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2023 9급 국가직 전자공학개론

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1번

000,001,010,011,100,101,110,111000,001,010,011,100,101,110,111 등 총 88가지의 수를 표현해야 한다. 규칙을 살펴보면 11의 자리는 주기가 11, 22의 자리는 주기가 22, 222^2의 자리는 주기가 4=224=2^2, 232^3의 자리는 주기가 8=238=2^3이다. 즉 주파수가 절반씩 내려감을 볼 수 있다. 이를 위해서는 하나의 JK 플립플롭의 출력이 다음 JK 플립플롭의 클럭으로 입력되게 하고, J=K=1J=K=1로 하면 된다. 따라서 JK 플립플롭 33개를 이용해서 하나가 한 자리를 나타내게 하면 된다. 그러므로 답은 2번 이다.

2번

2번의 경우, AA 또는 BB 중 하나라도 HIGH가 되면 트랜지스터가 켜져서 FF의 전압은 접지와 가까운 낮은 전압이 되어 LOW가 된다. 즉 NOR 게이트이므로 답은 2번 이다.

3번

F=1F=1인 경우들을 이용해서 FF를 표현하면 다음과 같다.

F=A‾BC‾+AB‾⋅C‾+AB=A‾BC‾+AB‾⋅C‾+AB(C+C‾)=A‾BC‾+ABC‾+AB‾⋅C‾+ABC‾+ABC+ABC‾=BC‾+AC‾+AB=AB+BC‾+AC‾\begin{equation} \begin{split} F&=\overline{A}B\overline{C}+A\overline{B}\cdot\overline{C}+AB\\ &=\overline{A}B\overline{C}+A\overline{B}\cdot\overline{C}+AB\left(C+\overline{C}\right)\\ &=\overline{A}B\overline{C}+AB\overline{C}+A\overline{B}\cdot\overline{C}+AB\overline{C}+ABC+AB\overline{C}\\ &=B\overline{C}+A\overline{C}+AB\\ &=AB+B\overline{C}+A\overline{C} \end{split} \end{equation}

따라서 답은 1번 이다.

4번

  1. 옳다.
  2. 그렇다. 가전자대에서 전도대로 에너지가 높이 올라간 전자의 수만큼 빈 자리, 즉 정공이 생기기 때문이다.
  3. As는 GaAs와 같은 3-5족 반도체에 쓰인다. Si 단결정 반도체에서 P형 불순물로 쓰이는 것은 B(붕소) 이다.
  4. N형 반도체에서 불순물의 농도가 증가한다는 것은 자유 전자가 많아진다는 것, 즉 전도대에 있는 전자가 많아진다는 뜻이다. 한편 페르미 준위의 위치는 전자가 어디에 많이 있는지를 나타내는 것이므로, N형 반도체에서 불순물의 농도가 증가하면 페르미 준위는 전도대로 가까이 이동한다.

따라서 답은 3번 이다.

5번

주어진 회로를 소신호 등가 회로로 표현하면 다음과 같다. 여기서 vgsv_{gs}는 viv_i와 비례할 것이므로 vgs=kviv_{gs}=kv_i로 놓았다. 이제 식을 세워서 풀어보자. 먼저 접지에서 2020 저항을 통과해서 온 전류는 종속전류원과 1010 저항을 흐를 것이다. 그리고 11 저항에 걸리는 전압은

vi−vgs=vi−kvi=(1−k)viv_i-v_{gs}=v_i-kv_i=(1-k)v_i

이므로

−vo20=kvi+110vo−(1−k)vi-\frac{v_o}{20}=kv_i+\frac{1}{10}{v_o-(1-k)v_i}

이다. 다음으로, 이 전류는 11 저항을 통과할 것이다.

−vo20=(1−k)vi-\frac{v_o}{20}=(1-k)v_i

이 연립방정식을 풀자.

(1−k)vi=kvi+110[vo−(1−k)vi]⇒(10−10k)vi=10kvi+vo−(1−k)vi\begin{gather} (1-k)v_i=kv_i+\frac{1}{10}[v_o-(1-k)v_i]\\ \Rightarrow (10-10k)v_i=10kv_i+v_o-(1-k)v_i\\ \end{gather}

그런데

(11−21k)vi≈(10−20k)vi(11-21k)v_i \approx (10-20k)v_i

이므로 위 식은 다음과 같이 근사된다.

