الهندسة الكهربائية

في القرن التاسع عشر، بدأ البحث في هذا الموضوع يتكثف. ومن أبرز التطورات في هذا القرن أعمال هانز كريستيان أورستد ، الذي اكتشف عام 1820 أن التيار الكهربائي يُنتج مجالًا مغناطيسيًا يُغيّر اتجاه إبرة البوصلة؛ وويليام ستورجون ، الذي اخترع المغناطيس الكهربائي عام 1825 ؛ وجوزيف هنري وإدوارد ديفي ، اللذان اخترعا المرحل الكهربائي عام 1835؛ وجورج أوم ، الذي حدد عام 1827 العلاقة بين التيار الكهربائي وفرق الجهد في موصل ؛ ومايكل فاراداي ، مكتشف الحث الكهرومغناطيسي عام 1831؛ وجيمس كلارك ماكسويل ، الذي نشر عام 1873 نظرية موحدة للكهرباء والمغناطيسية في كتابه "الكهرباء والمغناطيسية" . ^{[ 3 ]}

في عام 1782، طوّر جورج لويس لو ساج وعرض في برلين ما يُرجّح أنه أول شكل من أشكال التلغراف الكهربائي في العالم ، باستخدام 24 سلكًا مختلفًا، سلك لكل حرف من حروف الأبجدية. ربط هذا التلغراف غرفتين. وكان تلغرافًا كهرساكنًا ينقل رقائق الذهب عبر التوصيل الكهربائي.

في عام 1795، اقترح فرانسيسكو سالفا كامبيلو نظام تلغراف كهرساكن. وبين عامي 1803 و1804، عمل على التلغراف الكهربائي، وفي عام 1804، قدم تقريره في الأكاديمية الملكية للعلوم الطبيعية والفنون في برشلونة. كان نظام التلغراف الكهروستاتيكي الذي ابتكره سالفا مبتكرًا للغاية، على الرغم من تأثره الكبير باكتشافين أُجريا في أوروبا عام 1800، وهما: بطارية أليساندرو فولتا الكهربائية لتوليد التيار الكهربائي، وتحليل ويليام نيكلسون وأنتوني كارلايل للماء كهربائيًا. ^{[ 4 ]} يُمكن اعتبار التلغراف الكهربائي أول مثال على الهندسة الكهربائية. ^{[ 5 ]} أصبحت الهندسة الكهربائية مهنة في أواخر القرن التاسع عشر. أنشأ الممارسون شبكة تلغراف كهربائية عالمية ، وتأسست أولى المؤسسات المهنية للهندسة الكهربائية في المملكة المتحدة والولايات المتحدة لدعم هذا التخصص الجديد. أنشأ فرانسيس رونالدز نظام تلغراف كهربائي في عام 1816، ووثّق رؤيته لكيفية تحويل العالم بواسطة الكهرباء. ^{[ 6 ] [ 7 ]} بعد أكثر من 50 عامًا، انضم إلى جمعية مهندسي التلغراف الجديدة (التي سرعان ما أعيد تسميتها إلى معهد المهندسين الكهربائيين ) حيث اعتبره الأعضاء الآخرون أول فرد في جيلهم. ^{[ 8 ]} بحلول نهاية القرن التاسع عشر، تغير العالم إلى الأبد بفضل الاتصالات السريعة التي أصبحت ممكنة بفضل التطور الهندسي للخطوط الأرضية والكابلات البحرية ، ومنذ حوالي عام 1890، التلغراف اللاسلكي .

