전기공학

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1. 개요

전기공학은 전기, 전자, 전자기학을 활용하여 전기 시스템을 설계, 개발, 테스트 및 관리하는 공학 분야이다. 17세기부터 과학적 연구가 시작되어 19세기에 전신과 전력 시스템의 발전을 통해 직업으로 자리 잡았다. 20세기 초에는 무선 통신과 전자 공학이 발전했으며, 20세기 후반에는 트랜지스터, 집적 회로, 마이크로프로세서의 발명으로 고체 전자 공학이 발전했다. 전기공학은 전력 및 에너지, 통신, 제어, 전자, 마이크로전자, 신호 처리, 계측 제어, 컴퓨터, 광자 공학 등 다양한 하위 분야를 포함하며, 메카트로닉스, 전자 시스템 설계, MEMS 등 관련 분야와도 연결된다. 전기공학자는 학사 학위 이상의 교육을 받고, 전문 자격증을 취득하여 다양한 분야에서 활동한다.

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전기공학
개요
학문 분야	전자, 전기 회로, 전자기학, 전력 공학, 전기 기계, 통신, 제어 시스템, 신호 처리, 광학, 광자학, 전기 변전소
관련 직업	기술 과학 우주 탐사 군사 산업 사회
핵심 역량
필수 역량	기술 지식, 관리 능력, 고급 수학, 시스템 설계, 물리학, 추상적 사고, 분석적 사고, 논리 철학 (전기 및 전자 공학 용어집 참조)
전기 공학
주요 분야	전자 공학 전력 공학 통신 공학 제어 공학 신호 처리 광학 광자학
관련 분야	컴퓨터 공학 물리학 수학
주요 개념	전압 전류 저항 전력 주파수 임피던스 전기장 자기장 전자파
교육
학위	학사, 석사, 박사
관련 학과	전기공학과, 전자공학과, 전기전자공학과
역사
초기	19세기 마이클 패러데이 니콜라 테슬라 토머스 에디슨
응용 분야
에너지	전력 생산, 전송, 분배
산업	자동화, 제어 시스템, 로봇
통신	무선 통신, 유선 통신, 인터넷
의료	의료 기기, 진단 장비
수송	전기 자동차, 항공 전자 장비
기타	가전 제품, 조명, 센서
기타
관련 용어	전기 및 전자 공학 용어집
분야별 분류	전자 공학 전력 공학 통신 공학 제어 공학 신호 처리 광학 광자학
학문적 분류	공학, 이학
기술적 분류	전자, 전력, 통신, 제어, 신호, 광학, 광자

2. 역사

전기는 적어도 17세기 초부터 과학적인 관심의 대상이었다. 윌리엄 길버트는 초기의 저명한 전기 과학자로, 자기와 정전기를 명확하게 구분한 최초의 인물이다. 그는 "전기"라는 용어를 만들었으며, 정전기를 띤 물체의 존재를 감지하는 장치인 베르소리움을 고안했다.^[1] 1762년 스웨덴의 요한 빌케 교수는 후에 전기 발생기로 명명된 정전기를 생성하는 장치를 발명했다. 1800년 알레산드로 볼타는 전지의 전신인 볼타 전지를 개발했다.^[97]

19세기에는 전기에 대한 연구가 본격화되었다. 1827년 게오르크 옴은 도체에서의 전류와 전위차의 관계를 공식화했고(옴의 법칙), 1831년 마이클 패러데이는 전자기 유도 현상을 발견했다. 제임스 클러크 맥스웰은 전기와 자기를 통합한 이론을 1873년에 “Electricity and Magnetism”(번역서 제목: 《전기와 자기》)이라는 논문으로 발표했다.^[80]

2. 1. 초기 역사 (17세기 ~ 18세기)

윌리엄 길버트는 초기에 전기를 연구한 저명한 과학자였으며, 자기와 정전기를 명확하게 구분한 최초의 인물이다. 그는 "전기"라는 용어를 만들었으며,^[97] 정전기를 띤 물체의 존재를 감지하는 장치인 베르소리움을 고안했다. 1762년 스웨덴의 교수 요한 빌케는 정전기를 생성하는 장치인 전기 발생기를 발명했다. 1800년 알레산드로 볼타는 전지의 전신인 볼타 전지를 개발했다.