(10−20k)vi=vo⇒vovi=10−20k\begin{gather} (10-20k)v_i=v_o\\ \Rightarrow \frac{v_o}{v_i}=10-20k \end{gather}

한편 연립방정식의 두 번째 식에서

vovi=−20(1−k)\frac{v_o}{v_i}=-20(1-k)

이다. 따라서

10−20k=−20+20k⇒40k=30∴k=34\begin{gather} 10-20k=-20+20k\\ \Rightarrow 40k=30\\ \therefore k=\frac{3}{4} \end{gather}

이다. 이를 대입하면

vovi=10−20k=10−15=−5\begin{equation} \begin{split} \frac{v_o}{v_i}&=10-20k\\ &=10-15\\ &=-5 \end{split} \end{equation}

이므로 답은 2번 이다.

6번

VZ=4 VV_Z=4 \text{ V}이고 OPAMP에 네거티브 피드백이 있으므로 OPAMP의 −-단자 전압도 4V4 \text{V}이다. 이로부터

Vo⋅R3R2+R3=Vo⋅1015+10=4∴Vo=10 V\begin{gather} V_o\cdot \frac{R3}{R_2+R_3}=V_o\cdot \frac{10}{15+10}=4\\ \therefore V_o=10 \text{ V} \end{gather}

이다. 한편 R2+R3≫RLR_2+R_3\gg R_L이므로 Q1Q_1을 통과한 전류는 거의 다 RLR_L을 흐르는 전류 ILI_L이다. 따라서 Q1Q_1에서 소모되는 전력은

(Vi−Vo)×IL=(15−10)×200×10−3=1.0 mW\begin{equation} \begin{split} (V_i-V_o)\times I_L&=(15-10)\times 200 \times 10^{-3}\\ &=1.0 \text{ mW} \end{split} \end{equation}

이므로 답은 3번 이다.

7번

c점에서는 두 MOS 모두 켜져있는 상태인데, Vi=Vo=0.5VDDV_i=V_o=0.5V_{DD}로 같으므로 Soft Saturation 상태이다. 따라서 답은 2번이다.

8번

22로 크기가 같은 두 저항이 직렬로 연결되어 있으므로 위쪽의 전압은 2V12V_1이다. 한편 이 저항들을 흐르는 전류는 0.2+V140.2+\frac{V_1}{4}이므로

2V1=4×(0.2+V14)=0.8+V1∴V1=0.8 V\begin{gather} \begin{equation} \begin{split} 2V_1&=4\times\left(0.2+\frac{V_1}{4}\right)\\ &=0.8+V_1 \end{split} \end{equation} \\ \therefore V_1=0.8 \text{ V} \end{gather}

이다. 따라서 0.2 A0.2 \text{ A} 전류원이 공급하는 전력은

0.2×2V1=0.2×2×0.8=0.32 W\begin{equation} \begin{split} 0.2\times 2V_1&=0.2\times 2 \times 0.8\\ &=0.32 \text{ W} \end{split} \end{equation}

이므로 답은 2번 이다.

9번

  1. JFET에서는 소스의 다수 캐리어의 이동에 의한 전류만이 있으므로 자유전자와 정공 중 하나만이 도전현상에 기여한다.
  2. 포토 다이오드의 공핍 영역에 빛이 닿야서 에너지가 전달되면 이온에 속박되어있던 전자가 자유롭게 되어 자유전자-정공 쌍이 생겨나고, 이 쌍은 공핍층의 전계에 의해 움직인다. 따라서 전류가 발생하고, 이로부터 빛을 검출할 수 있다.
  3. 옳다. 게이트와 소스의 역방향 바이어스 전압에 따라 생기는 공핍층의 범위에 의해 소스 쪽 채널의 두께가 변하여 전류가 조절된다.
  4. 옳다.

따라서 답은 1번 이다.

10번

중첩을 사용해보자. 먼저 10 V10 \text{ V} 전압원만 있고, 전류원은 없다고 하자. 그러면 저항들을 흐르는 전류는

104+1=2 A\frac{10}{4+1}=2 \text{ A}

이다. 다음으로 전압원을 없애고 5 A5 \text{ A} 전류원만 남겨보자. 그러면 1Ω1\Omega 저항을 흐르는 전류는

5×44+1=4 A5\times \frac{4}{4+1}=4\text{ A}

이다. 따라서

Ix=2+4=6 AI_x=2+4=6 \text{ A}

이므로 답은 1번 이다.

11번

Vo=1×(−101)+2×(−102)+4×(−102)=−10−10−20=−40 V\begin{equation} \begin{split} V_o&=1 \times \left(-\frac{10}{1}\right)+2\times\left(-\frac{10}{2}\right)+4\times\left(-\frac{10}{2}\right)\\ &=-10-10-20\\ &=-40 \text{ V} \end{split} \end{equation}

이므로 답은 4번 이다.

