهای الکتریکی و مدارهای الکترونیکی کامل نخواهد بود. در اینجا مهم‌ترین پیامدهای این تفاوت‌ها را مرور می‌کنیم. 

• کاربردها: مدارهای الکتریکی معمولاً در سیستم‌های تولید برق مانند نیروگاه‌ها، وسایل نقلیه الکتریکی و سیستم‌های الکتریکی خانگی یافت می‌شوند. این مدارها ولتاژ و توان بالا را کنترل می‌کنند و باید قادر به مقابله با نوسانات برق یا اتصال کوتاه باشند. از سوی دیگر، مدارهای الکترونیکی در فناوری مدرن همه‌جا حاضر هستند. این مدارها را در کامپیوترها، تلفن‌های هوشمند، رادیو، تلویزیون و بسیاری از دستگاه‌های دیگر می‌بینیم. مدارهای الکترونیکی برای انجام عملکردهای خاصی مانند تقویت سیگنال، مدولاسیون و دمودولاسیون طراحی شده‌اند.
• نویز: نویز یک عامل حیاتی در مدارهای الکترونیکی است، اما معمولاً در مدارهای الکتریکی اهمیت کمتری دارد. نویز به سیگنال‌های ناخواسته‌ای اشاره دارد که می‌تواند در عملکرد صحیح مدار اختلال ایجاد کند. برای مدارهای الکترونیکی که اغلب با سیگنال‌های بسیار کوچک سروکار دارند، نویز می‌تواند یک مشکل جدی باشد. طراحی مدارهای الکترونیکی اغلب نیاز به درنظرگرفتن تکنیک‌های کاهش نویز یا فیلتر دارد.
• تطبیق امپدانس: تطبیق امپدانس یک مفهوم اساسی در مدارهای الکترونیکی است، اما اغلب در مدارهای الکتریکی نگران‌کننده نیست. امپدانس در واقع مخالفت یک مدار با جریان AC است. برای انتقال حداکثر توان یا حداقل اعوجاج سیگنال، منبع و امپدانس بار باید مطابقت داشته باشند. این مفهوم در فرکانس رادیویی و طراحی مدار دیجیتال پرسرعت اساسی است.
• پردازش سیگنال: مدارهای الکترونیکی برای پردازش سیگنال که شامل تقویت، فیلترکردن و مدولاسیون است، ضروری هستند. به‌عنوان‌مثال، در یک سیستم صوتی، میکروفون صدا را دریافت کرده و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. سپس این سیگنال ضعیف توسط یک مدار الکترونیکی تقویت می‌شود و سپس به یک بلندگو که یک مدار الکتریکی است فرستاده می‌شود تا دوباره به صدا تبدیل شود.
• فیدبک: فیدبک یک مفهوم مهم در مدارهای الکترونیکی است، اما در مدارهای الکتریکی کمتر مطرح است. فیدبک زمانی اتفاق می‌افتد که بخشی از خروجی مدار به ورودی بازگردانده می‌شود. از این بازخورد می‌توان برای کنترل رفتار مدار استفاده کرد. بازخورد مثبت می‌تواند منجر به نوسان شود (مفید در فرستنده‌های رادیویی و آلات موسیقی)، درحالی‌که بازخورد منفی می‌تواند سیستم را پایدار کند (در ترموستات‌ها و مدارهای کنترل بهره خودکار استفاده می‌شود).
• ایمنی: مدارهای الکتریکی به دلیل ولتاژ و جریان بالا، خطرات ایمنی شدیدتری نسبت به مدارهای الکترونیکی دارند. عایق‌بندی مناسب، زمین و حفاظت در برابر اضافه‌جریان در طراحی مدار الکتریکی بسیار مهم است.
• نیمه‌هادی‌ها: مدارهای الکترونیکی به‌شدت به قطعات نیمه‌هادی مانند ترانزیستورها، دیودها و آی‌سی‌ها متکی هستند. این قطعات برای کنترل جریان به خواص مواد نیمه‌هادی متکی هستند. در مقابل، مدارهای الکتریکی عمدتاً از وسایل ساده‌تری مانند سوئیچ‌ها و رله‌ها استفاده می‌کنند که به‌صورت مکانیکی عمل می‌کنند.
• آنالوگ و دیجیتال: درحالی‌که مدارهای الکتریکی و الکترونیکی می‌توانند آنالوگ یا دیجیتال باشند، مدارهای الکترونیکی معمولاً بیشتر با سیستم‌های دیجیتال مرتبط هستند. سیستم‌های دیجیتال اطلاعات را به‌صورت مقادیر گسسته (اغلب 0 و 1) نشان می‌دهند و دارای مزایایی در پردازش، ذخیره‌سازی و مقاومت در برابر نویز هستند. کامپیوترهای الکترونیکی، تلفن‌های هوشمند و سیستم‌های پردازش سیگنال دیجیتال نمونه‌هایی از وسایلی هستند که بر اساس الکترونیک دیجیتال کار می‌کنند.

