到達目標
エレクトロニクスの中枢を成すアナログ電子回路の基礎的な素養を身につけるため, 以下の到達目標を掲げる.
(1) 線形素子と非線形素子 (能動素子) の違いを理解し, 適当な近似を用いて計算をおこなえる.
(2) トランジスタを用いた基本増幅回路について理解し, 種々の等価回路の導出とそれに基づく解析・設計ができる.
(3) オペアンプを用いた帰還増幅回路について理解し, 種々の演算回路について理解し, 解析・設計ができる.
ルーブリック
| 理想的な到達レベルの目安 | 標準的な到達レベルの目安 | 未到達レベルの目安 |
| 達成目標1
| 線形素子と非線形素子の違いが理解でき, その特性を線形近似に基づいて計算できる. | 線形素子と非線形素子の違いが理解でき, その特性の線形近似が理解できる. | 線形素子と非線形素子の違いが理解できない. |
| 達成目標2 | トランジスタを用いた基本増幅回路を理解でき, hパラメータを用いた等価回路を用いて特性解析・設計ができる. | トラントランジスタを用いた基本増幅回路を理解でき, hパラメータを用いた等価回路の概念を理解できる. | トラントランジスタを用いた基本増幅回路を理解できない. |
| 達成目標3 | オペアンプを用いた帰還増幅回路について理解でき, 加算や微分といった演算回路の特性解析・設計ができる. | オペアンプを用いた帰還増幅回路について理解でき, 加算や微分といった演算回路の動作を理解できる. | オペアンプを用いた帰還増幅回路について理解できない. |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
ダイオードやトランジスタといった非線形特性を持つ電子素子を用いたアナログ電子回路の動作原理を理解する. また, それに基づき種々の増幅回路の基本動作を理解し, 小信号等価回路やhパラメータといった基礎的な電子回路解析技術を習得することを目的とする. 特に, 等価回路といった概念に親しむことにより, 工学者に必要となるモデリングの概念の素地を養う.
授業の進め方・方法:
座学の講義が主体であるが, 自宅でトレーニングノートによる復習をしていることを前提として講義を進める. 適宜小テストを実施し, 理解度を確認する.
注意点:
最終成績＝{(前期中間試験＋前期期末試験＋後期中間試験＋後期期末試験)／4｝×0.6 ＋小テスト(30)＋その他(取り組み)(10)
定期試験と小テスト及び, 授業への取り組みにより評価する.
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
電気回路の基礎事項の復習 (直流)
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電気回路の基礎を理解し, キルヒホッフ則に基づいて計算ができる.
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| 2週 |
電気回路の基礎事項の復習 (交流)
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RLC回路のインピーダンスや周波数特性を計算できる.
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| 3週 |
半導体の性質
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半導体の性質とp型, n型半導体について説明できる.
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| 4週 |
pn接合ダイオード
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pn接合ダイオードの基本原理について説明できる.
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| 5週 |
ダイオードの整流作用・スイッチング作用
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ダイオードの整流作用とスイッチング作用について説明できる.
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| 6週 |
トランジスタの動作原理 (BJT)
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バイポーラトランジスタについて動作原理を理解し説明できる.
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| 7週 |
トランジスタの動作原理 (FET)
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電界効果トランジスタについて動作原理を理解し説明できる.
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| 8週 |
中間試験 |
ダイオード及び2種のトランジスタの動作原理, 基本的な電気回路のの計算について演習課題, トレーニングノートから類題を出題する.
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| 2ndQ |
| 9週 |
ダイオードの交流特性
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pn接合ダイオードの小信号等価回路を理解し回路を計算できる.
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| 10週 |
BJTの交流特性と等価回路
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バイポーラトランジスタの交流特性を理解し説明できる.
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| 11週 |
hパラメータと小信号等価回路
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トランジスタのhパラメータを用いた表現と小信号等価回路を習得する.
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| 12週 |
BJTの基本増幅回路
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エミッタ接地回路について動作を理解し説明できる.
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| 13週 |
入出力インピーダンスと整合
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増幅回路の入出力インピーダンスの概念について理解し説明できる.
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| 14週 |
バイアスの設定
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バイアスの考え方と計算方法について習得する.
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| 15週 |
前期末試験 |
等価回路, 基本増幅回路について, 演習課題, トレーニングノートから類題を出題する.
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| 16週 |
答案返却など |
答案の返却と解説をおこなう.
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
BJT回路の周波数特性
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バイポーラトランジスタの周波数特性について理解し説明できる.
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| 2週 |
エミッタ接地回路の高周波数特性の解析
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エミッタ接地回路の高周波特性について理解し説明できる.
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| 3週 |
エミッタ接地回路の低周波数特性の解析
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エミッタ接地回路の低周波特性について理解し説明できる.
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| 4週 |
FETの基本増幅回路
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ソース接地回路について動作を理解し説明できる.
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| 5週 |
FETの周波数特性 |
電界効果トランジスタの周波数特性について理解し説明できる.