أدت التطبيقات العملية والتطورات في هذه المجالات إلى ازدياد الحاجة إلى وحدات قياس موحدة . وقد أفضت هذه التطورات إلى التوحيد الدولي لوحدات الفولت والأمبير والكولوم والأوم والفاراد والهنري . وقد تحقق ذلك في مؤتمر دولي عُقد في شيكاغو عام ١٨٩٣. ^{[ ٩ ]} وشكّل نشر هذه المعايير أساسًا للتطورات اللاحقة في مجال التوحيد القياسي في مختلف الصناعات، وفي العديد من البلدان، تم اعتماد هذه التعريفات فورًا في التشريعات ذات الصلة. ^{[ ١٠ ]}

خلال تلك السنوات، كان يُنظر إلى دراسة الكهرباء على نطاق واسع كفرع من فروع الفيزياء، نظرًا لأن التكنولوجيا الكهربائية المبكرة كانت تُعتبر ذات طبيعة كهروميكانيكية . أسست جامعة دارمشتات التقنية أول قسم للهندسة الكهربائية في العالم عام 1882، وقدمت برنامج البكالوريوس في الهندسة الكهربائية عام 1883. ^{[ 11 ]} بدأ أول برنامج للحصول على درجة البكالوريوس في الهندسة الكهربائية في الولايات المتحدة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في قسم الفيزياء تحت إشراف البروفيسور تشارلز كروس، ^{[ 12 ]} على الرغم من أن جامعة كورنيل هي التي خرّجت أول دفعة من خريجي الهندسة الكهربائية في العالم عام 1885. ^{[ 13 ]} تم تدريس أول دورة في الهندسة الكهربائية عام 1883 في كلية سيبلي للهندسة الميكانيكية والفنون الميكانيكية بجامعة كورنيل . ^{[ 14 ]}

في حوالي عام ١٨٨٥، أسس رئيس جامعة كورنيل، أندرو ديكسون وايت، أول قسم للهندسة الكهربائية في الولايات المتحدة. ^{[ ١٥ ]} وفي العام نفسه، أنشأت جامعة لندن أول كرسي للهندسة الكهربائية في بريطانيا العظمى. ^{[ ١٦ ]} وفي عام ١٨٨٦، أنشأ البروفيسور مندل ب. واينباخ قسم الهندسة الكهربائية في جامعة ميسوري. ^{[ ١٧ ]} بعد ذلك، بدأت الجامعات والمعاهد التقنية تدريجيًا في تقديم برامج الهندسة الكهربائية لطلابها في جميع أنحاء العالم.

خلال هذه العقود، ازداد استخدام الهندسة الكهربائية بشكل كبير. ففي عام 1882، قام توماس إديسون بتشغيل أول شبكة طاقة كهربائية واسعة النطاق في العالم، والتي وفرت 110 فولت - تيار مستمر - لـ 59 مشتركًا في جزيرة مانهاتن بمدينة نيويورك. وفي عام 1884، اخترع السير تشارلز بارسونز التوربين البخاري، مما أتاح توليد طاقة كهربائية أكثر كفاءة. شهد التيار المتردد ، بقدرته على نقل الطاقة بكفاءة أعلى عبر مسافات طويلة باستخدام المحولات ، تطورًا سريعًا في ثمانينيات وتسعينيات القرن التاسع عشر، وذلك بفضل تصميمات المحولات التي ابتكرها كارولي زيبيرنوفسكي ، وأوتو بلاثي، وميكسا ديري (والتي عُرفت لاحقًا باسم محولات ZBD)، ولوسيان غولارد ، وجون ديكسون غيبس، وويليام ستانلي الابن. وقد اخترع غاليليو فيراريس ونيكولا تيسلا بشكل مستقل تصميمات عملية لمحركات التيار المتردد، بما في ذلك المحركات الحثية ، ثم طورها ميخائيل دوليفو-دوبروفولسكي وتشارلز يوجين لانسلوت براون إلى شكل عملي ثلاثي الأطوار . ^{[ 18 ]} وساهم تشارلز شتاينميتز وأوليفر هيفسايد في وضع الأسس النظرية لهندسة التيار المتردد. ^{[ 19 ] [ 20 ]} أدى انتشار استخدام التيار المتردد في الولايات المتحدة إلى ما يُعرف بحرب التيارات بين نظام التيار المتردد المدعوم من جورج وستنجهاوس ونظام التيار المستمر المدعوم من توماس إديسون، حيث تم اعتماد التيار المتردد كمعيار عام. ^{[ 21 ]}