2. 2. 19세기: 전기 공학의 발전

19세기에는 전기 공학에 대한 연구가 활발해졌다. 1782년, 조르주-루이 르사주(Georges-Louis Le Sage)는 알파벳 24자 각각에 해당하는 24개의 전선을 사용하여 세계 최초의 전신 형태를 개발했다. 이 전신은 두 개의 방을 연결했으며, 전기 전도를 통해 금박을 움직이는 정전식 전신이었다.^[2] 1795년, 프란시스코 살바 캄필료(Francisco Salva Campillo)는 정전식 전신 시스템을 제안하고, 1803년부터 1804년까지 전기 전신에 대해 연구했다. 그의 전해질 전신 시스템은 알레산드로 볼타(Alessandro Volta)의 전지와 윌리엄 니콜슨(William Nicholson)과 앤서니 카일(Anthony Carlyle)의 물의 전기 분해에 영향을 받았다.^[2]

전기 공학은 19세기 후반에 직업으로 자리 잡았다. 프랜시스 로날즈(Francis Ronalds)는 1816년에 전기 전신 시스템을 만들고 전기로 세상이 어떻게 변화될 수 있는지에 대한 비전을 기록했다.^[4]^[5] 그는 새로운 전신 기술자 협회(곧 전기 기술자 협회(Institution of Electrical Engineers)로 이름이 바뀜)의 회원으로, 다른 회원들로부터 동료 중 첫 번째로 여겨졌다.^[6]

19세기 말, 육상 전신, 해저 케이블, 무선 전신의 발전은 빠른 통신을 가능하게 했다. 이러한 발전은 표준화된 단위의 필요성을 증가시켰고, 1893년 시카고에서 열린 국제 회의에서 볼트(volt), 암페어(ampere), 쿨롱(coulomb), 옴(ohm), 패럿(farad), 헨리(henry) 단위의 국제 표준화가 달성되었다.^[7]

다름슈타트 공과대학교(Technische Universität Darmstadt)는 1882년 세계 최초의 전기 공학과를 설립하고 1883년 최초의 전기 공학 학위 과정을 개설했다.^[7] 코넬 대학교(Cornell University)는 1885년에 세계 최초의 전기 공학 졸업생을 배출했다.^[8] 런던 대학교 유니버시티 칼리지(University College London)는 1885년 영국 최초의 전기 공학 교수직을 설립했다.^[11] 미주리 대학교(University of Missouri)는 1886년 전기 공학과를 설립했다.^[12]

1882년 토머스 에디슨(Thomas Edison)은 뉴욕시 맨해튼의 59명의 고객에게 110V 직류(DC) 전력을 공급하는 세계 최초의 대규모 전력 네트워크를 가동했다. 1884년 찰스 파슨스(Sir Charles Parsons) 경은 증기 터빈을 발명했다. 카로이 지퍼노프스키(Károly Zipernowsky), 오토 블라티(Ottó Bláthy), 믹사 데리(Miksa Déri)는 변압기를 설계했고(1880년대 ~ 1890년대), 갈릴레오 페라리스(Galileo Ferraris)와 니콜라 테슬라(Nikola Tesla)는 유도 전동기를 발명했다. 미하일 돌리보-도브롤보스키(Mikhail Dolivo-Dobrovolsky)와 찰스 유진 랜셀럿 브라운(Charles Eugene Lancelot Brown)은 이를 3상 형태로 발전시켰다. 찰스 프로테우스 슈타인메츠(Charles Steinmetz)와 올리버 헤비사이드(Oliver Heaviside)는 교류 공학의 이론적 기반에 기여했다.^[13]^[14] 미국에서는 조지 웨스팅하우스(George Westinghouse)와 토머스 에디슨 간의 "전류 전쟁"이 발생했고, 교류가 표준으로 채택되었다.

