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2023 9급 지방직 전자공학개론

1번

정의에 입각해서 구할 수도 있지만, 실횻값은 부호를 따지지 않고 DC화해서 계산함을 생각한다면 이 전류파형의 실횻값은 DC 4 A와 같으리라고 생각할 수 있다. 그러므로 평균전력은

\begin{equation} \begin{split} P&=I^2R\\ &=16\times 4\\ &=64\text{ W} \end{split} \end{equation}

이다. 따라서 답은 1번 이다.

2번

그렇다. 채널의 두께가 두꺼워지므로 전류가 흐르는 길이 넓어지는 효과가 생긴다. 따라서 드레인 전류가 증가한다.
그렇다. 1번과는 반대로 채널이 점점 얇아지다가 없어지게 되는 것이다.
$V_{GS}\gt0$ 영역만으로 특정 영역을 정의할 수는 없으며, $V_{DS}$ 값에 따라 선형 영역과 포화 영역이 달라진다.
모드가 아닌 영역이 무엇을 뜻하는지는 잘 모르겠으나, 모드를 뜻한다면 드레인 전류 방정식은 같은 형태일 것이다.

좀 애매하긴 하나 답은 3번 이라고 생각된다.

3번

그렇다. 단순히 MSB로만 부호를 판정하는 것은 연산에 불편하며, 1의 보수는 +0과 -0이 각각 있어서 불편하다. 이러한 이유로 2의 보수를 사용한다.
아니다. 10진법에서의 소수가 10의 음의 거듭제곱들의 합인 것처럼 2진법에서의 소수는 2의 음의 거듭제곱들의 합이다.
그렇다.
그렇다. 그래서 비트 오류가 나도 값 차이가 적다.

따라서 답은 2번이다.

4번

주어진 회로에서 우선 증폭기는 반전 형태(-에 입력이 가해짐)여야 한다. 안 그러면 피드백이 +에 가해지는 발진기 형태가 된다. 다음으로 미분기는 전압에 대한 미분인 전류가 저항을 타고 전압으로 출력되면 되므로 먼저 커패시터가 오고 다음으로 저항이 오는 형태이다. 적분기는 당연히 그 반대이다. 따라서 답은 1번 이다.

5번

회로 동작을 분석해보자. 위쪽 비교기에는 $\frac{2}{3}V_{CC}$ 가 -단자에, 아래쪽 비교기에는 $\frac{1}{3}V_{CC}$ 가 +단자에, 그리고 $V_C$ 가 위쪽 비교기의 +단자와 아래쪽 비교기의 -단자에 연결되어있다. 만약 $V_C=\frac{2}{3}V_{CC}$ 라 해 보자. 그러면 $S$ 에는 LOW, $R$ 에는 HIGH가 입력되고 있을 것이다. 이떄 $\overline{Q}$ 는 HIGH이니 아래쪽 트랜지스터가 켜져서 $V_C$ 는 $R_B$ 를 타고 방전된다. 이떄 $R$ 은 LOW가 된다. 그러다가 $V_C=\frac{1}{3}V_{CC}$ 가 되면 $S$ 가 HIGH가 될 것이다. 그러면 $\overline{Q}$ 는 LOW가 되어 트랜지스터가 꺼지고, $V_C$ 는 충전되기 시작한다. $V_C$ 가 $\frac{2}{3}V_{CC}$ 가 될 때까지. 이 과정을 반복하는 것이다.

출력되는 구형파의 ON 시간을 구해보자. $V_C$ 가 $\frac{1}{3}V_{CC}$ 에서 $\frac{2}{3}V_{CC}$ 가 되는 시간동안 $Q$ 가 HIGH이다. 즉

\begin{equation} \begin{split} V_{CC}\left(1-e^{-\frac{t_1}{(R_A+R_B)C}}\right)&=V_{CC}\frac{1}{3}\\ V_{CC}\left(1-e^{-\frac{t_2}{(R_A+R_B)C}}\right)&=V_{CC}\frac{2}{3}\\ \Rightarrow e^{-\frac{t_1}{(R_A+R_B)C}}&=\frac{2}{3}\\ e^{-\frac{t_2}{(R_A+R_B)C}}&=\frac{1}{3}\\ \Rightarrow e^{-\frac{(t_2-t_1)}{(R_A+R_B)C}}&=\frac{1}{2}\\ \Rightarrow e^{\frac{(t_2-t_1)}{(R_A+R_B)C}}&=2\\ \Rightarrow T_{ON}&=t_2-t_1\\ &=(R_A+R_B)Cln2\\ &\approx 0.69(R_A+R_B)C\\ \end{split} \end{equation}

