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教員名 : 高橋 泰樹
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開講年度
2025年度
開講学期
後期
科目名
アナログ電子回路
授業種別
講義
科目名(英語)
Analog Electronic Circuit
授業情報(授業コード・クラス・授業形態)
A0100001 アナログ電子回路 [S4][対面]
担当教員
高橋 泰樹
単位数
2.0単位
曜日時限
火曜3限
キャンパス
八王子
教室
1N-401講義室
学位授与の方針
1 基礎知識の修得 10 %
2 専門分野の知識・専門技術の修得 80 % 3 汎用的問題解決力の修得 10 % 4 道徳的態度と社会性の修得 0 % 具体的な到達目標
トランジスタの基礎的な特性・使い方を理解できる。
トランジスタのバイアス回路の役割(必要性)を理解できる。 トランジスタを用いた増幅回路、簡単な応用回路について理解できる。 バイポーラトランジスタとユニポーラトランジスタ(FET)の動作原理の違いを理解できる。 帰還回路、差動増幅回路について理解し、オペアンプの特徴や基本的な動作を理解できる。 受講にあたっての前提条件
回路理論Ⅰ、Ⅱで学習した回路理論の基礎、回路解析の基礎および、交流理論の基礎を十分に理解した上で履修することが望ましい。
授業の方法とねらい
ダイオードやトランジスタという単語はよく耳にする基本的な半導体部品であり、それらの構造等もちょっとした文献でよく目にすることができる。しかし、これらダイオードやトランジスタを具体的に電子回路中で動作させるには、どのように電源・入力・出力を接続したらいいのかは別の話である。
本講義では、アナログ系電子回路の基本機能として、これらダイオード、トランジスタの基本特性を学び、どのように電圧を与え、電流を流したら動作させられるのか、トランジスタのバイアス回路の基本設計及び、増幅回路の働きと等価回路による動作量の計算法(理論解析)の基礎について理解を深める。また、トランジスタを応用した回路として増幅回路、差動増幅回路(OPアンプ)の基本回路についても理解を深める。OPアンプはアナログ演算もでき、また測定器や計測器の増幅回路として一般的に広く使われている。 AL・ICT活用
特に活用しない
第1回
授業形態
対面
事前学習
電気回路理論Ⅰ、Ⅱで学んだ基本的な内容(電圧降下(オームの法則)、キルヒホッフの法則、回路解析手法)について再確認しておくこと。
2時間
授業内容
電気回路理論の内容の再確認(復習)
オームの法則、合成抵抗、キルヒホッフの法則を活用し問題なく回路方程式が立てられ、解けることを確認する。 (ダイオードやトランジスタの周辺回路を考える上で必要となる。) 事後学習・事前学習
電気回路理論の内容の再確認。
問題なく回路方程式が立てられ、解けるように。 身の回りに使われている半導体デバイスについて、どのようなものが、どのようなところで、どのような目的で使われているのか、認識しておく。 2時間
第2回
授業形態
対面
授業内容
半導体の基本的な性質を学ぶ。p型、n型半導体の違いを理解し、1つの半導体にp型、n型を作り込むと、ダイオードとして動作することを理解する。
ダイオードのの基本動作と特性について学ぶ。 ・基本動作 ・静特性 ・簡単なダイオード回路 ・定電圧ダイオード ・発光ダイオード 事後学習・事前学習
ダイオードの基本原理と基本動作を確認。
4時間
第3回
授業形態
対面
授業内容
p型、n型の半導体により(バイポーラ)トランジスタが構成できることを理解する。
トランジスタの基本動作、接地方式について学ぶ。 また、静特性についても学ぶ。 ・基本動作 ・接地方式 ・静特性 事後学習・事前学習
トランジスタの基本原理と基本動作を確認。
pnp型、npn型の違いを確認。接地方式を確認。 4時間
第4回
授業形態
対面
授業内容
トランジスタをアナログ的に動作させるためにバイアス電圧が必要なことを学ぶ。
また、電流増幅、電圧増幅の原理について学ぶ。 ・バイアス電圧と動作点 ・電流増幅、電圧増幅 ・負荷線と動作点 事後学習・事前学習
静特性のグラフに正しく負荷線を引き、動作点を決定できるように例題を中心に復習。
4時間
第5回
授業形態
対面
授業内容
2電源方式から1電源方式にするための各バイアス方式の違いを認識する。
各バイアス方式の違いを認識する。 バイアス回路構成に必要なトランジスタの周辺抵抗の値を計算できるようにする。 ・固定バイアス回路 ・自己バイアス回路 ・電流帰還バイアス回路 ・交流負荷線、直流負荷線 事後学習・事前学習
各バイアス方式の違いを認識する。
回路に必要な抵抗の値を計算できるようにする。 4時間
第6回
授業形態
対面
授業内容