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| 6週 |
差動増幅回路
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差動増幅回路について動作を理解し説明できる.
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| 7週 |
カレントミラー回路
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カレントミラー回路について動作を理解し説明できる.
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| 8週 |
中間試験 |
バイポーラトランジスタ, 電界効果トランジスタの周波数特性, 差動増幅回路について, 演習課題, トレーニングノートから類題を出題する.
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| 4thQ |
| 9週 |
オペアンプの動作原理
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オペアンプの動作原理について理解し説明できる.
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| 10週 |
オペアンプを用いた増幅回路
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オペアンプを用いた反転増幅回路や非反転増幅回路について理解し計算できる.
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| 11週 |
オペアンプを用いた演算回路
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オペアンプを用いた加減算回路や微積分回路について理解し計算できる.
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| 12週 |
帰還増幅回路
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負帰還の概念について理解し説明できる.
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| 13週 |
発振回路 |
正帰還と発振回路の基礎について理解し説明できる.
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| 14週 |
変調・復調回路
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振幅変調, 周波数変調の原理について理解し説明できる.
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| 15週 |
期末試験 |
オペアンプ, 発振回路, 変調復調回路について, 演習課題, トレーニングノートから類題を出題する.
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| 16週 |
答案返却など |
後期末試験の解答・解説を行う。
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モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標
| 分類 | 分野 | 学習内容 | 学習内容の到達目標 | 到達レベル | 授業週 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 電気・電子系分野 | 電気回路 | 電荷と電流、電圧を説明できる。 | 4 | 前1 |
| オームの法則を説明し、電流・電圧・抵抗の計算ができる。 | 4 | 前1 |
| キルヒホッフの法則を用いて、直流回路の計算ができる。 | 4 | 前1 |
| 合成抵抗や分圧・分流の考え方を用いて、直流回路の計算ができる。 | 4 | 前1 |
| 電力量と電力を説明し、これらを計算できる。 | 4 | 前14 |
| 正弦波交流の特徴を説明し、周波数や位相などを計算できる。 | 4 | 後9 |
| 平均値と実効値を説明し、これらを計算できる。 | 4 | 後9 |
| 正弦波交流のフェーザ表示を説明できる。 | 4 | 後9 |
| R、L、C素子における正弦波電圧と電流の関係を説明できる。 | 4 | 後9 |
| キルヒホッフの法則を用いて、交流回路の計算ができる。 | 4 | 前1 |
| 合成インピーダンスや分圧・分流の考え方を用いて、交流回路の計算ができる。 | 4 | 前14 |
| 直列共振回路と並列共振回路の計算ができる。 | 4 | 後9 |
| 電子回路 | ダイオードの特徴を説明できる。 | 4 | 前4 |
| バイポーラトランジスタの特徴と等価回路を説明できる。 | 4 | 前13 |
| FETの特徴と等価回路を説明できる。 | 4 | 後6 |
| 利得、周波数帯域、入力・出力インピーダンス等の増幅回路の基礎事項を説明できる。 | 4 | 前14 |
| トランジスタ増幅器のバイアス供給方法を説明できる。 | 4 | 前11 |
| 演算増幅器の特性を説明できる。 | 4 | 後11 |
| 演算増幅器を用いた基本的な回路の動作を説明できる。 | 4 | 後12 |
| 発振回路の特性、動作原理を説明できる。 | 4 | 後7 |
| 変調・復調回路の特性、動作原理を説明できる。 | 4 | 後13 |
| 電子工学 | 電子の電荷量や質量などの基本性質を説明できる。 | 4 | 前2 |
| エレクトロンボルトの定義を説明し、単位換算等の計算ができる。 | 4 | 前2 |
| 原子の構造を説明できる。 | 4 | 前2 |
| 金属の電気的性質を説明し、移動度や導電率の計算ができる。 | 4 | 前2 |
| 真性半導体と不純物半導体を説明できる。 | 4 | 前3 |
| 半導体のエネルギーバンド図を説明できる。 | 4 | 前3 |
| pn接合の構造を理解し、エネルギーバンド図を用いてpn接合の電流―電圧特性を説明できる。 | 4 | 前4 |
| バイポーラトランジスタの構造を理解し、エネルギーバンド図を用いてバイポーラトランジスタの静特性を説明できる。 | 4 | 前6 |
| 電界効果トランジスタの構造と動作を説明できる。 | 4 | 後4 |
| 情報系分野 | その他の学習内容 | オームの法則、キルヒホッフの法則を利用し、直流回路の計算を行うことができる。 | 4 | 前1 |
| トランジスタなど、ディジタルシステムで利用される半導体素子の基本的な特徴について説明できる。 | 4 | 前5 |
評価割合
| 試験 | 小テスト | その他(取り組み) | 合計 |
| 総合評価割合 | 60 | 30 | 10 | 100 |
| 基礎的能力 | 10 | 0 | 10 | 20 |
| 専門的能力 | 40 | 30 | 0 | 70 |
| 分野横断的能力 | 10 | 0 | 0 | 10 |