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2019 9급 국회 전자공학개론

1번

왼쪽 AB=00AB=00열과 오른쪽 AB=10AB=10열을 묶자. 그러면 B=0B=0일 때 11임을 알 수 있다. 다음으로 ABC=110ABC=110과 ABC=100ABC=100을 묶자. 그러면 AC=10AC=10일 때 11임을 알 수 있다. 따라서 이를 조합하면

B‾+AC‾\overline{B}+A\overline{C}

이므로 답은 1번이다.

2번

왼쪽에서 오른쪽으로 가면서 이득이 −216,−28,−24,−22-\frac{2}{16}, -\frac{2}{8}, -\frac{2}{4}, -\frac{2}{2}로 2배가 된다. 그리고 출력전압은 중첩에 의해 각 입력에 대한 출력의 합이다. 주어진 입력이 1011이므로 출력 전압은

Vo=(−216−24−22)×16=−2−8−16=−26 V\begin{equation} \begin{split} V_o&=\left(-\frac{2}{16} -\frac{2}{4}-\frac{2}{2}\right)\times 16\\ &=-2-8-16\\ &=-26 \text{ V} \end{split} \end{equation}

이므로 답은 4번이다.

3번

000->001->011->111->110->100->001 으로 변한다. 따라서 답은 5번이다.

4번

B=0B=0이거나 AC=00AC=00일 때 11이 출력된다. 따라서

Y=A‾C‾+B‾=A‾⋅C‾+B‾‾‾=A‾⋅C‾‾B‾=(A+C)B‾\begin{equation} \begin{split} Y&=\overline{A}\overline{C}+\overline{B}\\ &=\overline{\overline{\overline{A}\cdot\overline{C}+\overline{B}}}\\ &=\overline{\overline{\overline{A}\cdot\overline{C}}B}\\ &=\overline{(A+C)B} \end{split} \end{equation}

이므로 답은 2번이다.

5번

반복주파수는 주기의 역수이므로 f=110×10−6=105=100 kHzf=\frac{1}{10\times 10^{-6}}=10^5=100 \text { kHz}이다. 듀티 사이클은 주기 대비 펄스 폭이므로 D=110=0.1=10 %D=\frac{1}{10}=0.1=10 \text{ \%}이다. 평균값은 6×D+1×(1−D)=0.6+0.9=1.5 V6\times D+1\times(1-D)=0.6+0.9=1.5 \text { V}이다. 따라서 답은 3번이다.

6번

Ca=w⋅ϵr1d2∣∣w⋅ϵr2d2=2wd⋅ϵr1ϵr2ϵr1+ϵr2\begin{equation} \begin{split} C_a&=\left. \frac{w\cdot \epsilon_{r1}}{\frac{d}{2}}\right|\left| \frac{w\cdot \epsilon_{r2}}{\frac{d}{2}}\right.\\ &=\frac{2w}{d}\cdot \frac{\epsilon_{r1}\epsilon_{r2}}{\epsilon_{r1}+\epsilon_{r2}} \end{split} \end{equation}

이고,

Cb=w2⋅ϵr1d+w2⋅ϵr2d=w2d⋅(ϵr1+ϵr2)\begin{equation} \begin{split} C_b&=\frac{\frac{w}{2}\cdot \epsilon_{r1}}{d}+\frac{\frac{w}{2}\cdot \epsilon_{r2}}{d}\\ &=\frac{w}{2d}\cdot(\epsilon_{r1}+\epsilon_{r2}) \end{split} \end{equation}

이다. 한편

ϵr1:ϵr2=1:3\epsilon_{r1}:\epsilon_{r2}=1:3

으로 주어져 있으므로 대입해서 비율을 구하면

Ca:Cb=2⋅34:12⋅4=3:4\begin{equation} \begin{split} C_a:C_b&=2\cdot\frac{3}{4}:\frac{1}{2}\cdot 4\\ &=3:4 \end{split} \end{equation}

이다. 그러므로

Ca=34CbC_a=\frac{3}{4}C_b

이므로 답은 3번이다.

7번

옴의 법칙은 전류밀도가 전기장에 비례하며, 비례 상수는 도전율이라는 것이다. 수식으로 표현하면

J⃗=σE⃗\vec{J}=\sigma\vec{E}

이므로 답은 2번이다.

8번

고온에서는 실리콘 원자에서 나오는 진성캐리어 농도가 크게 높아져서 반도체의 특성을 결정하던 도핑으로 만들어지는 캐리어의 농도가 압도된다. 따라서 반도체의 특성을 잃게 되는 것이다. 그러므로 답은 4번이다.

