電子工学Ⅰ

科目基礎情報

学校 旭川工業高等専門学校 開講年度 令和03年度 (2021年度)
授業科目 電子工学Ⅰ
科目番号 0035 科目区分 専門 / 必修
授業形態 講義 単位の種別と単位数 学修単位: 1
開設学科 システム制御情報工学科 対象学年 4
開設期 前期 週時間数 前期:2
教科書/教材 例題で学ぶアナログ電子回路入門 樋口英世著 森北出版株式会社
担当教員 中村 基訓

目的・到達目標

1. 半導体における基本的な物性について理解し,バンド図からpn接合およびキャリアの伝導について説明できる.
2. 接合トランジスタの動作原理について理解し,バンド図を用いて説明できる.
3. 接合型トランジスタの静特性について理解し,図式解法により動作量を求めることができる.

ルーブリック

理想的な到達レベルの目安(優)標準的な到達レベルの目安(良)未到達レベルの目安(不可)
評価項目1(A-2,D-1)半導体における基本的な物性について理解し,バンド図からpn接合およびキャリアの伝導について説明できる.半導体における基本的な物性について理解が若干不足しているが,バンド図からpn接合およびキャリアの伝導についての概要を説明できる.半導体における基本的な物性について理解が不足し,バンド図からpn接合およびキャリアの伝導について説明できない.
評価項目2(A-2,D-1)接合トランジスタの動作原理について理解し,バンド図を用いて説明できる.接合トランジスタの動作原理について理解が若干不足しているが,バンド図を用いて原理の概要を説明できる.接合トランジスタの動作原理について理解が不足し,バンド図を用いて説明できない.
評価項目3(A-2,D-1,D-2)接合型トランジスタの静特性について理解し,図式解法から動作量を求めることができる.接合型トランジスタの静特性について理解が若干不足しているが,手順に基づいて図式解法から動作量を求めることができる.接合型トランジスタの静特性について理解が不足し,図式解法から動作量を求めることができない.

学科の到達目標項目との関係

学習・教育到達度目標 システム制御情報工学科の教育目標 ③ 説明 閉じる
学習・教育到達度目標 本科の教育目標 ③ 説明 閉じる

教育方法等

概要:
半導体における基本的な物性について学習し,エネルギーバンド図からpn接合の構造および電気特性が説明できることを学ぶ.pn接合によるダイオード,接合型トランジスタの動作原理を学び,動作原理が異なる電界効果型トランジスタについて学習する.また,トランジスタ増幅回路の基礎となる図式を用いた動作量解析について学ぶ.
授業の進め方と授業内容・方法:
基本的に反転授業により講義を進める.Google Classroomなどのツールを用いて講義動画を配信するので,自宅などで学習を進める.学校での授業では,例題演習などを通じて,理解を深められるように進める.また,理解度を確認するために,スマートフォンなどによるwebを用いた小テストを実施する.
注意点:
・半導体物性ついてはこれまであまり触れられてこなかった分野であるので,授業に集中してポイントをつかみ,固体中の電子の動きについてイメージを確立してほしい.講義では演習問題を出来るだけ多く扱って基本事項の理解を深める.前提として電気回路の知識が必須となるので,苦手な場合は復習しておくことを勧める.
・教育プログラムの学習・教育到達目標の各項目の割合はA-2(60%) D-1(20%) D-2(20%)とする.
・自学自習(15時間)ついては,日常の授業(30時間)のための予習復習時間,理解を深めるための演習課題の考察・解法の時間や定期試験の準備のための勉強時間を総合したものとする.
・評価については,合計点数が60点以上で単位修得となる.その場合,各到達目標項目の到達レベルが標準以上であること,教育プログラムの学習・教育到達目標の各項目を満たしたことが認められる.

授業の属性・履修上の区分

アクティブラーニング
ICT 利用
遠隔授業対応
実務経験のある教員による授業

授業計画

授業内容・方法 週ごとの到達目標
前期
1stQ
1週 ガイダンス
電気工学の復習
キルヒホッフの電圧則・電流則を適用して,電気回路の基本的な問題が解ける.
2週 電気工学の復習(交流) 正弦波交流の特徴を説明でき,フェーザ表示や記号法で計算ができる.
3週 半導体物性1 電子の電荷量や質量などの基本性質を説明できる.
4週 半導体物性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.
5週 半導体物性3 原子の構造やパウリの排他律により原子の電子配置を説明できる.
結晶,バンド構造,フェルミ・ディラック分布を理解し,金属と絶縁体をバンド図で説明できる.
6週 キャリア密度とフェルミ準位1 状態密度,分布関数を用いて,キャリア密度が算出できる.
7週 キャリア密度とフェルミ準位2 外因性半導体のキャリア密度について,温度域による違いを説明できる.
中間テストではこれまで学んだ内容について,試験を通じて確認する.
8週 中間試験 前半で学んだ内容について,試験を通じて確認する.
2ndQ
9週 テストの返却
電気伝導
半導体中の電気伝導について,説明できる.
ホール効果の原理について説明でき,ホール効果についての簡単な計算ができる.
10週 pn接合とダイオード ダイオードの特徴を説明できる.
pn接合により整流性を持つことを,バンド図を用いて説明できる.
pn接合におけるキャリアの振る舞いが説明できる.
11週 トランジスタ1 接合型トランジスタの動作原理(静特性)について,バンド図を用いて説明できる.
12週 トランジスタ2 FETの特徴と等価回路について説明できる.
電界効果トランジスタの構造と動作について説明できる.
13週 トランジスタ3 接合型トランジスタの特徴と等価回路を説明できる.
接合型トランジスタの動作点を導出できる.
14週 トランジスタ4 接合型トランジスタの動作量について,静特性から図式解法を用いて算出できる.
15週 トランジスタ5 トランジスタのスイッチング動作について説明できる.
16週 期末試験 これまで学んだ内容について,試験を通じて確認する.

評価割合

試験・小テスト課題合計
総合評価割合7030100
基礎的能力000
専門的能力7030100
分野横断的能力000