hパラメータと静特性の関係について理解し、等価回路が書けるようにする。
・hパラメータ ・hパラメータを用いた等価回路 事後学習・事前学習
hパラメータと静特性の関係を確認。
等価回路が書けるようにする。 4時間
第7回
授業形態
対面
授業内容
トランジスタの周辺回路にコンデンサが含まれることや、トランジスタ自体が静電容量を持つことから、トランジスタ回路が周波数特性を持つことを学ぶ。
・デシベル表記 ・トランジスタ回路の簡単な周波数別回路解析 事後学習・事前学習
トランジスタ回路が周波数特性を持つことを確認する。
主に何がその要因になっているのかを理解する。 4時間
第8回
授業形態
対面
授業内容
電界効果トランジスタ(ユニポーラトランジスタ)の基本構造や基本動作原理について学ぶ。
バイポーラトランジスタとの動作原理の違いを理解する。 ・接合型電界効果トランジスタの基本動作 ・MOS型電界効果トランジスタの基本動作 事後学習・事前学習
バイポーラトランジスタとの動作原理の違いを確認。
4時間
第9回
授業形態
対面
授業内容
電界効果トランジスタ(ユニポーラトランジスタ)の基本構造や基本動作原理について学ぶ。
・接合型電界効果トランジスタの静特性 ・MOS型電界効果トランジスタの静特性 ・C-MOS 事後学習・事前学習
バイポーラトランジスタとの特性の違いを確認。
4時間
第10回
授業形態
対面
授業内容
電界効果トランジスタの基本的なバイアス回路について簡単に学ぶ。
・バイアス回路と増幅作用 事後学習・事前学習
電界効果トランジスタのバイアス回路について確認し、バイポーラトランジスタとの違いを認識する。
4時間
第11回
授業形態
対面
授業内容
比較的大きな電力を増幅するための電力増幅回路の基礎について学ぶ。
A級、B級の違いについて理解する。 ・A級増幅回路 ・B級増幅回路 事後学習・事前学習
A級、B級の違いについて確認。
4時間
第12回
授業形態
対面
授業内容
負帰還回路の基礎について学ぶ。
負帰還の種類 増幅回路に負帰還を適用することで、周波数帯域の拡大ができる基本的な原理を理解する 事後学習・事前学習
一般的な増幅回路では負帰還回路が使われていることを確認。
負帰還回路の有効性を理解。 4時間
第13回
授業形態
対面
授業内容
差動増幅回路の基本動作について学び、それがIC化されたOPアンプの基本について学ぶ。・差動増幅回路の基本原理
・理想OPアンプ(仮想接地、スルーレート) OPアンプが別名演算増幅器と呼ばれることを認識し基本応用回路について学ぶ。 ・反転/非反転増幅回路、差動増幅回路 ・加算回路、減算回路 事後学習・事前学習
OPアンプの基本〜応用回路を確認。
4時間
第14回
授業形態
遠隔(オンデマンド)
授業内容
【オンデマンドEX】
全体を通しての復習を練習問題を使って行う。 指示した日までに実施すること。 事後学習・事前学習
1回目から13回目までのそれぞれの重要なポイントについて復習
4時間
第15回
授業形態
対面
授業内容
学修到達度の確認(授業内試験)
事後学習
全体を通し半導体デバイスがどのような動作をするのか、それぞれ動作させるためにどのような周辺回路が必要なのかを確認し、理解する。
また、それぞれ世の中でどのように役に立つのかを確認する。 4時間
成績評価の方法
学期末筆記試験を14回目に実施し、A+〜F の6段階で評価し、D以上の者を合格とする。
受講生へのフィードバック方法
オンデマンド授業となる「第14回」に、KU-LMSに全体の講評をアップロードする。
教科書
アナログ電子回路、大類重範[日本理工出版会]
参考書
様々な本が出版されているので、特に「これ」といった参考書を指定しないが、例えば、
・電子回路 基礎から応用まで、坂本康正[協立出版] ・基本からわかる電子回路 渡部英二 監修[オーム社] オフィスアワー
毎週水曜日 17:30〜21:00
八王子5号館704室 受講生へのメッセージ
・電気回路理論Ⅰ、Ⅱで習う回路解析の基礎や理論を十分に理解した上で授業を受けることが望ましい。
・身の回りの電子機器や、測定器に当たり前の様に用いられている半導体デバイス(ダイオード、トランジスタ、OPアンプ)回路の基礎についての講義であり、応用物理学科の学生としてはある程度、常識として知っておくべき基礎的な内容でもある。 実務家担当科目
実務家担当科目ではない
実務経験の内容
教職課程認定該当学科
該当なし
その他の資格・認定プログラムとの関連
関連する科目でない
教育課程コード
Ⅲ2c
教育課程コードの見方【例】 Ⅰ2a(Ⅰ…Ⅰ群、2…2年配当、a…必修) ※ a : 必修 b : 選択必修 c : 選択 ※複数コードが表示されている場合には入学年度・所属学科の学生便覧を参照のこと
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