خلال تطور الراديو ، ساهم العديد من العلماء والمخترعين في تطوير تقنيات الراديو والإلكترونيات. وقد أظهرت الأعمال الرياضية لجيمس كلارك ماكسويل خلال خمسينيات القرن التاسع عشر العلاقة بين مختلف أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي ، بما في ذلك إمكانية وجود موجات غير مرئية محمولة جوًا (سُميت لاحقًا "موجات الراديو"). وفي تجاربه الفيزيائية الكلاسيكية عام 1888، أثبت هاينريش هيرتز نظرية ماكسويل عن طريق إرسال موجات الراديو باستخدام جهاز إرسال ذي فجوة شرارية ، واستقبالها باستخدام أجهزة كهربائية بسيطة. وقد أجرى فيزيائيون آخرون تجارب على هذه الموجات الجديدة، وطوروا خلال ذلك أجهزة لإرسالها واستقبالها. وفي عام 1895، بدأ غولييلمو ماركوني العمل على طريقة لتكييف الطرق المعروفة لإرسال واستقبال "موجات هيرتز" هذه في نظام تلغراف لاسلكي تجاري مصمم خصيصًا لهذا الغرض . وفي وقت مبكر، أرسل إشارات لاسلكية لمسافة ميل ونصف. وفي ديسمبر 1901، أرسل موجات لاسلكية لم تتأثر بانحناء الأرض. قام ماركوني لاحقًا بنقل الإشارات اللاسلكية عبر المحيط الأطلسي بين بولدو، كورنوال ، وسانت جونز، نيوفاوندلاند ، على مسافة 2100 ميل (3400 كم) . ^{[ 22 ]} 

بدأ جاغاديش تشاندرا بوس أبحاثه في مجال الاتصالات بالموجات المليمترية خلال الفترة من 1894 إلى 1896، حيث حقق ترددًا عاليًا للغاية يصل إلى 60 جيجاهرتز في تجاربه. ^{[ 23 ]} كما أدخل استخدام وصلات أشباه الموصلات للكشف عن الموجات الراديوية، ^{[ 24 ]} عندما حصل على براءة اختراع كاشف البلورات الراديوية عام 1901. ^{[ 25 ] [ 26 ]} 

في عام 1897، قدم كارل فرديناند براون أنبوب أشعة الكاثود كجزء من راسم الإشارة ، وهي تقنية أساسية لتمكين التلفزيون الإلكتروني . ^{[ 27 ]} اخترع جون فليمنج أول أنبوب راديو، وهو الصمام الثنائي ، في عام 1904. وبعد ذلك بعامين، طور روبرت فون ليبن ولي دي فورست بشكل مستقل أنبوب التضخيم، والذي يُسمى الصمام الثلاثي . ^{[ 28 ]}

في عام 1920، طور ألبرت هول المغنطرون الذي أدى في النهاية إلى تطوير فرن الميكروويف في عام 1946 على يد بيرسي سبنسر . ^{[ 29 ] [ 30 ]} في عام 1934، بدأ الجيش البريطاني في تحقيق خطوات كبيرة نحو الرادار (الذي يستخدم المغنطرون أيضًا) تحت إشراف الدكتور ويمبريس، وبلغت هذه الخطوات ذروتها بتشغيل أول محطة رادار في باودسي في أغسطس 1936. ^{[ 31 ]}

في عام 1941، قدّم كونراد تسوزه جهاز Z3 ، أول حاسوب في العالم يعمل بكامل طاقته وقابل للبرمجة باستخدام مكونات كهروميكانيكية. وفي عام 1943، صمّم تومي فلاورز وبنى جهاز كولوسوس ، أول حاسوب إلكتروني رقمي يعمل بكامل طاقته وقابل للبرمجة في العالم. ^{[ 32 ] [ 33 ]} وفي عام 1946، ظهر جهاز إينياك (الحاسوب والتكامل العددي الإلكتروني) من ابتكار جون بريسبر إيكرت وجون موشلي ، مُدشّنًا بذلك عصر الحوسبة. وقد مكّن الأداء الحسابي لهذه الأجهزة المهندسين من تطوير تقنيات جديدة كليًا وتحقيق أهداف جديدة. ^{[ 34 ]}

في عام 1948، نشر كلود شانون "نظرية رياضية للاتصال" التي تصف رياضياً مرور المعلومات مع عدم اليقين ( الضوضاء الكهربائية ).

