| 科目責任者 | 熊谷 寛 |
|---|---|
| 担当者 | 稻岡 秀検※, 小川 恵美悠, 有阪 直哉, 小菅 智裕※ |
| 科目概要 | ２年 （１単位・必修） [医療工学科 診療放射線技術科学専攻] |
医用工学の講義で説明した電気工学・電子工学の基礎理論を理解することを目標とする。
この科目は学位授与方針(ディプロマ・ポリシー)の①②③④⑤⑦に関連する。
【教育内容】
グループに分かれ、電気工学と電子工学に関連した実習を行う。実習の内容は基礎的であるが、すべてが関連し、電気工学と電子工学の基礎を体系的に理解できる。
【教育方法】
授業形態：実習・実技
１．実習書の内容を講義形式で解説する。実習を通して計測機器の操作方法、測定誤差の概念、理論値と実測値との違いについて系統的に理解させる。
２．実験終了時に、測定した素子の実測値や、測定対象の回路図、実験結果を表にしたものを実習結果報告書としてまとめる。
３．口頭試問の課題については、口頭試問終了直後に、口頭試問の出題の意図、模範解答、模範解答に至るまでの考え方について解説を行う。
４．レポート提出後にMoodle等を用いて、レポート作成における注意事項や、提出レポートに見られた問題点などについて解説を行う。
| 回 | 項目 | 授業内容 | 担当者 | 日時 |
|---|---|---|---|---|
| １回 | 【対面】 ガイダンス | 実験に関する注意事項（安全管理を含む）、実験装置の取り扱い方、実験結果のまとめ方、実験結果の報告法について解説する。 | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 9/22③ |
| ２回 | 【対面】 機器操作の練習 | テスター、オシロスコープ、ファンクションジェネレーターの基本的な使い方について学ぶ。 | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 9/22④ |
| ３〜４回 | 【対面】 直流回路 | マルチメータによる抵抗・コンデンサの測定、直流電圧・電流の計測を行う。次いで電源と抵抗からなる、複雑な直流回路について電圧・電流の計測を行う。 | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 9/29③④ |
| ５回 | 【対面】 直流回路の課題作成 | 実験結果の表を作成する。キルヒホッフの法則、鳳テブナンの定理を用いて理論計算をい、実測値と比較する。最後に到達度の確認のために口頭試問を行う。 | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 9/29⑤ |
| ６～７回 | 【対面】 CR回路の過渡応答 | CR回路（積分回路、微分回路）の過渡応答を測定する。 | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 10/6③④ |
| ８回 | 【対面】 CR回路の過渡応答の課題作成 | 実験結果の表およびグラフを作成する。グラフから２種類の方法で時定数を求め、理論値と比較する。最後に到達度の確認のために口頭試問を行 う。 | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 10/6⑤ |
| ９〜10回 | 【対面】 CR回路の周波数応答 | CR回路（積分回路、微分回路）の周波数特性(振幅、位相)を測定する。 | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 10/13③④ |
| 11回 | 【対面】 CR回路の周波数応答の課題作成 | 実験結果の表およびグラフを作成する。周波数特性(振幅、位相)の理論計算を行い、実測値との比較を行う。グラフから遮断周波数を求め、理論値と比較する。最後に到達度の確認のために口頭試問を行う。 | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 10/13⑤ |
| 12〜13回 | 【対面】 LCR回路の周波数特性 | LCR共振回路の周波数特性(振幅、位相)を測定する。 | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 10/20③④ |
| 14回 | 【対面】 LCR回路の周波数特性の課題作成 | 実験結果の表およびグラフを作成する。LCR共振回路の周波数特性(振幅、位相)の理論計算を行い、実測値との比較を行う。また周波数特性からQ値の算出を行い、理論値と比較する。最後に到達度の確認のために口頭試問を行う。 | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 10/20⑤ |
| 15〜16回 | 【対面】 ダイオードと整流回路 | ダイオードの静特性の測定を行う。ダイオード を用いて半波整流回路・平滑回路を作成し、入 出力波形を観測する。次いで、ダイオードを用 いて全波整流回路､クリッパ回路を作成し、入 出力波形を観測する。 | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 10/27③④ |
| 17回 | 【対面】 ダイオードと整流回路の課題作成 | 実験結果の表およびグラフを作成する。測定結 果を用いてダイオードの内部抵抗のグラフ作成する。理想的なダイオードと実際のダイオードの違いについて考察する。クリッパ回路でダイオードの向きを反対にした場合の波形について予想する。最後に到達度の確認のために口頭試問を行う。 | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 10/27⑤ |
