科目名 アナログ素子・回路特論
単位数 2.0
担当者 システム工学専攻 准教授 福島 勝
履修時期 後期
履修対象 1, 2年生
概要 電気・電子回路を構成する素子の応答を物性の観点から調べてみるとともに、これらの素子からなるシステムである電気・電子回路の動作原理を素子の物性から眺めてみる。
なお、この講義では、対象を抵抗とコンデンサー、および、ダイオード、バイポーラトランジスター、FETの2つの
グループに絞り、その振る舞いを、それぞれ、古典論、および、量子論(バンド構造)で取り扱う(電磁気学自身であるコイルの考察は、時間の関係上、割愛する)。このため、まず、線形応答理論に基づいた微分方程式の解法や原子・分子の電子軌道からバンド構造への展開などを武器にして、素子動作の解析を進める。引き続き、学んだ素子の応答原理を基に、センサ信号処理に必要な積分回路や差動増幅回路,メカトロ機器に必要なモーター駆動回路など、いくつかの回路の動作原理の理解へ発展させ、個々の構成部品の性質から電子回路への展開を体験していく。
科目の到達目標 微分方程式の解法を基盤に据え、物理(主に、力学と電磁気学)や化学で学んだ原子・分子や誘電体の構造などの知識と、電気・電子回路で学んだ回路の知識とを橋渡しして、素子の応答原理や回路の振る舞いを、より幅広い見地から俯瞰できる素養を身に付けることをねらいとする。特に、一見まるで関係ない物理・化学現象が、同じ微分方程式で理解できることや、電子素子が量子的現象を発現していることを認識・体験してもらう。これにより,システムの構成モジュールである電子回路の理解を深める.
受講要件 特になし。
事前・事後学修の内容 講義時間以外でも、講義内容を頭の隅に置いておいて、身近で起こる現象とその内容との関連について考えて欲し
い。また、講義内容に関連しているのではないか、と思われる現象に気付いたら、講義中でも、質問してくれて構わない。
講義内容 1 抵抗の原理と動作
2 コンデンサー
 2-1 誘電緩和
 2-2 ステップ応答
 2-3 正弦波応答
 2-4 ブロッホ方程式とその緩和過程
3 半導体とバンド構造
4 ダイオード
 4-1 バンド構造と pn 接合
 4-2 動作 ( 回路 )
5 トランジスター
 5-1 npn 接合と pnp 接合
 5-2 動作原理
 5-3 増幅回路
6 FET
 6-1 MOS 接合
 6-2 動作原理
 6-3 動作 ( 回路 )
 6-4 バイポーラートランジスターと FET の違い
7 差動増幅回路
8 各種の回路
毎回、講義の最後に、その講義で最も重要な項目について、簡単な質問を行う。
評価方法 毎講義終了時の課題、および、各内容毎の課題への取り組みなどを総合的に評価する。なお、学則に順じ、出席回数が3分の2以上の受講者のみ評価する。
教科書等 教科書は特に指定しない。 講義内容に応じて、適宜、資料を配布したり、参考書などを紹介する。

参考書 :
 小出昭一郎、「物理学」、裳華房 (学部講義「物理学」の教科書)
 藤本淳夫、「常微分方程式」、裳華房 (学部講義「常微分方程式」の教科書)
担当者プロフィール 所属 : 情報科学研究科、システム工学専攻。
専門 : 物理化学。特に、簡単な分子の孤立状態(外界とエネルギー的に孤立した、という意)における量子的振る舞いについて興味をもっており、分子分光という実験的手法により得られた実験結果を基に、理論的、および、数値計算(シミュレーション)的考察とも組み合わせて、この"分子の振る舞い"に関する研究に取り組んでいる。
備考 授業内容や宿題などに関する、学生の個別学習相談を随時受け付けています。
教員の所在は、学内サイネージ等に掲示されていますので、確認の上、研究室を訪ねてみてください。