كان أول ترانزستور عامل هو ترانزستور ذو نقطة تلامس، اخترعه جون باردين ووالتر هاوزر براتين أثناء عملهما تحت إشراف ويليام شوكلي في مختبرات بيل للهواتف (BTL) عام 1947. ^{[ 35 ]} ثم اخترعا ترانزستور الوصلة ثنائية القطب عام 1948. ^{[ 36 ]} ورغم أن ترانزستورات الوصلة المبكرة كانت أجهزة ضخمة نسبياً ويصعب تصنيعها بكميات كبيرة ، ^{[ 37 ]} إلا أنها مهدت الطريق لأجهزة أكثر إحكاماً. ^{[ 38 ]}

كانت الدوائر المتكاملة الأولى هي الدائرة المتكاملة الهجينة التي اخترعها جاك كيلبي في شركة تكساس إنسترومنتس عام 1958 وشريحة الدائرة المتكاملة المتجانسة التي اخترعها روبرت نويس في شركة فيرتشايلد سيميكوندكتور عام 1959. ^{[ 39 ]}

اخترع محمد عطا الله وداوون كانغ ترانزستور MOSFET ( ترانزستور تأثير المجال لأشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة، أو ترانزستور MOS) في شركة BTL عام 1959. ^{[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]} وكان أول ترانزستور صغير الحجم حقًا، قابل للتصغير والإنتاج بكميات كبيرة لاستخدامات متنوعة. ^{[ 37 ]} وقد أحدث ثورة في صناعة الإلكترونيات ، ^{[ 43 ] [ 44 ]} ليصبح الجهاز الإلكتروني الأكثر استخدامًا في العالم. ^{[ 41 ] [ 45 ] [ 46 ]}

أتاح ترانزستور MOSFET إمكانية تصنيع رقائق الدوائر المتكاملة عالية الكثافة . ^{[ 41 ]} وقد صُنعت أول رقاقة تجريبية من نوع MOS IC على يد فريد هايمان وستيفن هوفستين في مختبرات RCA عام 1962. ^{[ 47 ]} وقد مكّنت تقنية MOS من تطبيق قانون مور ، الذي ينص على مضاعفة عدد الترانزستورات على رقاقة الدائرة المتكاملة كل عامين، وهو ما تنبأ به جوردون مور عام 1965. ^{[ 48 ]} وطوّر فيديريكو فاجين تقنية MOS ذات البوابة السيليكونية في شركة فيرتشايلد عام 1968. ^{[ 49 ]} ومنذ ذلك الحين، أصبح ترانزستور MOSFET اللبنة الأساسية للإلكترونيات الحديثة. ^{[ 42 ] [ 50 ] [ 51 ]} وقد أدى الإنتاج الضخم لترانزستورات MOSFET المصنوعة من السيليكون ورقائق الدوائر المتكاملة MOS، إلى جانب التصغير المستمر لترانزستورات MOSFET بوتيرة متسارعة (كما تنبأ به قانون مور)، إلى تغييرات جذرية في التكنولوجيا والاقتصاد والثقافة والفكر. ^{[ 52 ]}

لقد أُتيح برنامج أبولو، الذي تُوِّج بهبوط رواد فضاء على سطح القمر مع مهمة أبولو 11 عام 1969، بفضل تبني وكالة ناسا للتطورات في تكنولوجيا أشباه الموصلات الإلكترونية ، بما في ذلك ترانزستورات MOSFET في منصة الرصد بين الكواكب (IMP) ^{[ 53 ] [ 54 ]} ورقائق الدوائر المتكاملة المصنوعة من السيليكون في حاسوب توجيه أبولو (AGC). ^{[ 55 ]}

