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講義名 工学実験(電子) 年度 2020
(副題) 更新日時 2020/03/23 22:46
開講学部・学科 工学部先端工学基礎学科
講義開講時期 前期 講義区分 実験
基準単位数 1.0
実務経験 実務経験のある教員が担当
科目分類名 専門科目
ナンバリングコード/分野 ナンバリングコードX175
英文科目名 Engineering Laboratory
開講学期 5

担当教員
職種氏名職名
教育職員◎ 浮田 宗伯教授
教育職員粟野 博之教授
教育職員岩田 直高教授
教育職員松井 一准教授
教育職員川西 通裕准教授
教育職員小島 信晃助教
教育職員ZHANG, Yuwei助教

授業の目的・方針 「工学基礎実験1、2」に引き続き、電子情報分野の専門科目に関するテーマの実験を行い、講義の内容と対応する実際の現象を体験する。実験目的を理解し、自ら実験の方策を考え、実際の現象を観察・整理・考察することにより、幅広い工学知識を学ぶ。
授業の達成目標 ①工学の基礎的および専門的な知識・技術を駆使して実験を遂行し、データを正確に解析し、工学的に考察する能力を習得する。
②各テーマの実験内容や実験結果を正確に理解し、適確な説明や報告書作成が行える能力を習得する。
学習・教育目標 【学部ディプロマポリシーに基づく。〔対応する授業の達成目標〕】

