到達目標
1. ダイオードとトランジスタの動作特性が説明できる。
2. トランジスタによる増幅回路の動作原理が説明できる。
3. 演算増幅器を用いた基本増幅回路と演算回路が説明できる。
4. CPLD, FPGAによるプログラマブルディジタルICの設計が理解できる。
5. ハードウェア記述言語による回路設計が理解できる。
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 |
ダイオードとトランジスタの動作特性 | ダイオードとトランジスタの動作特性が説明できる。 | ダイオードとトランジスタの動作特性が理解できる。 | ダイオードとトランジスタの動作特性が理解できない。 |
トランジスタのバイアス回路と増幅の原理 | トランジスタのバイアス回路と増幅の原理が説明できる。 | トランジスタのバイアス回路と増幅の原理が理解できる。 | トランジスタのバイアス回路と増幅の原理が理解できない。 |
演算増幅器 | 演算増幅器を用いた基本増幅回路と演算回路が説明できる。 | 演算増幅器を用いた基本増幅回路と演算回路が理解できる。 | 演算増幅器を用いた基本増幅回路と演算回路が理解できない。 |
回路シミュレータによる計算 | SPICEを用いて様々な電子回路の設計、計算ができ、説明ができる。 | SPICEを用いて様々な電子回路の設計、計算ができる。 | SPICEを用いた電子回路の設計、計算ができない。 |
A/D変換、D/A変換 | A/D変換、D/A変換の動作原理が理解でき、様々な方法について説明できる。 | A/D変換、D/A変換の動作原理が理解できる。 | A/D変換、D/A変換の動作原理が理解できない。 |
プログラマブルディジタルICの設計 | FPGAの設計方法が理解でき、簡単なディジタル機能が実現できる。 | FPGAの設計方法が理解できる。 | FPGAの設計方法が理解できない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
前期では、第3学年で学んだ電子回路Ⅰをもとにコンピュータによる電子回路シミュレータ(SPICE)を用いて半導体素子の特性と電子回路の動作原理を理解する。電子回路シミュレーションではDC、AC、過渡解析の解析方法を学び、自ら電子回路を解析できる能力を養う。ダイオードによる整流回路とトランジスタによる基本増幅回路をシミュレーションする。さらに演算増幅による増幅回路と基本的な演算回路を計算し、最後に発振回路の動作原理を学ぶ。
後期では、現在広く使用されるディジタル集積回路(IC)について学ぶ。まずプログラマブルICの構造と設計方法を理解し、主な設計法である回路図入力法とハードウェア記述言語による設計法を習得する。さらに自ら設計した回路を評価ボードに実装し、その動作を確認する。
授業の進め方・方法:
個人のパソコンを用いて回路シミュレータとFPGAの総合開発ソフトウェアによる実習と、座学による理論説明を並行しながら授業を行う。
実習では与えられた電子回路をSPICEを通して解析し、その結果と課題を文章でまとめ提出する。
後期、ディジタルICでは、開発用ソフトウエアの使い、自ら電子回路の設計ができることを目指す。
注意点:
実習において、毎回課題が提示され、次週までにまとめ提出することとなる。学修単位であるため、授業時間内に終わらない課題は自学自習を行うこと。
授業の属性・履修上の区分
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 |
電子回路のガイダンスと電子回路の学ぶための基礎 |
電子回路は何か、真空管による整流動作、増幅動作が理解できる。電子回路を学ぶための基礎が理解できる。
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2週 |
SPICEのインストールと回路図作成 |
電圧源、各種素子による回路図作成とDC、AC解析ができる。
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3週 |
受動素子RLC回路によるシミュレーション |
受動素子による過渡解析ができ、DC,AC,過渡解析の結果をまとめ報告できる。
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4週 |
ダイオードの特性 |
整流用ダイオード、ツェナーダイオードのIV特性を理解する。ダイオードによる半波・全波整流回路の設計と計算ができる。
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5週 |
バイポーラ接合型トランジスタ |
BJTのIV特性を理解する。
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6週 |
電界効果トランジスタの特性 |
JFETとMOSFETの動作とIV特性を理解する。MOS構造を理解する。
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7週 |
中間試験 |
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8週 |
トランジスタによる増幅回路 |
トランジスタによるエミッタ接地増幅回路の動作原理を理解する。
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2ndQ |
9週 |
増幅回路の周波数特性 |
信号増幅回路の周波数特性を理解する。
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10週 |
電力増幅回路 |
電力増幅回路であるB級増幅回路の動作原理を理解する。
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11週 |
差動増幅回路 |
差動増幅回路の動作原理を理解する。
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12週 |
演算増幅器 |
演算増幅器であるオペアンプICの動作原理を理解する。
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13週 |
オペアンプIC |
オペアンプICによる様々な回路の計算ができる。
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14週 |
発振回路 |
発振回路のシミュレーションによる設計と動作原理を理解する。
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15週 |
期末試験 |
確認試験を行う。
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16週 |
総復習 |
これまでのまとめ
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後期 |
3rdQ |
1週 |
真空管から集積回路 |
電子回路が集積化に進んだ背景を理解する。
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2週 |
DTL集積回路 |
DTL( Diode-Transistor Logic )集積回路による基本論理回路を理解する。
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3週 |
TTL集積回路 |
TTL( Transistor-Transistor Logic )集積回路による基本論理回路を理解する。
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4週 |
CMOS |
CMOSインバータの動作原理と、CMOSによる基本ゲート回路の動作を理解する。
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5週 |
CMOS集積回路 |
LTspiceによる複雑なロジック回路の設計ができる。
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6週 |
アナログとデジタル |
アナログとデジタル量、標本化とサンプリング定理、量子化と量子化誤差を理解し、A/D変換の原理を理解する。
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7週 |
D/A変換 |
様々なD/A変換回路方式を理解する。
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8週 |
中間試験 |
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4thQ |
9週 |
プログラマブルICの紹介と設計法 |
PLD(Programable Logic Device)、FPGA(Field Programmable Gate Array)の構造や設計方法が理解する。
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10週 |
プログラマブルICの回路図入力による設計と動作確認 |
プログラマブルICにおける基本ゲート回路の入力と動作確認ができる。
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11週 |
HDLによる回路設計 |
HDL(Hardware Description Language)による回路設計と動作確認ができる。
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12週 |
HDLの文法 |
Verilog HDLの基本文法が理解する。
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13週 |
評価ボードへの実装と動作確認 |
FPGAによる評価ボードへの実装ができ、作成した回路の動作確認ができる。
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14週 |
順序回路 |
組み合わせ回路と順序回路のHDL記述を理解する。両方の設計法による回路の動作が確認できる。
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15週 |
期末試験 |
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16週 |
総復習 |
これまでのまとめ
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評価割合
| 定期試験 | 実習課題 | 合計 |
総合評価割合 | 50 | 50 | 100 |
基礎的能力 | 0 | 0 | 0 |
専門的能力 | 50 | 50 | 100 |
分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 |