2024年度 学院等開講科目 工学院 電気電子系 電気電子コース
電気的モデリングとシミュレーション
- 開講元
- 電気電子コース
- 担当教員
- 山田 明 / 盛 健次
- 授業形態
- 講義
- メディア利用科目
- -
- 曜日・時限
(講義室) - 水1-2 (S2-203(S222)) / 金7-8 (S2-203(S222))
- クラス
- -
- 科目コード
- EEE.G411
- 単位数
- 200
- 開講時期
- 2024年度
- 開講クォーター
- 1Q
- シラバス更新日
- 2025年3月14日
- 使用言語
- 日本語
シラバス
授業の目的（ねらい）、概要
デバイスやシステムの構造と動作の抽象化であるモデリングとそのモデルを用いたシミュレーションは科学技術の基盤技術である。本科目は電気電子工学における代表的な分野である，電子回路，電子材料におけるモデル手法とシミュレーション技術を取り扱う。
本科目では電気的モデル手法とシミュレーション技術の原理を学ぶだけでなく，MATLAB等を用いたプログラムを自ら作成することで，電磁気学，電子回路，固体物理学などの知識を活用して実際の課題を解く能力を身につけることを狙いとする。
到達目標
本科目を履修することで次の能力を修得する。
１）MATLABを用いた簡単なシミュレーションプログラムを作成できる
2）電子回路のモデル化とシミュレーションプログラムを作成できる
3）第1原理計算を説明できるとともに，シミュレーションプログラムを作成できる
キーワード
MATLAB, SPICE, 回路シミュレータ，修正節点解析法，線形化手法，有限差分法，有限要素法，境界要素法，モーメント法，マックスウエルの方程式，数値積分，量子力学，シュレディンガー方程式，第1原理計算，逆格子ベクトル，擬ポテンシャル
学生が身につける力
- 専門力
- 教養力
- コミュニケーション力
- 展開力 (探究力又は設定力)
- 展開力 (実践力又は解決力)
授業の進め方
学生は授業前にOCW-iに掲載する講義資料を読んでおくことが必要である。毎回，講義の最後に課題を課す。学生は課題に対してレポートを作成し，次の講義で提出すること。プログラムはMATLABを用いるので，予め自らのPCにインストールしておくこと。
授業計画・課題
| 授業計画 | 課題 | |
|---|---|---|
| 第1回 | 電気電子工学とシミュレーション技術 | 電気電子工学に現れるシミュレーション技術の概要を説明できる |
| 第2回 | MATLAB/SimLinkとPythonについて | MATLABの概要と基本的なプログラミング方法についての説明。各自MATLABをインストール済のPCを持参のこと 。 MATLAB/SimLinkの概要と基本的なプログラミングができる |
| 第3回 | 電子回路シミュレーション -回路シミュレーションの基礎と電気的モデル- | 修正節点法について説明できる。 |
| 第4回 | 電子回路シミュレーション -抵抗（特殊から汎用）、容量とインダクタのモデリング- | 容量・インダクタのモデリングと過渡・AC解析が説明できる。 |
| 第5回 | 電子回路シミュレーション -ダイオード、BJT、JFET、MESFETのモデリング- | ダイオードのモデリングを説明できる。 |
| 第6回 | 電子回路シミュレーション -MOSトランジスタのモデリング- | MOSトランジスタのモデリングを説明できる。 |
| 第7回 | 電子回路シミュレーション -デバイスパラメータ抽出技術- | デバイスパラメータ抽出を説明できる。 |
| 第8回 | 機械学習(AI)とモデルパラメータ抽出 | 機械学習の基礎と回路シミュレータが扱えるモデルに変換することができる。 |
| 第9回 | 第1原理計算 -量子力学の基礎- | 量子力学の基礎を説明できる |
| 第10回 | 第1原理計算 -波動方程式の解き方（2準位系）- | 2準位系の波動方程式が解ける |
| 第11回 | 第1原理計算 -波動方程式の解き方（1次元のバンド）- | 1次元のバンド図が解ける |
| 第12回 | 第1原理計算 -逆格子ベクトル- | 逆格子ベクトルとその使用法を説明できる |
| 第13回 | 第1原理計算 -空格子近似- | 空格子近似が説明できる |
| 第14回 | 第1原理計算 -擬ポテンシャルから第1原理計算へ- | 第1原理計算の概念が説明できる |
準備学修(事前学修・復習)等についての指示
学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。
教科書
なし。
参考書、講義資料等
講義資料をT2SCHOLAに掲載するので，講義前にダウンロードしておくこと。
参考書として以下を推奨する。
(1) 「MATLABで学ぶ 回路シミュレーションとモデリング」 盛 健次・松澤 昭 鳥影社 （ISBN＃: 978-4-86265-839-5）
(2) 「半導体物理」 浜口智尋 朝倉書店 （ISBN#: 9784254221459）
成績評価の方法及び基準
山田50点，盛50点の合計100点。レポートと期末試験で点数をつける。
関連する科目
- 特になし
履修の条件・注意事項
特になし。
連絡先 (メール、電話番号) ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。
盛先生：mori.k.bd[at]m.titech.ac.jp
山田：yamada.a.ac[at]m.titech.ac.jp
オフィスアワー
随時メールで連絡の上，教員室に来室のこと。