2. 3. 20세기 초: 무선 통신과 전자 공학의 발전

라디오 개발 과정에서 많은 과학자와 발명가들이 무선 기술과 전자공학에 기여했다. 1888년 하인리히 헤르츠(Heinrich Hertz)는 스파크 간극 송신기를 사용하여 전파를 전송하고 간단한 전기 장치를 사용하여 이를 검출함으로써 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell)의 이론을 증명했다. 1895년 구글리엘모 마르코니(Guglielmo Marconi)는 "헤르츠파" 송수신 방법을 상업용 무선 전신 시스템으로 적용하는 연구를 시작하여, 초기에는 1.5마일 거리에 무선 신호를 보냈다. 1901년 12월, 마르코니는 폴두(

1894년~1896년 자가디시 찬드라 보스(Jagadish Chandra Bose)는 밀리미터파 통신을 연구하여 실험에서 최대 60 GHz의 초고주파에 도달했다.^[16] 그는 전파 감지를 위해 반도체 접합을 사용했고,^[17] 1901년에 무선 결정 검파기를 특허로 출원했다.^[18]^[19]

1897년 카를 페르디난트 브라운(Karl Ferdinand Braun)은 오실로스코프의 일부로 음극선관을 도입했는데, 이는 전자식 텔레비전에 필수적인 기술이었다. 1904년 존 앰브로스 플레밍(John Ambrose Fleming)은 최초의 진공관인 다이오드를 발명했다. 2년 후 로베르트 폰 리벤(Robert von Lieben)과 이 드 포레스트(Lee De Forest)는 독립적으로 트라이오드라고 불리는 증폭관을 개발했다.

1920년 앨버트 헐(Albert Hull)은 마그네트론을 개발했는데, 이는 1946년 퍼시 스펜서(Percy Spencer)에 의해 전자레인지 개발로 이어졌다.^[20]^[21] 1934년 영국군은 윔페리스 박사의 지휘 아래 레이더(마그네트론도 사용) 개발에 박차를 가하여 1936년 8월 보즈데이(Bawdsey)에 최초의 레이더 기지를 운영하게 되었다.^[22]

1941년 콘라드 추제(Konrad Zuse)는 전기 기계 부품을 사용한 세계 최초의 완전 기능적이고 프로그래밍 가능한 컴퓨터인 Z3를 발표했다. 1943년 토미 플라워스(Tommy Flowers)는 세계 최초의 완전 기능적인 전자식 디지털 프로그래밍 가능 컴퓨터인 콜로서스를 설계하고 제작했다.^[23]^[24] 1946년에는 존 프레스퍼 에커트(John Presper Eckert)와 존 모클리(John Mauchly)의 에니악(ENIAC)이 등장하여 컴퓨팅 시대를 열었다. 이러한 기계의 연산 성능은 엔지니어들이 완전히 새로운 기술을 개발하고 새로운 목표를 달성할 수 있게 해주었다.^[25]

1948년 클로드 섀넌(Claude Shannon)은 불확실성(전기 잡음)을 포함한 정보의 전달을 수학적으로 설명하는 "통신의 수학적 이론"을 발표했다.

2. 4. 고체 전자 공학 (Solid-state electronics)

현대 전자공학의 기본 구성 요소인 금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)

1947년 벨 연구소(BTL)에서 윌리엄 쇼클리의 지휘 아래 존 바딘과 월터 브래튼이 최초로 작동하는 트랜지스터인 접점식 트랜지스터를 발명했다.^[26] 1948년에 그들은 바이폴라 접합 트랜지스터를 발명했다.^[27] 초기 접합 트랜지스터는 제조가 어려운 비교적 부피가 큰 장치였지만,^[28] 더욱 소형화된 장치의 길을 열었다.^[29]

최초의 집적 회로는 1958년 텍사스 인스트루먼츠의 잭 킬비가 발명한 하이브리드 집적 회로와 1959년 페어차일드 반도체의 로버트 노이스가 발명한 모놀리식 집적 회로 칩이었다.^[30]

MOSFET(금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터 또는 MOS 트랜지스터)는 1959년 BTL의 모하메드 아탈라와 다원 캉이 발명했다.^[31]^[32]^[33] 이것은 광범위한 용도로 소형화 및 대량 생산이 가능한 최초의 진정한 소형 트랜지스터였다.^[28] 전자 산업에 혁명을 일으켰으며,^[34]^[35] 세계에서 가장 널리 사용되는 전자 장치가 되었다.^[32]^[36]^[37]