أدى تطوير تقنية الدوائر المتكاملة MOS في ستينيات القرن العشرين إلى اختراع المعالج الدقيق في أوائل سبعينيات القرن نفسه. ^{[ 56 ] [ 57 ]} وكان أول معالج دقيق أحادي الشريحة هو Intel 4004 ، الذي طُرح في عام 1971. ^{[ 56 ]} وقد صممه ونفذه فيديريكو فاجين في شركة إنتل باستخدام تقنية MOS ذات البوابة السيليكونية، ^{[ 56 ]} بالتعاون مع مارسيان هوف وستانلي مازور من إنتل، وماساتوشي شيما من شركة بوسيكوم. ^{[ 58 ]} وأدى المعالج الدقيق إلى تطوير الحواسيب الصغيرة والحواسيب الشخصية، وإلى ثورة الحواسيب الصغيرة .

في الآونة الأخيرة، شهد مجال التعلم الآلي (بما في ذلك أنظمة الكلام، ورؤية الحاسوب ، والتعلم المعزز ) تداخلاً كبيراً مع مجالات الهندسة الكهربائية، مثل معالجة الإشارات، ومعالجة الصور، وهندسة التحكم، ولذا فهو يحظى باهتمام كبير من قبل مهندسي الكهرباء. كما تُستخدم تقنيات التعلم الآلي في أنظمة الهندسة الكهربائية في مجالات فرعية مثل أتمتة التصميم الإلكتروني، والتحكم العشوائي والتكيفي، والشبكات الذكية، ومعالجة الإشارات التكيفية، وغيرها.

يتناول هندسة الطاقة توليد ونقل وتوزيع الكهرباء، بالإضافة إلى تصميم مجموعة من الأجهزة ذات الصلة. ^{[ 59 ]} وتشمل هذه الأجهزة المحولات ، والمولدات الكهربائية ، والمحركات الكهربائية ، وهندسة الجهد العالي، وإلكترونيات الطاقة . في العديد من مناطق العالم، تُدير الحكومات شبكة كهربائية تُسمى شبكة الطاقة ، تربط بين مجموعة متنوعة من المولدات ومستخدمي الطاقة. يشتري المستخدمون الطاقة الكهربائية من الشبكة، متجنبين بذلك التكلفة الباهظة لتوليدها بأنفسهم. قد يعمل مهندسو الطاقة على تصميم وصيانة شبكة الطاقة، بالإضافة إلى أنظمة الطاقة المتصلة بها. ^{[ 60 ]} تُسمى هذه الأنظمة بأنظمة الطاقة المتصلة بالشبكة ، وقد تُزود الشبكة بطاقة إضافية، أو تسحب منها الطاقة، أو كليهما. كما قد يعمل مهندسو الطاقة على أنظمة غير متصلة بالشبكة، تُسمى أنظمة الطاقة غير المتصلة بالشبكة ، والتي تُفضل في بعض الحالات على أنظمة الطاقة المتصلة بالشبكة.

يركز هندسة الاتصالات على نقل المعلومات عبر قناة اتصال مثل الكابل المحوري أو الألياف الضوئية أو الفضاء الحر . ^{[ 61 ]} تتطلب عمليات الإرسال عبر الفضاء الحر تشفير المعلومات في إشارة حاملة لنقلها إلى تردد حامل مناسب للإرسال؛ وهذا ما يُعرف بالتضمين . تشمل تقنيات التضمين التناظري الشائعة تضمين السعة وتضمين التردد . ^{[ 62 ]} يؤثر اختيار التضمين على تكلفة النظام وأدائه، ويجب على المهندس الموازنة بين هذين العاملين بدقة.

