概要:
電子工学Ⅰでは、古典力学的な電子の運動、量子力学の基礎、金属、半導体などの物性およびpn接合の学習を行う。またpn接合を利用したダイオードとバイポーラトランジスタの動作原理と特性について学ぶ。
授業の進め方・方法:
授業方法は講義を中心として進め、適宜演習を行う。最初の古典的な電子の運動の取り扱いでは、２学年までに学習した力学と電磁気学が基礎となるので、必要に応じてこれらの復習も行う。また、年間に４回の課題の提出を求める。
注意点:
電子の話は目に見えないミクロの世界であるから、直観的に理解しにくい。したがって各自で電子に対するイメージを頭の中に描けるようにすることが大切である。また、電子の質量で代表されるような非常に小さい数から、電子の個数のように非常に大きな数までを扱うので、その取り扱いに慣れておくこと。
|
|
週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
ガイダンスおよび必要な知識の確認 |
授業の目標や進め方、必要な知識、成績評価の方法について理解する。
|
| 2週 |
真空中の電子の運動１ |
電界中での電子の運動を理解する。
|
| 3週 |
真空中の電子の運動２ |
磁界中での電子の運動を理解する。
|
| 4週 |
電子放出 |
金属からの熱電子放出、光電子放出、二次電子放出、電界放出を理解する。
|
| 5週 |
黒体放射 |
量子力学の誕生につながった黒体放射を学習することにより、エネルギの量子化を理解する。
|
| 6週 |
光電効果 |
光電効果の実験結果より光の粒子性を理解する。
|
| 7週 |
物質波 |
ド・ブロイの理論により物質の波動性を理解する。
|
| 8週 |
前期中間試験 |
|
| 2ndQ |
| 9週 |
原子内の電子１ |
ボーアの仮説から原子のエネルギが量子化されることを定性的に理解する。
|
| 10週 |
原子内の電子２ |
定量的な取り扱いにより、ボーアの仮説が正しいことを理解する。
|
| 11週 |
金属中の電子の運動１ |
古典的な金属中の電子の運動と移動度を理解する。
|
| 12週 |
金属中の電子の運動２ |
古典的な金属中の電子の取り扱いからオームの法則の理論的導出法を理解する。
|
| 13週 |
半導体の基本的性質 |
半導体の基本的性質を理解する。
|
| 14週 |
半導体の種類と応用 |
半導体の種類と応用を理解する。
|
| 15週 |
前期定期試験 |
|
| 16週 |
答案返却・解答解説 |
|
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
真性半導体 |
半導体の結晶構造および真性半導体の電気伝導について理解する。
|
| 2週 |
外因性半導体 |
外因性半導体であるp形およびn形半導体の電気伝導について理解する。
|
| 3週 |
半導体の電気伝導機構１ |
半導体に流れるドリフト電流について理解する。
|
| 4週 |
半導体の電気伝導機構２ |
半導体に流れる拡散電流について理解する。
|
| 5週 |
pn接合１ |
pn接合の構造と作成方法を理解する。
|
| 6週 |
pn接合２ |
pn接合が整流性を示す理由を理解する。
|
| 7週 |
pn接合３ |
pn接合の電流-電圧特性について理解する。
|
| 8週 |
後期中間試験 |
|
| 4thQ |
| 9週 |
pn接合の特性解析１ |
pn接合にポアソンの方程式を適用する方法を理解する。
|
| 10週 |
pn接合の特性解析２ |
ポアソンの方程式を解き、pn接合の電位分布と拡散電位を理解する。
|
| 11週 |
pn接合の特性解析３ |
電位分布からpn接合の空乏層容量を求める手法を理解する。
|
| 12週 |
ダイオード |
pn接合を利用した整流器、定電圧ダイオード、可変容量ダイオードの動作原理と特性を理解する。
|
| 13週 |
バイポーラトランジスタ１ |
バイポーラトランジスタの構造と動作原理を理解する。
|
| 14週 |
バイポーラトランジスタ２ |
バイポーラトランジスタの特性を理解する。
|
| 15週 |
後期定期試験 |
|
| 16週 |
返却答案返却・解答解説 |
|
| 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 |
| 基礎的能力 | 数学 | 数学 | 数学 | 導関数の定義を理解している。 | 3 | |
| 簡単な場合について、関数の極限を求めることができる。 | 3 | |
| 微分係数の意味や、導関数の定義を理解し、導関数を求めることができる。 | 3 | |
| 積・商の導関数の公式を用いて、導関数を求めることがができる。 | 3 | |
| 合成関数の導関数を求めることができる。 | 3 | |
| 三角関数・指数関数・対数関数の導関数を求めることができる。 | 3 | |
| 逆三角関数を理解し、逆三角関数の導関数を求めることができる。 | 3 | |
| 関数の増減表を書いて、極値を求め、グラフの概形をかくことができる。 | 3 | |
| 極値を利用して、関数の最大値・最小値を求めることができる。 | 3 | |
| 簡単な場合について、関数の接線の方程式を求めることができる。 | 3 | |
| 2次の導関数を利用して、グラフの凹凸を調べることができる。 | 3 | |
| 関数の媒介変数表示を理解し、媒介変数を利用して、その導関数を求めることができる。 | 3 | |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 電気・電子系分野 | 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。 | 3 | 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。 | 3 | 前2 |
| 原子の構造を説明できる。 | 3 | 前10 |
| 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。 | 3 | 前12 |
| 真性半導体と不純物半導体を説明できる。 | 3 | 後2 |
| 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。 | 2 | 後7 |
| 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。 | 2 | 後14 |