MOSFET은 초고밀도 집적 회로 칩을 제작할 수 있게 했다.^[32] 최초로 제작된 실험적인 MOS IC 칩은 1962년 RCA 연구소의 Fred Heiman과 Steven Hofstein이 제작했다.^[38] MOS 기술은 1965년 고든 무어가 예측한 IC 칩의 트랜지스터 수가 2년마다 두 배로 증가하는 무어의 법칙을 가능하게 했다.^[39] 1968년 페어차일드의 페데리코 파긴이 실리콘 게이트 MOS 기술을 개발했다.^[40] 그 이후로 MOSFET은 현대 전자 공학의 기본 구성 요소가 되었다.^[33]^[41]^[42] MOSFET 축소(소형화)는 무어의 법칙에 따라 기술, 경제, 문화 및 사고방식에 혁명적인 변화를 가져왔다.^[43]

1960년대 MOS 집적 회로 기술의 개발은 1970년대 초 마이크로프로세서의 발명으로 이어졌다.^[47]^[48] 최초의 단일 칩 마이크로프로세서는 1971년에 출시된 인텔 4004였다.^[47] 인텔 4004는 페데리코 파긴이 인텔에서 그의 실리콘 게이트 MOS 기술^[47]과 함께 인텔의 마시안 호프와 스탠리 메이저 그리고 부시콤의 마사토시 시마와 함께 설계하고 실현했다.^[49] 마이크로프로세서는 마이크로컴퓨터와 개인용 컴퓨터, 그리고 마이크로컴퓨터 혁명의 발전으로 이어졌다.

3. 하위 분야

전기 공학은 에너지 및 정보 전송에 유용하여 다양한 하위 분야를 가지고 있다. 전기 기술자들은 특정 하위 분야에 집중하거나 여러 분야를 결합하여 다룬다. 전자공학, 컴퓨터공학 등은 독립적인 학문으로 간주되기도 한다.

전기공학의 하위 분야는 다음과 같이 발전하였다.

회로 이론
전력 공학
통신 공학
제어 공학
전자 공학
정보공학

3. 1. 전력 및 에너지 공학 (Power and energy engineering)

전력 및 에너지 공학은 전기의 발전, 송전, 배전을 다루며, 변압기, 발전기, 전동기, 고전압 공학, 전력 전자와 같은 관련 장치들의 설계도 포함한다.^[50]

세계 여러 지역의 정부는 다양한 발전기를 에너지 사용자와 연결하는 전력망이라는 전기 네트워크를 유지 관리한다. 사용자는 전력망에서 전기에너지를 구매하여 스스로 발전하는 비용이 많이 드는 작업을 피할 수 있다. 전력 엔지니어는 전력망의 설계 및 유지 관리뿐만 아니라 전력망에 연결되는 전력 시스템에도 종사한다. 이러한 시스템을 ''온그리드'' 전력 시스템이라고 하며, 그리드에 추가 전력을 공급하거나, 그리드에서 전력을 끌어오거나, 또는 두 가지 모두를 할 수 있다. 전력 엔지니어는 그리드에 연결되지 않는 ''오프그리드'' 전력 시스템에서도 작업할 수 있는데, 어떤 경우에는 온그리드 시스템보다 바람직할 수 있다.

3. 2. 통신 공학 (Telecommunications engineering)

통신 공학은 동축 케이블, 광섬유 또는 자유 공간과 같은 통신 채널을 통한 정보 전송에 중점을 둔다. 자유 공간을 통한 전송에는 정보를 전송에 적합한 반송파 주파수로 이동시키기 위해 반송파 신호에 정보를 인코딩해야 하는데, 이를 변조라고 한다. 인기 있는 아날로그 변조 기술에는 진폭 변조와 주파수 변조가 있다. 변조 방식의 선택은 시스템의 비용과 성능에 영향을 미치며, 엔지니어는 이 두 가지 요소를 신중하게 조정해야 한다.

시스템의 전송 특성이 결정되면 통신 엔지니어는 이러한 시스템에 필요한 송신기와 수신기를 설계한다. 이 두 가지는 때때로 트랜시버라고 하는 양방향 통신 장치를 형성하도록 결합된다. 송신기 설계의 주요 고려 사항은 전력 소비량이며, 이는 신호 강도와 밀접한 관련이 있다.^[89] 일반적으로 전송된 신호의 전력이 수신기 안테나에 도착했을 때 충분하지 않으면 신호에 포함된 정보는 특히 정적과 같은 신호 잡음에 의해 손상된다.