بمجرد تحديد خصائص الإرسال لنظام ما، يقوم مهندسو الاتصالات بتصميم أجهزة الإرسال والاستقبال اللازمة لهذه الأنظمة. ويتم دمج هذين العنصرين أحيانًا لتشكيل جهاز اتصال ثنائي الاتجاه يُعرف باسم جهاز الإرسال والاستقبال . ومن الاعتبارات الرئيسية في تصميم أجهزة الإرسال استهلاكها للطاقة ، إذ يرتبط هذا الاستهلاك ارتباطًا وثيقًا بقوة الإشارة . ^{[ 63 ] [ 64 ]} عادةً، إذا كانت طاقة الإشارة المرسلة غير كافية عند وصولها إلى هوائي (هوائيات) جهاز الاستقبال، فإن المعلومات التي تحتويها الإشارة ستتعرض للتشويش ، وتحديدًا التشويش الساكن.

يركز هندسة التحكم على نمذجة مجموعة متنوعة من الأنظمة الديناميكية وتصميم وحدات التحكم التي تجعل هذه الأنظمة تعمل بالطريقة المطلوبة. ^{[ 65 ]} ولتنفيذ وحدات التحكم هذه، قد يستخدم مهندسو التحكم الإلكتروني الدوائر الإلكترونية ، ومعالجات الإشارات الرقمية ، ووحدات التحكم الدقيقة ، ووحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs). لهندسة التحكم تطبيقات واسعة النطاق، بدءًا من أنظمة الطيران والدفع في الطائرات التجارية وصولًا إلى نظام تثبيت السرعة الموجود في العديد من السيارات الحديثة . ^{[ 66 ]} كما أنها تلعب دورًا هامًا في الأتمتة الصناعية .

يستخدم مهندسو التحكم غالبًا التغذية الراجعة عند تصميم أنظمة التحكم . على سبيل المثال، في سيارة مزودة بنظام تثبيت السرعة ، تُراقَب سرعة السيارة باستمرار وتُرسَل بياناتها إلى النظام، الذي يُعدِّل بدوره قدرة المحرك وفقًا لذلك. ^{[ 67 ]} في حال وجود تغذية راجعة منتظمة، يمكن استخدام نظرية التحكم لتحديد كيفية استجابة النظام لهذه التغذية الراجعة.

يعمل مهندسو التحكم أيضًا في مجال الروبوتات لتصميم أنظمة ذاتية التشغيل باستخدام خوارزميات تحكم تفسر التغذية الراجعة الحسية للتحكم في المحركات التي تحرك الروبوتات مثل المركبات ذاتية القيادة والطائرات بدون طيار ذاتية القيادة وغيرها من الأنظمة المستخدمة في مجموعة متنوعة من الصناعات. ^{[ 68 ]}

يشمل الهندسة الإلكترونية تصميم واختبار الدوائر الإلكترونية التي تستخدم خصائص مكونات مثل المقاومات والمكثفات والمحاثات والثنائيات والترانزستورات لتحقيق وظيفة محددة. [ ^{60 ]} تُعدّ دائرة الضبط ، التي تُمكّن مستخدم الراديو من تصفية جميع ^{المحطات} باستثناء محطة واحدة، مثالًا واحدًا على هذه الدوائر . ومن الأمثلة الأخرى التي تستحق البحث مُكيّف الإشارة الهوائي.

قبل الحرب العالمية الثانية، كان هذا المجال يُعرف باسم هندسة الراديو ، وكان يقتصر أساسًا على جوانب الاتصالات والرادار ، والإذاعة التجارية ، والتلفزيون في بداياته . ^{[ 60 ]} لاحقًا، في سنوات ما بعد الحرب، ومع بدء تطوير الأجهزة الاستهلاكية، توسع المجال ليشمل التلفزيون الحديث، وأنظمة الصوت، والحواسيب، والمعالجات الدقيقة . في منتصف إلى أواخر خمسينيات القرن العشرين، حلّ مصطلح الهندسة الإلكترونية تدريجيًا محل مصطلح هندسة الراديو .