― (ⅰ)日本語による的確なコミュニケーション能力および英語等の外国語による基本的なコミュニケーション能力 〔   〕
― (ⅱ)物事に対して幅広い見方、考え方ができるとともに、説明できる能力〔   〕
― (ⅲ)十分な工学基礎の知識を修得し、それを工学分野の学習に適用する能力 〔   〕
◎ (ⅳ)機械システム、電子情報および物質工学の各分野の基礎知識とこれらの内少なくとも1分野の専門知識・技術 〔①② 〕
○ (ⅴ)目標を把握し、創造性を発揮し解決策を立て、問題を解決する能力 〔①② 〕
― (ⅵ)修得した学識と能力を応用し、技術者の果たすべき役割と社会的責任を理解しつつ、研究を遂行できる能力 〔   〕
授業計画表
担当教員テーマ内容・達成目標
1浮田パターン認識による顔画像認識機械学習に基づくパターン認識技術は、様々な画像認識を実現する重要な基礎技術である。本テーマでは、パターン認識と画像認識の代表的な例として、サポートベクターマシンと顔画像認識(個人認識)について学ぶ。本テーマの達成目標は以下の通り。
①デジタル画像を計算機に取り込む方法と、プログラムにおけるデジタル画像表現を理解する。
②画像から物体の見え方を表現する特徴量を計算する必要性について理解する。
③単純な最近傍探索による顔認識の性能を確認する。
④サポートベクターマシンによる顔認識の性能を確認する。
⑤競技課題を通して、目標を達成するための創意工夫や、既存のソフトウェア(ライブラリ)を使いこなすための方法を学ぶ。
⑥実験の進行ペースに応じて、最新の機械学習である深層学習による実験を実施する。
2松井デジタルデータと誤り訂正符号テレビ、ラジオ、電話などの通信では、音声、画像などの信号を電波に乗せて(変調)遠方に運び、受信側では変調波から信号を取り出し(復調)再生する。これらは近年デジタル化が進み、よりノイズの少ない大容量の通信が可能となった。またデジタル通信の応用としてはHDDやSSDといったストレージ機器やQRコードも含まれる。ここではデジタル通信の送受信に関連する処理の一部を、MATLAB/Simulink上で実行することにより学ぶ。
①ビット(バイナリ)演算や有限体の演算を理解する。
②拡張ユークリッド法や離散フーリエ変換について理解する。
③デジタル通信において誤り訂正がどのように行われているか学ぶ。
3川西現代制御理論による倒立振子の制御系設計倒立振子は制御入力がなければ自立できない不安定なシステムである。本実験では、倒立振子を安定化する制御実験を通して、ラグランジュの運動方程式と状態空間表現による制御対象のモデリング、現代制御理論を用いた制御システムの設計方法、MATLAB/SIMULINKを用いたシミュレーション、実システムに対する制御系の実装について学習する。本テーマの達成目標は下記の3点である。
①状態および状態空間の概念を理解できる。
②可制御性および安定性の概念を理解できる。
③最適レギュレータを理解し、その設計ができる。
4小島ホール効果測定と半導体素子特性半導体の電気伝導は、純粋な結晶に極微量の不純物ドーピングを行うことにより制御される。伝導型や不純物濃度が異なる複数の半導体試料について、抵抗率測定、Van der Pauw 法によるホール効果測定を行い、半導体の電気的性質の基礎的な事項を学ぶ。また、半導体の基本素子であるダイオードの素子特性を測定し、動作原理を学ぶ。ダイオードの応用例として、発光・受光素子による光通信実験を行う。
本テーマの達成目標は下記の3点である。
①半導体の不純物ドーピングと伝導型、キャリア濃度、移動度の関係を理解する。
②ダイオードの素子特性と、ダイオードによる発光・受光の原理を理解する。
③発光・受光素子による光通信実験を通して、ダイオードの応用を学ぶ。
5岩田、Zhangトランジスタと電子回路バイポーラトランジスタと金属-酸化物-半導体(MOS)構造の電界効果トランジスタ(FET)を用いて、代表的な増幅回路、定電流回路とスイッチ回路を設計した後に作製し、それらの特性を測定する。この一連の実習を通して、トランジスタの構造、動作原理と特性、および各回路の構成と動作原理を理解する。市販の素子とブレッドボードを用いて各自が回路の設計、作製と測定を行うことにより、理論と実際の相違を認識する。本テーマの達成目標は下記の3点である。
①バイポーラトランジスタとMOSFETの構造、動作原理と特性を理解する。
②トランジスタを用いた代表的な回路の構成、動作原理を理解する。
③市販の素子を用いて作製した電子回路の実際を体得する。
6粟野電磁鋼板および磁性薄膜の磁気測定我々の身の回りには、モーターや永久磁石、ハードディスク(HDD)、トランスや磁気センサーなど磁性体を用いたエレクトロニクス製品がたくさんあり、更なる社会発展のためにこれらの性能向上が望まれている。そこで、本実験では磁気に関する基本を学び、モーターやトランスに用いられている電磁鋼板の磁化や磁気異方性エネルギーの測定を行う。また、HDDや磁気センサーなどに用いられている磁性薄膜の磁気特性を磁気光学効果を用いて測定し、磁性薄膜上の磁気パターンを偏光顕微鏡を利用して観察する。
本テーマの達成目標は以下の3点である。
①ソフト磁性材料とハード磁性材料の特徴を理解する。
②ファラデーの法則を利用して電磁鋼板の磁化と磁気異方性を測定し、特徴を理解する。
③磁気光学効果を利用して極薄磁性薄膜の磁気特性を測定し、特徴を理解する。
授業形式 ◆アクティブ・ラーニング型の授業要素を持つ場合は下記該当項目左に○を付してください
 (1)PBL(課題解決型学習)
 (2)反転授業(知識習得の要素を授業外に済ませ、
    知識確認等の要素を教室で行う)
 (3)ディスカッション、ディベート
 (4)グループワーク
 (5)プレゼンテーション
 (6)実習、フィールドワーク
成績評価方法 〔 〕内は対応する授業の達成目標
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レポート70%〔①②〕、取り組み姿勢30%〔①②〕
教科書 テキストを配布する。
参考書、文献 テキスト参照。また、担当教員が紹介する場合がある。
授業オフィスアワー (曜日・時間帯・場所等)
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配布テキストの各実験項目「授業オフィスアワー」欄の記載内容に従う。
準備学習、注意事項 授業時間外の学習 〔準備学習等〕、および学習上の注意事項
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・あらかじめ実験テキストをよく読み、実験の概要を理解しておくこと。
・すべての実験テーマについて実験を行い、レポートを定められた期限までに必ず提出すること。
・全回出席することが前提であり、遅刻は認めない。1テーマでもレポートを提出しなかった場合には、本科目の評点(レポートおよび取り組み姿勢)を0点とする。また安全に反する行為があれば履修を認めない。
関連する科目 <履修しておくことが望ましい科目>
「現代制御理論」、「電子回路工学」