| 18〜19回 | 【対面】 演算増幅器の基礎 | 演算増幅器による反転・非反転増幅回路の製作と周波数特性の計測を行う。次いで、演算増幅器を用いた加算器・減算器を作成し、電圧の加算・減算を行う． | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 11/10③④ |
| 20回 | 【対面】 演算増幅器の基礎の課題作成 | 実験結果の表およびグラフを作成する。反転増幅回路の増幅率の厳密な計算を行う。反転増幅回路・非反転増幅回路において、周波数特性が高域で減衰する理由について考察する。演算増幅器による反転・非反転増幅回路の製作と周波数特性の計測を行う。加算器、減算器の理論値の計算過程を確認する。最後に到達度の確認のために口頭試問を行う。 | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 11/10⑤ |
| 21〜22回 | 【対面】 演算増幅器の応用 | 演算増幅器による差動増幅回路の作成とCMRRの計測を行う。次いで、演算増幅器による微分・積分回路の製作と周波数特性の計測を行う。また、反転増幅器と積分回路・微分回路を組み合わせて、二つ以上の回路による総合周波数特性の測定を行う。 | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 11/17③④ |
| 21〜22回 | 【対面】 演算増幅器の応用の課題作成 | 実験結果の表およびグラフを作成する。差動増幅回路の作成とCMRRの理論値の計算を行う。微分・積分回路の出力波形の理論値計算、周波数特性の理論値計算を行う。総合周波数特性の理論値計算を行う。最後に到達度の確認のために口頭試問を行う。 | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 11/17⑤ |
| 24〜25回 | 【対面】 デジタル回路の基礎 | TTLの静特性の測定を行う。次いで最も基本的な論理回路であるNOT、AND、OR回路の動作をNAND回路を組み合わせて作成する。RSフリップフロップを作成する。JKフリップフロップを用いて2進・4進カウンタを作成する。 | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 11/24③④ |
| 26回 | 【対面】 デジタル回路の基礎の課題作成 | 実験結果の表およびグラフを作成する。NOT、AND、OR回路の論理演算・真理値表の作成を行う。フリップフロップ、カウンタ回路の動作原理について考察する。最後に到達度の確認のために口頭試問を行う。 | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 11/24⑤ |
| 27〜28回 | 【対面】 デジタル回路の応用 | NAND回路を用いた無安定マルチバイブレータを作成し、フリップフロップ回路を用いて無安定マルチバイブレータの動作制御を行う。最後に応用として、フォトインタラプタを用いてフリップフロップ回路を制御し、無安定マルチバイブレータを動作・停止させる滴下センサの模擬回路を実現する。 | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 12/1③④ |
| 29回 | 【対面】 デジタル回路の応用の課題作成 | 実験結果の表およびグラフを作成する。無安定マルチバイブレータ，フォトインタラプタの動作原理について考察する。滴下センサの動作機序について考察する。最後に到達度の確認のために口頭試問を行う。 | 稻岡 秀検 小川 恵美悠 小菅 智裕 有阪 直哉 | 12/1⑤ |
◆実務経験の授業への活用方法◆
研究所での経験を踏まえ、実際の工場などで用いられる、電子デバイスを用いての測定系について実例を挙げて解説する。
企業での機器開発経験を踏まえ、医用工学における原理や応用例の解説、回路組 立て・実験を安全に遂行するための実習指導を行う。
1. 抵抗やコンデンサ等の素子の特性を電子計測機器により計測することができる。
2. 電子計測機器の使用方法を理解し、適切に使用できる。
3. ＣＲ回路の過渡応答､周波数特性について説明できる。
4. ＬＣＲ回路の周波数特性､Ｑ値について説明できる。
5. 増幅器の特性を計測することで、機器の適切な使用方法を説明できる。
6. デジタル回路の基礎を理解し､簡単な論理回路を組み合わせて複雑な回路を作成する手順について説明できる。
口頭試問(35%)、レポート(35%)、実験結果報告書(10%)および期末試験(20%)によって総合判定する。
【授業時間外に必要な学習時間：1.5時間】
予習
本実習は、医用工学の講義と連携して行うので、それぞれの講義内容を理解しておくこと。また実習書に目を通して実習内容の概要を把握しておくこと。
復習
実習終了後に、該当する範囲の医用工学の講義内容を確認すること。
| 種別 | 書名 | 著者・編者 | 発行所 |
|---|---|---|---|
| 教科書 | 医用工学実習 | 北里大学医療衛生学部編 | 教員より配布する。 |
| 参考書 | わかりやすい電気基礎 | 増田英二編著 | コロナ社 |
| 参考書 | 医用電気工学 | 日本エム・イー学会監修 | コロナ社 |
| 参考書 | 医用電子工学 | 日本エム・イー学会監修 | コロナ社 |
| 参考書 | 臨床工学技士のための基礎電子工学 | 稲岡秀検、野城真理 | コロナ社 |
・実習は上記課題を１グループ４～５名に分かれて実施する。
科目ナンバリングコード： RT204-SF12