9번

반도체 내에서 저항은 도선 길이를 조정해서 만들거나 트랜지스터를 이용해서 능동 저항으로 구현한다. 포토레지스트는 빛(photo)에 대한 저항(resist)를 말하는 것이다. 따라서 답은 5번이다.

10번

전압버퍼는 작은 전압도 잘 전달받아야 하므로 입력 저항이 커야 한다. 그래야 입력 전압의 소스에 내부 저항이 있더라도 더 큰 비율로 전압을 분배받을 수 있기 때문이다. 출력 저항은 작아야 로드에 더 많은 전압이 분배될 수 있다. 전류버퍼의 경우 정반대로 전류를 더 잘 받아야 하므로 입력 저항이 작아야 하고, 출력 저항이 커야 전류가 로드로 더 많이 흐를 것이다. 테브닌, 노턴 등가회로를 생각해보자. 답은 4번이다.

11번

  • 제너 다이오드: 항복 영역 동작 / 일정 전압 유지(전압조정기)
  • 버랙터: 가변 커패시터(variable+capacitor=varactor) / 회로의 공진 주파수 조정 가능->튜너
  • 터널 다이오드: 역전압이 걸릴 때 매우 좁아지는 공핍 영역을 캐리어들이 터널링하여 이동함에 따라 부성 저항 특성 가짐 / 발진기에 사용
  • 발광 다이오드: 전자-정공 쌍이 합쳐지면서 내놓는 에너지를 빛으로 발산
  • 포토다이오드: 일함수보다 큰 에너지를 가지는, 충분한 주파수의 빛(광자)이 실리콘 결정에 닿으면서 자유 전자를 만들어내는 광전 효과를 이용하여 빛 감지
  • 쇼트키 다이오드: 금속-반도체 접합으로 만들어지는 다이오드로 정공 또는 전자 중 한 종류의 캐리어만 이용하는 단극 소자이며 이에 따라 반대편 영역으로 넘어간 캐리어의 감소가 빠르게 일어남에 따라 고속 스위칭에 활용

따라서 답은 1번이다.

12번

휘트스톤 브리지 회로이다. 가운데 전류계의 전류가 0임은 양단의 전압이 같다는 뜻인데 이는 평형 저울이 평형을 유지하는 상태라고 생각할 수 있다. 수식으로 구하면 양단의 전압이 같으므로

100:5=500:Rx⇒100Rx=500⋅5100:5=500:R_x \Rightarrow 100R_x=500\cdot 5

이기 때문에 마주보는 저항끼리의 곱이 같은 것이다. RxR_x를 위 식에서 구하면

Rx=25 ΩR_x=25 \text{ }\Omega

이다. 따라서 RxR_x에 걸리는 전압은

V=105×25525=5 VV=105\times \frac{ 25}{525}=5\text{ V}

이다. 그러므로 소비전력은

P=V2R=2525=1.0 WP=\frac{V^2}{R}=\frac{25}{25}=1.0\text{ W}

이고 답은 1번이다.

13번

복소 임피던스인 부하에 최대 전력을 공급하기 위해서는 전원측 임피던스와 부하측 임피던스가 서로 공액복소수 관계여야 한다. 즉 등가 부하 임피던스가 18+j9 Ω18+j9 \text{ }\Omega여야 한다. 한편 1차측에서 전압 V1V_1을 가하면 2차측에는 V1N2N1V_1\frac{N2}{N1}의 전압이 가해지고, 이 때 1차측 전류를 I1I_1이라 할 때 2차측에 흐르는 전류는 I1N1N2I_1\frac{N1}{N2}이다. 따라서 부하의 임피던스는 V1I1N22N12\frac{V_1}{I_1}\frac{N2^2}{N1^2}이므로, 1차측에서 본 등가 부하 임피던스는 부하 임피던스의 N12N22\frac{N1^2}{N2^2}배이다. 이 비율이 9여야 하므로

N1:N2=3:1N1:N2=3:1

이다. 그리고

XL=1X_L=1

이므로 답은 1번이다.

14번

왼쪽 3 V, 4 kΩ\Omega, 8 kΩ\Omega를 테브닌 등가회로로 바꾸면 Vth=2 VV_{th}=2 \text{ V}, Rth=83 ΩR_{th}=\frac{8}{3}\text{ }\Omega이다. 따라서 OPAMP에 입력되는 전압은 2 V이다. 네거티브 피드백에 의해 이 전압이 OPAMP의 -단에 걸리고, 이는 2 kΩ\Omega 저항에 걸리고 있으므로, 2+5=7 kΩ2+5=7 \text{ k}\Omega 저항 전체에 걸리는 전압은 7 V이다. 따라서 답은 5번이다.