3. 3. 제어 공학 (Control engineering)

제어 공학은 다양한 동적 시스템의 수학적 모델을 구축하고, 제어기를 설계하여 시스템이 원하는 방식으로 동작하도록 한다. 이러한 제어기를 구현하기 위해 전자 제어 엔지니어는 전자 회로, 디지털 신호 처리기, 마이크로컨트롤러, 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)를 사용할 수 있다.

제어 공학은 여객기의 비행 및 추진 시스템부터 현대 자동차의 크루즈 컨트롤에 이르기까지 광범위하게 응용된다. 또한 산업 자동화에서도 중요한 역할을 한다.

제어 엔지니어는 제어 시스템을 설계할 때 피드백을 사용한다. 예를 들어 크루즈 컨트롤이 있는 자동차는 속도를 지속적으로 모니터링하고 시스템에 피드백하여 모터의 출력을 조정한다. 정기적인 피드백이 있는 경우 제어 이론을 사용하여 시스템이 피드백에 어떻게 반응하는지 확인할 수 있다.

제어 엔지니어는 로봇 공학에서 제어 알고리즘을 사용하여 자율 시스템을 설계하고, 감각 피드백을 해석하여 자율 주행차, 자율 드론 및 다양한 산업에서 사용되는 로봇을 움직이는 액추에이터를 제어한다.

3. 4. 전자 공학 (Electronics)

전자공학은 저항, 축전기, 인덕터, 다이오드, 트랜지스터와 같은 부품의 특성을 이용하여 특정 기능을 달성하는 전자 회로의 설계 및 시험을 다룬다.^[50] 동조 회로는 라디오 사용자가 단일 방송국을 제외한 모든 방송국을 필터링할 수 있도록 하는 회로의 한 예이다. 공압 신호 컨디셔너도 전자 회로의 또 다른 예이다.

제2차 세계 대전 이전에는 이 분야를 ''무선 공학''이라고 불렀으며, 주로 통신 및 레이더, 상업용 라디오, 초기 텔레비전 분야에 국한되었다.^[50] 전후 시대에 소비자용 기기가 개발되면서 현대 텔레비전, 오디오 시스템, 컴퓨터 및 마이크로프로세서를 포함하도록 분야가 확장되었다. 1950년대 중후반에는 ''무선 공학''이라는 용어가 점차 ''전자공학''으로 바뀌었다.

1959년 집적 회로가 발명되기 전에는 전자 회로가 사람이 조작할 수 있는 개별 부품으로 구성되었다. 이러한 개별 회로는 많은 공간과 전력을 소비했으며 속도가 제한적이었지만, 일부 응용 분야에서는 여전히 일반적이다. 반면에 집적 회로는 수백만 개에 달하는 수많은 미세한 전기 부품(주로 트랜지스터)을 동전 크기의 작은 칩에 집적함으로써 오늘날 우리가 보는 강력한 컴퓨터 및 기타 전자 장치를 가능하게 했다.

전자 공학은 진공, 고체, 전계, 자계 등에서 전자의 거동을 규명하고 이론화하며, 이를 바탕으로 다양한 전자 소자 및 장치를 제어하는 기술이다. 저항기, 축전기, 인덕터, 트랜지스터, 다이오드 및 기타 반도체 소자와 같은 전자 회로 소자 모델을 만든다. 이 모델을 사용하는 목적은 회로의 시뮬레이션을 수행하기 위한 것이며, 이러한 부분 회로를 조합하여 대규모 회로를 만들 수 있다.

1950년대 후반에는 무선공학과 전자공학이 완전히 별개의 분야로 인식되기 시작했다. 1959년 집적 회로 발명 이전에는 전자 회로가 개별 부품을 조합하여 구성되었다. 당연히 회로 구현에 필요한 공간과 전력이 크고 동작 속도는 느렸다. 그러나 지금도 그러한 회로 구현 방식이 사용되는 경우가 있다. 반면 집적 회로는 트랜지스터를 중심으로 한 미세한 전자 부품들을 하나로 모아 작은 칩 내에 회로를 구성한다. 이를 통해 컴퓨터 등 전자 기기의 성능이 향상되었다.