12번

나이퀴스트 주파수는 12×2=24 kHz12\times 2=24 \text{ kHz}이다. 따라서 이 때의 초당 전송 비트수는

24×16=384 kbps24\times 16=384 \text{ kbps}

이다. 값을 정확히 구하려 하지 말고 11의 자리만 계산하여 4×6=244\times6=24에서 보기 중 가능한 답은 384384밖에 없음을 포착하면 빠르게 답을 고를 수 있다.

13번

CC 입장에서는 인덕터 두 개가 직렬 연결된 것처럼 보인다. 따라서 등가 인덕턴스는

L=L1+L2L=L_1+L_2

이다. 이로부터 발진 주파수는

12πLC=12π(L1+L2)C\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}=\frac{1}{2\pi\sqrt{(L_1+L_2)C}}

이므로 답은 1번 이다.

14번

이더넷 프레임은 데이터링크 계층(L2)에 해당하는데, 패킷은 네트워크 계층(L3)에서 쓰는 데이터 단위를 가리킨다. 따라서 답은 4번이다. 이더넷 프레임에서 쓰는 목적지 주소와 송신자 주소는 IP주소가 아닌 MAC 주소이다. IP 패킷에 적혀있는 IP 주소가 ARP에 의해 MAC 주소로 변환됨에 따라 해당하는 노드로 데이터가 프레임 형태로 전달된다.

15번

커패시터의 전류는 i=Cdvdti=C\frac{dv}{dt}이고, 이 전류가 저항을 통해 출력 전압으로 나타나므로 주어진 회로는 미분기이다. 따라서 주기는 원래 신호의 주기인

10 μs10 \text{ }\mu \text{s}

이다. 또한 기울기가 일정한 구간이 하나의 반주기를 이루므로 한 반주기 내에서 출력 전압은 일정하고, 이는 구형파에 해당한다. 구체적인 출력 전압을 구해보면

i=Cdvdt=±0.001×5−(−5)5=±0.002 mA⇒Vo=∓2×103×0.002=∓4 V\begin{gather} i=C\frac{dv}{dt}=\pm 0.001 \times \frac{5-(-5)}{5}=\pm0.002 \text{ mA}\\ \Rightarrow V_o=\mp 2 \times 10^3 \times 0.002=\mp 4 \text{ V} \end{gather}

이므로

Vp−p=4−(−4)=8 VV_{p-p}=4-(-4)=8 \text{ V}

이다. 따라서 답은 4번 이다.

16번

N 영역에 ++ 이온들이 있고 P 영역에 −- 이온들이 있으므로 NN 영역의 전위가 더 높아야 한다. 따라서 답은 3번이다.

17번

출력이 VHV_H에서 VLV_L로 전이될 때의 OPAMP의 ++ 단자 전압은

R1R1+R2VH\frac{R_1}{R_1+R_2}V_H

인데, 입력 전압이 이 값보다 커지게 되면 OPAMP는 VLV_L을 출력할 것이다. 따라서 위 값이 바로 VTHV_{TH}이므로 답은 3번 이다.

18번

첫 번째 증폭기의 이득은

1+R2R1=R1+R2R11+\frac{R_2}{R_1}=\frac{R_1+R_2}{R_1}

이고, 두 번째 증폭기의 이득은

−R4R3-\frac{R_4}{R_3}

이므로 이 둘을 곱하면 전체 전압 이득은

VoVi=−(R1+R2)R4R1R3\frac{V_o}{V_i}=-\frac{(R_1+R_2)R_4}{R_1R_3}

이다. 따라서 답은 4번 이다.

19번

네거티브 피드백이 있으므로 OPAMP의 −-단에 걸리는 전압은 ++단과 마찬가지로 13 V13 \text{ V}이다. 이 전압은 7 V7\text{ V} 전압원에 의해 13−7=6 V13-7=6\text{ V}로 내려가고, 이 전압이 출력 전압이 된다.(왜일까?) 따라서

Vo=6 VV_o=6 \text { V}

이므로 답은 1번 이다.

20번

  1. 그렇다. VZV_Z보다 큰 전압이 걸리려 하면 다이오드가 늘어나려 하는 전류를 다 흘려버려서 전압이 높아지지 못하게 한다.
  2. 그럴 리가 있겠는가?
  3. 순방향 전압이 인가될 때 빛을 발하는 것은 발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode)이다.
  4. 발진기에 이용되는 다이오드는 에사키 다이오드(터널 다이오드)이다.

따라서 답은 1번 이다.