تفاوت مهندسی الکتریکال (قدرت) و مهندسی الکترونیک 

تفاوت بین مهندسی الکترونیک و مهندسی برق (قدرت) ممکن است گاهی اوقات کمی مبهم باشد. بااین‌حال، مهندسی قدرت به‌طورکلی بر تولید در مقیاس بزرگ و توزیع نیروی الکتریکی و کاربردهای آن تمرکز دارد. این کاربردها می‌تواند شامل راه‌اندازی شبکه برق، توربین‌های بادی، تهویه‌مطبوع و روشنایی در یک واحد اداری یا مسکونی، یا موتورهای بزرگی باشد که یک کارخانه را تأمین می‌کند. مهندسی الکترونیک متفاوت از مهندسی قدرت است و تمرکز آن روی مدارها و بردهای الکترونیکی بسیار کوچک است، مانند مدارهایی که در فناوری‌های روزمره مانند تلفن‌های همراه، کامپیوترها و… به کار می‌روند.

کار مهندسان برق قدرت طراحی و کاربرد سیستم‌ها، ماشین‌آلات و تجهیزاتی است که از برق، الکترونیک و الکترومغناطیس استفاده می‌کنند. مهندسان برق محصولات و سیستم‌های الکتریکی را برای ساختمان‌ها، سیستم‌های حمل‌ونقل و شبکه‌های توزیع نیرو توسعه می‌دهند.

موضوع اصلی در مهندسی الکترونیک طراحی و توسعه مدارها و دستگاه‌های الکترونیکی است که از قطعاتی مانند مقاومت‌ها، خازن‌ها و سلف‌ها برای انجام عملکرد خود استفاده می‌کنند. مهندسان الکترونیک تجهیزات الکترونیکی و ارتباطی را طراحی می‌کنند و توسعه می‌دهند.

مهندسان برق و الکترونیک هر دو از تکنیک‌های مهندسی، اصول علمی مشابه، نرم‌افزار طراحی و تجهیزات برای انجام وظایف خود استفاده می‌کنند، اما وظایف کاری آن‌ها می‌تواند بسیار متفاوت باشد. در ادامه به وظایف معمول این دو حرفه مهندسی خواهیم پرداخت.

وظایف مهندس الکتریک

مهندسی قدرت شامل طراحی، توسعه، تست و نظارت بر یکپارچه‌سازی تجهیزات الکتریکی، به‌عنوان‌مثال، موتورهای الکتریکی، تجهیزات تولید برق، و سیستم‌های قدرت برای خودروها، قطارها و هواپیماها است. مهندسان قدرت همچنین می‌توانند سیستم‌های قدرت مانند توربین‌های بادی را به شبکه برق متصل کنند و مطمئن شوند که آن‌ها به‌درستی با هم کار می‌کنند. 

وظایف مهندس قدرت شامل موارد زیر است:

• به‌کارگیری دانش تخصصی برق
• طراحی روش‌های جدید استفاده از توان الکتریکی برای توسعه و بهبود سیستم‌ها، از جمله مدیریت توان در آن‌ها
• تدوین استانداردها و مشخصات ساخت و نصب با انجام محاسبات دقیق
• ارزیابی و هدایت ساخت، نصب و آزمایش تجهیزات الکتریکی، سیستم‌ها، محصولات، قطعات و برنامه‌های کاربردی
• اطمینان از مطابقت محصولات الکتریکی با مشخصات و مقررات صنعتی
• حل مشکلات یا شکایات مشتریان، ارائه ارزیابی و راه‌حل
• برقراری ارتباط با مدیران پروژه برای اطمینان از تکمیل به‌موقع و رضایت‌بخش پروژه‌ها

وظایف مهندس الکترونیک

مهندسی الکترونیک شامل طراحی و توسعه تجهیزات الکترونیکی، مانند سخت‌افزار کامپیوتر، ابزارها، سیستم‌های نظارت و کنترل، ابزارهای علمی، سیستم‌های پخش و ارتباطات و دستگاه‌های GPS است. مهندسان الکترونیک اغلب با سیستم‌های “کوچک‌تر” کار می‌کنند که این تکه‌های کوچک‌تر فناوری را می‌توان برای کنترل سیستم‌های بزرگ‌تر از جمله سیستم‌های الکتریکی استفاده کرد. به‌عنوان‌مثال، مهندس الکترونیک برد مداری را طراحی می‌کند که موتور یک وسیله نقلیه الکتریکی را هنگامی که راننده پدال گاز را فشار می‌دهد کنترل می‌کند.

وظایف مهندس الکترونیک شامل موارد زیر است:

• طراحی مدارهای الکترونیکی، نرم‌افزارها، محصولات یا سیستم‌هایی برای مصارف تجاری، صنعتی، پزشکی و نظامی
• تبدیل شماتیک مدارهای الکترونیکی به بردهای مدارچاپی با استفاده از ابزارهای CAD
• طراحی تجهیزات و سیستم‌های کنترل و نظارت بر فرایندها با استفاده از سنسورها
• تجزیه‌وتحلیل نیازهای مشتری و توسعه راه‌حل‌ها
• توسعه مراحل ساخت و تست برای سازندگان تجهیزات و قطعات الکترونیکی
• ارائه توصیه‌ها و اصلاحات طراحی پس از ارزیابی سیستم‌ها
• ارزیابی و پیشنهاد اصلاح تجهیزات سیستم‌های الکترونیکی
• تجزیه‌وتحلیل تجهیزات، ابزار و سیستم‌های الکترونیکی برای اطمینان از انطباق با استانداردها و مقررات ایمنی
• بهبود عملکرد فنی قطعات و سیستم‌ها با برنامه‌ریزی و توسعه برنامه‌ها و اصلاحات
• نوشتن و برنامه‌ریزی نرم‌افزار روی سیستم‌های الکترونیک