3. 5. 마이크로전자 공학 및 나노전자 공학 (Microelectronics and nanoelectronics)

마이크로전자공학은 집적회로에 사용하거나 때로는 일반적인 전자 부품으로 단독으로 사용하기 위한 매우 작은 전자 회로 부품의 설계 및 미세 가공을 다룬다.^[1] 가장 일반적인 마이크로전자 부품은 반도체 트랜지스터이지만, 저항, 콘덴서 등 모든 주요 전자 부품을 미세 수준으로 만들 수 있다.

나노전자공학은 장치를 나노미터 수준으로 더욱 축소하는 것이다. 최신 장치는 이미 나노미터 영역에 있으며, 100nm 이하의 공정은 2002년경부터 표준이 되었다.^[2]

마이크로전자 부품은 실리콘과 같은 반도체(고주파수에서는 화합물 반도체인 갈륨 비소와 인듐 인화물) 웨이퍼를 화학적으로 제작하여 원하는 전하 수송과 전류 제어를 얻음으로써 생성된다. 마이크로전자공학 분야는 상당한 양의 화학과 재료 과학을 포함하며, 이 분야에서 일하는 전자 엔지니어는 양자 역학의 영향에 대한 매우 훌륭한 실무 지식을 갖추어야 한다.^[3]

3. 6. 신호 처리 (Signal processing)

신호 처리는 신호의 분석 및 조작을 다루는 분야이다.^[1] 신호에는 아날로그 신호와 디지털 신호가 있다.^[1] 아날로그 신호 처리는 오디오 장비에서 오디오 신호 증폭 및 필터링, 통신에서 신호 변조 및 복조 등을 포함한다.^[1] 디지털 신호 처리는 디지털로 샘플링된 신호의 데이터 압축, 오류 검출 및 오류 수정 등을 포함한다.^[2]

디지털 신호 처리(DSP)는 통신, 제어, 레이더, 오디오 엔지니어링, 방송 엔지니어링, 전력 전자, 생의공학 등 다양한 분야에서 활용된다.^[3] 기존의 많은 아날로그 시스템이 디지털 시스템으로 대체되고 있지만, 아날로그 신호 처리는 여전히 많은 제어 시스템 설계에서 중요하다.^[3]

DSP 프로세서 IC는 디지털 텔레비전,^[4] 라디오, 하이파이 오디오 장비, 휴대전화, 멀티미디어 플레이어, 캠코더 및 디지털 카메라, 자동차 제어 시스템, 소음 제거 헤드폰, 디지털 스펙트럼 분석기, 미사일 유도 시스템, 레이더 시스템, 텔레매틱스 시스템 등 다양한 현대 전자 장치에서 사용된다.^[5] DSP는 소음 감소, 음성 인식 또는 합성, 디지털 미디어 인코딩 또는 디코딩, 무선 송신 또는 수신, GPS를 사용한 위치 삼각 측량 및 기타 영상 처리, 비디오 처리, 오디오 처리, 음성 처리 등을 담당한다.^[5]

3. 7. 계측 제어 공학 (Instrumentation engineering)

계측 제어 공학은 압력, 유량, 온도와 같은 물리량을 측정하는 장치의 설계를 다룬다.^[51] 이러한 계측기의 설계에는 전자기 이론을 넘어서는 물리학에 대한 깊이 있는 이해가 필요하다. 예를 들어, 항공 계기는 풍속과 고도와 같은 변수를 측정하여 조종사가 항공기를 분석적으로 제어할 수 있도록 한다. 열전대는 펠티에-제벡 효과를 사용하여 두 지점 사이의 온도 차이를 측정한다.

계측은 종종 단독으로 사용되는 것이 아니라 더 큰 전기 시스템의 센서로 사용된다. 예를 들어, 열전대는 용광로의 온도를 일정하게 유지하는 데 사용될 수 있다.^[51] 이러한 이유로 계측 제어 공학은 종종 제어의 상대 개념으로 간주된다.