이다. 한편 방전될 때에는 $R_A$ 가 상관없음을 고려하여 위와 같이 풀면

T_{OFF}\approx 0.69 R_BC

이다.

한편 듀티사이클은

\begin{equation} \begin{split} D&=\frac{T_{ON}}{T_{ON}+T_{OFF}}\\ &=\frac{0.693(R_A+R_B)C}{0.693((R_A+R_B)C+R_BC)}\\ &=\frac{R_A+R_B}{R_A+2R_B} \gt 0.5 \end{split} \end{equation}

이다. 따라서 답은 4번 이다.

6번

위쪽 플립플롭은 클럭에 NOT 게이트가 연결되어 있으므로 하강 에지에서 작동하고, 아래쪽 플립플롭은 그대로 상승 에지에서 작동한다. $t_2$ 일 때 입력이 1이므로 위쪽 플립플롭은 토글되어 $Q_2=1$ 이 되고, 아래쪽 플립플롭은 상승 에지일 때 1이 입력된 적이 없으므로 그대로 $Q_1=0$ 이다. 다음으로 $t_8$ 이전에 위쪽 플립플롭이 하강 에지일 때 1이 입력된 적이 없으므로 그대로 $Q_2=1$ 을 유지하고, 아래쪽 플립플롭은 $t_3,t_7$ 일 때 1이 입력되었으므로 두 번 토글되어 그대로 $Q_1=0$ 이다. 따라서 답은 1번 이다.

7번

정상 상태일 때 커패시터는 개방, 인덕터는 단락이다. 한편 오른쪽 2 $\Omega$ 저항과 가운데 1 $\Omega$ 저항은 병렬 연결되므로 $i_3=\frac{1}{2}i_2=0.5i_2$ 이다. 따라서

\begin{equation} \begin{split} 12&=2(i_2+0.5i_2)+1\times i_2\\ \Rightarrow 12&=4i_2\\ \Rightarrow i_2&=3\text{ A} \end{split} \end{equation}

이므로 답은 2번 이다.

8번

하한 임계 주파수가 저주파 특성, 상한 임계 주파수가 고주파 특성을 나타내므로 답은 3번 이다.

9번

$V_{TH}$ 는 베이스 쪽이 개방되었을 때 $R_1$ 과 $R_2$ 사이에 걸리는 전압이므로

\begin{equation} \begin{split} V_{TH}&=V_{CC}\times\frac{R_2}{R_1+R_2}\\ &=20\times \frac{1}{4+1}\\ &=4\text{ V} \end{split} \end{equation}

이다. 한편 $R_{TH}$ 는 $V_{CC}$ 를 그라운드에 연결시켰을 때의 저항이므로

\begin{equation} \begin{split} R_{TH}&=R_1||R_2\\ &=4||1\\ &=\frac{4}{5}\\ &=0.8 \text{ }\Omega \end{split} \end{equation}

이다. 그러므로 답은 1번 이다.

10번

$V_{in}\gt V_D$ 이면 다이오드는 도통되므로 $V_{out}=V_{in}$ 이다. $V_{in}\lt V_D$ 이면 다이오드는 꺼지므로 $V_{out}=0$ 이다. 그러므로 답은 2번 이다.

11번

10진수 3을 10비트 2진수로 표현하면 000000011이다. -3을 표현하려면 이를 비트 단위로 뒤집고 1을 더하면 된다. 따라서

1111111100+1=1111111101

이다. 그러므로 답은 4번 이다.