15번

3∣∣6=2 Ω3||6=2\text{ }\Omega이므로 위쪽 2 Ω2\text{ }\Omega와 합쳐지면 4 Ω4\text{ }\Omega이다. 이 합성 저항과 전류원 바로 왼쪽의 4 Ω4\text{ }\Omega을 합성하면 2 Ω2\text{ }\Omega이다. 따라서

V0=2×9=18 VV_0=2\times9=18 \text{ V}

이다. 한편 전류원 바로 왼쪽의 4 Ω4\text{ }\Omega 저항을 흐르는 전류는 4.5 A4.5 \text{ A}이므로(왜일까?) 나머지 4.5 A4.5 \text{ A} 중 33+6=13\frac{3}{3+6}=\frac{1}{3}이 6 Ω6 \text{ }\Omega 저항에 흐른다. 따라서 그 전류는

i0=4.5×13=1.5 Ai_0=4.5\times \frac{1}{3}=1.5 \text{ A}

이다. 그러므로 답은 2번이다.

16번

클램퍼는 입력 전압에 DC만큼 이동을 주는 것이므로 답은 5번이다.

17번

개형만 따지는 것이므로 각 저항이나 커패시턴스는 다 1이라고 생각해도 무방하다.

  1. 정석적인 풀이

    네거티브 피드백을 이루고 있는 임피던스는

    Zn=1∣∣1s=1s1+1s=11+s\begin{equation} \begin{split} Z_n&=1\left|\left|\frac{1}{s}\right.\right.\\ &=\frac{\frac{1}{s}}{1+\frac{1}{s}}\\ &=\frac{1}{1+s} \end{split} \end{equation}

    이다.

    한편 입력 신호는 단위 계단 함수이므로 이를 라플라스 변환하면 1s\frac{1}{s} 형태이다. 그리고 회로는 반전 증폭기이므로 출력 전압의 라플라스 변환은

    Vo(s)=1s(−11+s)=11+s−1s\begin{equation} \begin{split} V_o(s)=\frac{1}{s}\left(-\frac{1}{1+s}\right)=\frac{1}{1+s}-\frac{1}{s} \end{split} \end{equation}

    이므로 역변환하면

    Vo(t)=u(t)−e−tV_o(t)=u(t)-e^{-t}

    이다.

  2. 빠른 풀이

    네거티브 피드백이 있으므로 OPAMP의 -단 전압은 +단 전압과 마찬가지로 0이고, 커패시터에 충전된 전압이 0이므로 출력 전압의 초기값은 0이다. 시간이 매우 많이 흐른다면 교류(과도) 성분은 없어지고 직류(정상) 성분만 남을 것인데, 이 때 커패시터는 개방된 상태일 것이다. 따라서 남는 것은 -(상수) 형태의 전압이득이다. 입력 전압의 부호가 +임을 고려하면 출력 전압은 -여야 한다. 이를 만족하는 개형은 2번밖에 없다.

따라서 답은 2번이다.

18번

사실 구체적인 계산이 필요없는 문제이다. ixi_x값은 1로 일정하므로 종속전류원은 독립전류원과 마찬가지이다. 그리고 독립전류원의 임피던스는 0이므로(왜일까?) RLR_L이 바라보는 임피던스는

10∣∣0+3=3 Ω10 || 0 +3=3 \text{ }\Omega

이다. 그러므로 RLR_L은 이와 같은 3 Ω\Omega여야 하므로 답은 3번이다.

19번

10=VB+VC10=V_B+V_C이다. 그리고 VC,iCV_C, i_C를 찾는 것이기 때문에 가로축은 VCV_C가 되어야 한다. 따라서 그래프 (c), 그리고 그래프 (b)를 좌우 대칭하여서 오른쪽으로 1010 V 이동한 그래프를 그려야 한다. 따라서 답은 1번이다.

20번

  • (a): 게이트와 드레인 전압이 같으므로 (soft) saturation, 즉 포화 영역에서 작동한다.
  • (b): 게이트 전압이 드레인 전압보다 문턱전압 1 V보다 큰 1.5 V 높으므로 선형 영역에서 작동한다. 따라서 답은 4번이다.