3. 8. 컴퓨터 공학 (Computer engineering)

컴퓨터 공학은 컴퓨터와 컴퓨터 시스템 설계를 다룬다. 여기에는 새로운 하드웨어 설계, PDA 설계, 컴퓨터를 이용한 생산 시스템 설계 등이 포함될 수 있다. 컴퓨터 엔지니어는 시스템의 소프트웨어 작업에도 참여할 수 있다. 그러나 복잡한 소프트웨어 시스템 설계는 종종 별도의 분야로 간주되는 소프트웨어 공학의 영역이다.^[52] 데스크톱 컴퓨터는 컴퓨터 엔지니어가 작업할 수 있는 장치의 극히 일부분일 뿐이며, 컴퓨터와 유사한 아키텍처는 이제 임베디드 시스템을 포함한 다양한 장치, 예를 들어 비디오 게임 콘솔과 DVD 플레이어에서 발견된다.

3. 9. 광자 공학 및 광학 (Photonics and optics)

광자공학과 광학은 전자기 복사의 생성, 전송, 증폭, 변조, 검출 및 분석을 다룬다. 광학의 응용은 렌즈, 현미경, 망원경 및 전자기 복사의 특성을 이용하는 기타 장비와 같은 광학 기기의 설계와 관련이 있다. 광학의 다른 주요 응용 분야로는 전기 광학 센서 및 측정 시스템, 레이저, 광섬유 통신 시스템 및 광 디스크 시스템(예: CD 및 DVD)이 있다. 광자공학은 광전자공학(주로 반도체를 포함함), 레이저 시스템, 광 증폭기 및 새로운 재료(예: 메타물질)와 같은 최신 기술을 보완하여 광학 기술을 기반으로 한다.^[86]

4. 관련 분야

메카트로닉스는 기계 시스템과 전기공학이 융합된 공학 분야이다. 이러한 결합 시스템은 전기 기계 시스템으로 알려져 있으며 널리 채택되고 있다. 예로는 자동화된 제조 시스템, 난방, 환기 및 공조 시스템, 그리고 항공기와 자동차의 다양한 하위 시스템이 있다.^[53] ''전자 시스템 설계''는 복잡한 전기 및 기계 시스템의 다학제적 설계 문제를 다룬다.

미세 전기 기계 시스템(MEMS)은 자동차에서 에어백이 언제 전개될지 알리는 데, 디지털 프로젝터에서 더 선명한 이미지를 생성하는 데, 그리고 잉크젯 프린터에서 고해상도 인쇄를 위한 노즐을 만드는 데 사용된다.

항공 우주 공학 및 로봇 공학에서의 예로는 최근의 전기 추진 및 이온 추진이 있다.

5. 교육

전기공학자는 일반적으로 전기공학, 전자공학, 전기공학 기술 또는 전기 및 전자공학을 전공으로 하는 학위를 소지하고 있다.^[54] 모든 프로그램에서 동일한 기본 원리가 가르쳐지지만, 전공명에 따라 강조점이 다를 수 있다. 이러한 학위의 수학 기간은 일반적으로 4년 또는 5년이며, 완료된 학위는 대학에 따라 전기/전자공학 기술 학사(Bachelor of Science in Electrical/Electronics Engineering Technology), 공학사, 이학사, 공학 학사, 또는 응용과학 학사로 명칭될 수 있다. 학사 학위에는 일반적으로 물리학, 수학, 컴퓨터 과학, 프로젝트 관리 및 다양한 전기 공학 주제를 다루는 단원이 포함된다.^[56] 처음에는 이러한 주제가 전기 공학의 모든 하위 분야를 다루거나, 대부분을 다룬다. 일부 학교에서는 학생들이 학업 후반부에 하나 이상의 하위 분야를 강조하도록 선택할 수 있다.