12번

문턱전압이 음수이므로 공핍형 NMOS이거나 JFET이다. 따라서 3번은 답에서 제외되고, 1번의 경우 바이어싱이 되지 않는다. 한편 부하선의 y절편, 즉 출력전압이 0일 때 부하의 전류가 트랜지스터의 드레인 전류보다 작다. 즉 소스 쪽에 저항이 있어서 전압이 분배되어 버리는 것이다. 따라서 답은 2번 이다.

13번

주어진 조건은 rms이므로 $V_{pp}=\sqrt{2}V_{(sec)}=20$ V이다. 그리고 이 전압에서 다이오드 2개의 전압강하 1.4 V가 빠진 18.6 V가 $R_L$ 에 걸리는 최대 전압이다. 그러므로 최대출력전류는

\begin{equation} \begin{split} I_{p(out)}&=\frac{18.6}{2}\\ &=9.3\text { A} \end{split} \end{equation}

이다. 따라서 답은 3번 이다.

14번

베이스 전압은 조건에 의해 0.7 V이다. 이 때 베이스 전류를 $i_B$ 라 하면

\begin{equation} \begin{split} V_{CC}&=R_Bi_B+0.7\\ \Rightarrow 15&=286\times i_B+0.7\\ \Rightarrow i_B&=0.05\text{ mA} \end{split} \end{equation}

이다. 그리고 $\beta_{DC}=100$ 일 떄에는

\begin{equation} \begin{split} V_{CE}&=V_{CC}-R_C\beta i_B\\ &=15-1\times 100\times 0.05\\ &=15-5\\ &=10\text{ V} \end{split} \end{equation}

이고 $\beta_{DC}=200$ 일 때에는

15-10=5\text{ V}

이다. 따라서 답은 1번 이다.

15번

종합하면 $[3, 100]$ kHz 범위이므로 대역폭은 97 kHz이다. 따라서 답은 1번 이다.

16번

폐루프 이득이 1보다 작다면 거듭제곱했을 때 0으로 수렴하므로 발진하지 못한다. 따라서 답은 3번이다. 귀환 발진기는 내부의 열잡음을 증폭시켜서 이용하므로 외부 입력신호가 필요하지 않다.

17번

각 단별 이득은

\begin{equation} \begin{split} 1+\frac{R_f}{R_1}&=101\\ -\frac{R_f}{R_2}&=-10\\ -\frac{R_f}{R_3}&=-10\\ \end{split} \end{equation}

이므로 총 이득은

101\times (-10)\times (-10)=10,100

이고 답은 2번 이다. 이렇게 계산이 가능한 이유는 증폭기의 출력 임피던스가 0, 입력 임피던스가 무한대이기 때문이다.

18번

그렇다.
7계층은 OSI 7계층 모델에서 쓰인다. TCP/IP 스택은 4계층이다.
그렇다.
IP는 패킷을 전송하는 비연결형 프로토콜이다. 나열된 기능들은 2계층이나 4계층에서 제공한다.

따라서 답은 2번 이다.

19번

+단의 전압은

\begin{equation} \begin{split} \frac{V_{in}-V_+}{R_1}&=\frac{V_+-V_{out}}{R_2}\\ \Rightarrow 50(V_in-V_+)&=25(V_+-V_{out}) \end{split} \end{equation}

이다. $V_+=V_R=1$ 일 때가 바로 문턱전압이므로 각각

\begin{equation} \begin{split} 50(V_{TL}-V_+)&=25(V_+-4)\\ \Rightarrow V_{TL}&=1.5-2\\ &=-0.5\text{ V}\\ 50(V_{TH}-V_+)&=25(V_++4)\\ \Rightarrow V_{TH}&=1.5+2\\ &=3.5\text{ V} \end{split} \end{equation}

이다. 따라서 답은 1번 이다.

20번

좌우 끝의 1들 4개를 묶으면 $y\overline{z}$ , 위쪽 가운데 4개를 묶으면 $\overline{x}z$ , 오른쪽에서 두 번째 줄 4개를 묶으면 $wz$ 이다. 따라서 답은 4번 이다.