قبل اختراع الدائرة المتكاملة عام ١٩٥٩، ^{[ ٦٩ ]} كانت الدوائر الإلكترونية تُصنع من مكونات منفصلة يمكن التحكم بها يدويًا. استهلكت هذه الدوائر المنفصلة مساحةً وطاقةً كبيرتين ، وكانت سرعتها محدودة، مع أنها لا تزال شائعة في بعض التطبيقات. في المقابل، جمعت الدوائر المتكاملة عددًا كبيرًا - غالبًا بالملايين - من المكونات الكهربائية الدقيقة، وخاصة الترانزستورات ، ^{[ ٧٠ ]} في شريحة صغيرة بحجم العملة المعدنية تقريبًا . وقد أتاح ذلك ظهور الحواسيب القوية والأجهزة الإلكترونية الأخرى التي نراها اليوم.

يتناول هندسة الإلكترونيات الدقيقة تصميم وتصنيع مكونات الدوائر الإلكترونية الصغيرة جدًا لاستخدامها في الدوائر المتكاملة ، أو أحيانًا لاستخدامها بشكل مستقل كمكونات إلكترونية عامة. ^{[ 71 ]} تُعد ترانزستورات أشباه الموصلات أكثر مكونات الإلكترونيات الدقيقة شيوعًا ، على الرغم من إمكانية تصنيع جميع المكونات الإلكترونية الرئيسية ( المقاومات ، والمكثفات ، وما إلى ذلك) على المستوى المجهري.

تُعرف الإلكترونيات النانوية بأنها عملية تصغير الأجهزة إلى مستويات النانومتر . وتعمل الأجهزة الحديثة بالفعل في نطاق النانومتر، حيث  أصبحت عمليات التصنيع التي تقل عن 100 نانومتر معيارًا منذ حوالي عام 2002. ^{[ 72 ]}

تُصنع مكونات الإلكترونيات الدقيقة من خلال تصنيع رقائق أشباه الموصلات، مثل السيليكون (عند الترددات العالية، يمكن استخدام أشباه موصلات مركبة مثل زرنيخيد الغاليوم وفوسفيد الإنديوم)، كيميائيًا، وذلك للحصول على النقل المطلوب للشحنة والتيار الكهربائيين. يتضمن مجال الإلكترونيات الدقيقة قدرًا كبيرًا من الكيمياء وعلوم المواد، ويتطلب من مهندس الإلكترونيات معرفة عملية بتأثيرات ميكانيكا الكم . ^{[ 73 ]}

تُعنى معالجة الإشارات بتحليل الإشارات ومعالجتها . ^{[ 74 ]} قد تكون الإشارات تناظرية ، وفي هذه الحالة تتغير الإشارة باستمرار وفقًا للمعلومات، أو رقمية ، وفي هذه الحالة تتغير الإشارة وفقًا لسلسلة من القيم المنفصلة التي تُمثل المعلومات. بالنسبة للإشارات التناظرية، قد تشمل معالجة الإشارات تضخيم الإشارات الصوتية وترشيحها لأجهزة الصوت، أو تعديل الإشارات وفك تعديلها للاتصالات. أما بالنسبة للإشارات الرقمية، فقد تشمل معالجة الإشارات ضغط الإشارات المُعينة رقميًا ، واكتشاف الأخطاء فيها ، وتصحيحها . ^{[ 75 ]}

تُعدّ معالجة الإشارات مجالًا رياضيًا يُشكّل جوهر معالجة الإشارات الرقمية ، ويشهد توسعًا سريعًا مع تطبيقات جديدة في مجالات متعددة من الهندسة الكهربائية، مثل الاتصالات، والتحكم، والرادار، وهندسة الصوت ، وهندسة البث ، وإلكترونيات الطاقة، والهندسة الطبية الحيوية، حيث يتم استبدال العديد من الأنظمة التناظرية الحالية بنظيراتها الرقمية. ولا تزال معالجة الإشارات التناظرية ذات أهمية في تصميم العديد من أنظمة التحكم .