많은 학교에서 전자공학은 전기공학 학위의 일부로 포함되며, 때로는 공학 학사(전기 및 전자)와 같이 명시적으로 포함되기도 하지만, 다른 학교에서는 전기 및 전자공학이 모두 충분히 광범위하고 복잡하여 별도의 학위가 제공된다.^[57]

일부 전기공학자는 공학 석사/이학 석사(MEng/MSc), 공학 관리 석사, 공학 박사(PhD), 공학 박사 학위(Eng.D.) 또는 기술사 학위와 같은 대학원 학위를 취득하기로 선택한다. 석사 및 기술사 학위는 연구, 수업 또는 그 두 가지의 혼합으로 구성될 수 있다. 공학 박사 및 공학 박사 학위는 상당한 연구 구성 요소로 구성되며 종종 대학 진출의 시작점으로 간주된다. 영국 및 기타 일부 유럽 국가에서는 공학 석사는 종종 독립적인 대학원 학위가 아니라 공학 학사보다 약간 기간이 긴 학부 학위로 간주된다.^[58]

6. 전문적인 업무 (Professional practice)

대부분의 국가에서 공학 학사 학위는 전문 자격증을 향한 첫걸음이며, 학위 프로그램 자체는 전문 기관의 인증을 받는다.^[59] 인증된 학위 프로그램을 이수한 후, 엔지니어는 자격을 얻기 전에 다양한 요건(직무 경험 요건 포함)을 충족해야 한다. 자격을 얻으면 엔지니어는 전문 엔지니어(미국, 캐나다, 남아프리카 공화국), 공인 엔지니어 또는 준회원 엔지니어(인도, 파키스탄, 영국, 아일랜드, 짐바브웨)(Incorporated Engineer), 공인 전문 엔지니어(호주, 뉴질랜드) 또는 유럽 엔지니어(대부분의 유럽 연합 국가) 등의 직함을 받게 된다.

전기 기술자를 위한 주목할 만한 전문 기관에는 전기전자기술자협회(IEEE)와 공학기술기관(IET)이 있다. IEEE는 세계 전기 공학 문헌의 30%를 생산하고 있으며, 전 세계적으로 36만 명이 넘는 회원을 보유하고 있고, 매년 3,000건이 넘는 학회를 개최한다.^[63] IET는 21개의 저널을 발행하고 있으며, 전 세계적으로 15만 명이 넘는 회원을 보유하고 있고, 유럽에서 가장 큰 전문 공학 학회라고 주장한다.^[64]^[65] 기술의 노후화는 전기 기술자에게 심각한 문제이므로, 기술 학회의 회원 자격 및 참여, 해당 분야 정기 간행물 검토, 그리고 지속적인 학습 습관은 숙련도를 유지하는 데 필수적이다.

7. 도구 및 작업 (Tools and work)

전기공학자들은 위성항법시스템(GPS)부터 발전까지 광범위한 기술 개발에 기여해 왔다. 그들은 전기 시스템과 전자 장치의 설계, 개발, 테스트 및 배치를 감독한다. 예를 들어, 통신 시스템 설계, 발전소 운영, 건물의 조명 및 배선, 가전제품 설계 또는 산업 기계의 전기 제어 작업을 할 수 있다.^[70]

이 분야의 기본은 물리학과 수학으로, 이러한 과학은 시스템 작동 방식에 대한 정성적 및 정량적 설명을 얻는 데 도움이 된다. 오늘날 대부분의 공학 작업에는 컴퓨터가 사용되며 전기 시스템을 설계할 때 컴퓨터 지원 설계 프로그램을 사용하는 것이 일반적이다.

전기공학자들은 광범위한 계측 장비를 사용한다. 간단한 제어 회로와 경보의 경우, 전압, 전류, 저항을 측정하는 기본 멀티미터로 충분할 수 있다. 시간에 따라 변하는 신호를 연구해야 하는 경우 오실로스코프도 널리 사용되는 장비이다. RF 공학 및 고주파 통신에서는 스펙트럼 분석기와 네트워크 분석기가 사용된다.

레이저가 아크릴 막대를 따라 반사되는 모습으로, 다모드 광섬유에서 빛의 전반사를 보여준다.

많은 엔지니어에게 기술 작업은 그들이 하는 작업의 일부에 불과하다. 고객과 제안을 논의하고, 예산을 준비하고, 프로젝트 일정을 결정하는 작업에 많은 시간을 할애할 수도 있다.^[72]

엔지니어의 직장은 그들이 하는 작업의 유형만큼 다양하다. 전기 공학자는 제조 공장의 깨끗한 실험실 환경, 군함 선상, 컨설팅 회사 사무실 또는 광산 현장에서 찾을 수 있다.

전기 공학은 물리 과학과 밀접한 관계가 있다.

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