تُستخدم معالجات الإشارات الرقمية المتكاملة (DSP) في العديد من أنواع الأجهزة الإلكترونية الحديثة، مثل أجهزة التلفزيون الرقمية ، ^{[ 76 ]} وأجهزة الراديو، ومعدات الصوت عالية الدقة ، والهواتف المحمولة، ومشغلات الوسائط المتعددة ، وكاميرات الفيديو والكاميرات الرقمية، وأنظمة التحكم في السيارات، وسماعات الرأس المانعة للضوضاء ، ومحللات الطيف الرقمي ، وأنظمة توجيه الصواريخ، وأنظمة الرادار ، وأنظمة الاتصالات عن بُعد. في هذه المنتجات، قد تكون معالجات الإشارات الرقمية مسؤولة عن تقليل الضوضاء ، والتعرف على الكلام أو تركيبه ، وتشفير الوسائط الرقمية أو فك تشفيرها ، ونقل البيانات أو استقبالها لاسلكيًا ، وتحديد المواقع باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، وأنواع أخرى من معالجة الصور ، ومعالجة الفيديو ، ومعالجة الصوت ، ومعالجة الكلام . ^{[ 77 ]}

يتناول هندسة الأجهزة تصميم الأجهزة لقياس الكميات الفيزيائية مثل الضغط والتدفق ودرجة الحرارة. ^{[ 78 ]} ويتطلب تصميم هذه الأجهزة فهمًا جيدًا للفيزياء ، غالبًا ما يتجاوز النظرية الكهرومغناطيسية . فعلى سبيل المثال، تقيس أجهزة الطيران متغيرات مثل سرعة الرياح والارتفاع لتمكين الطيارين من التحكم في الطائرة تحليليًا. وبالمثل، تستخدم المزدوجات الحرارية تأثير بلتييه-سيبك لقياس فرق درجة الحرارة بين نقطتين. ^{[ 79 ]}

غالباً لا تُستخدم أجهزة القياس بشكل مستقل، بل كجزء من أنظمة كهربائية أكبر. على سبيل المثال، قد يُستخدم المزدوج الحراري للمساعدة في ضمان ثبات درجة حرارة الفرن. ^{[ 80 ]} لهذا السبب، يُنظر إلى هندسة أجهزة القياس غالباً على أنها نظير هندسة التحكم.

يتناول هندسة الحاسوب تصميم أجهزة الحاسوب وأنظمتها ، وقد يشمل ذلك تصميم مكونات مادية جديدة . كما قد يعمل مهندسو الحاسوب على برمجيات النظام. مع ذلك، يُعد تصميم أنظمة البرمجيات المعقدة في الغالب من اختصاص هندسة البرمجيات، التي تُعتبر عادةً تخصصًا منفصلاً. ^{[ 81 ]} تمثل أجهزة الحاسوب المكتبية جزءًا صغيرًا من الأجهزة التي قد يعمل عليها مهندس الحاسوب، إذ توجد الآن بنى شبيهة بالحاسوب في مجموعة واسعة من الأجهزة المدمجة، بما في ذلك أجهزة ألعاب الفيديو ومشغلات أقراص DVD . يشارك مهندسو الحاسوب في العديد من جوانب الحوسبة، سواءً المادية أو البرمجية. ^{[ 82 ]} تُعد الروبوتات أحد تطبيقات هندسة الحاسوب.

يهتم علم الفوتونيات والبصريات بتوليد ونقل وتضخيم وتعديل وكشف وتحليل الإشعاع الكهرومغناطيسي . وتشمل تطبيقات البصريات تصميم الأدوات البصرية مثل العدسات والمجاهر والتلسكوبات وغيرها من المعدات التي تستخدم خصائص الإشعاع الكهرومغناطيسي. ومن التطبيقات البارزة الأخرى للبصريات أجهزة الاستشعار الكهروضوئية وأنظمة القياس، والليزر ، وأنظمة الاتصالات عبر الألياف الضوئية ، وأنظمة الأقراص الضوئية (مثل الأقراص المدمجة وأقراص الفيديو الرقمية). ويعتمد علم الفوتونيات بشكل كبير على التكنولوجيا البصرية، مدعومًا بتطورات حديثة مثل الإلكترونيات الضوئية (التي تعتمد في الغالب على أشباه الموصلات )، وأنظمة الليزر، ومضخمات الإشارة الضوئية ، والمواد الحديثة (مثل المواد الفائقة ).