9급 국가직 공무원 전자공학개론 필기 기출문제복원 (2008-04-12)

9급 국가직 공무원 전자공학개론
(2008-04-12 기출문제)

목록

1. 논리식 을 간소화 한 것으로 옳은 것은?

(정답률: 82%)
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2. 다음 회로는 제너전압이 5 [V]인 제너 다이오드를 이용한 정전압 회로이다. 저항 1 [kΩ]에 흐르는 전류 IR [mA]의 근사값 중 가장 옳은 것은? (단, 트랜지스터의 β=200이고, 순방향 바이어스된 베이스-이미터간 전압 VBE=0.6 [V]이다)

  1. 10
  2. 5
  3. 3
  4. 1
(정답률: 82%)
  • 제너 다이오드는 정전압을 유지하는 역할을 하므로, VBE가 변해도 VOUT는 변하지 않는다. 따라서, VBE는 0.6 [V]로 고정되어 있으며, 이를 이용하여 IB와 IC를 구할 수 있다.

    IB = (VIN - VBE) / R1 = (5 - 0.6) / 1000 = 0.004 [A] = 4 [mA]

    IC = β x IB = 200 x 0.004 = 0.8 [A] = 800 [mA]

    따라서, IR = IC = 800 [mA]이다.

    정답은 "3"번이다.
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3. 다음 그림과 같은 첨두치 전압(peak-to-peak voltage)이 20 [V]인 60 [Hz]의 정현파가 20 [Ω] 저항기에 인가되었다면, 저항기에서 소비되는 평균전력[W]은?

  1. 2.5
  2. 5
  3. 20
  4. 400
(정답률: 64%)
  • 첨두치 전압이 20 [V]이므로, 최대 전압은 10 [V]이다. 이 때, 최대 전류는 V/R = 10/20 = 0.5 [A]이다. 따라서, 저항기에서 소비되는 최대 전력은 I^2R = 0.5^2 x 20 = 5 [W]이다.

    하지만, 정현파의 경우 평균 전력은 최대 전력의 절반인 경우가 많다. 따라서, 평균 전력은 5/2 = 2.5 [W]이다.

    따라서, 정답은 "2.5"이다.
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4. RLC 직렬 공진회로와 RLC 병렬 공진회로의 특징을 설명한 것으로 옳지 않은 것은?

  1. 직렬 공진회로의 경우에 용량성(capacitive) 리액턴스가 유도성(inductive) 리액턴스보다 크면 전체 리액턴스 성분의 값은 음(-)이 된다.
  2. 전압원으로 구동되는 직렬 공진회로의 경우에 공진 주파수에서 전류가 최대가 된다.
  3. 전류원으로 구동되는 병렬 공진회로의 경우에 공진 주파수에서 어드미턴스가 최대가 된다.
  4. 공진회로의 대역폭이 넓을수록 양호도(Q : quality factor)는 작아진다.
(정답률: 91%)
  • "전류원으로 구동되는 병렬 공진회로의 경우에 공진 주파수에서 어드미턴스가 최대가 된다."가 옳지 않은 것입니다.

    이유는 병렬 공진회로에서 공진 주파수에서 어드미턴스가 최소가 되고, 이 때 전류가 최대가 됩니다. 이는 병렬 공진회로에서 전류가 최대가 되는 이유와도 관련이 있습니다. 공진 주파수에서 어드미턴스가 최소가 되는 이유는, 병렬 공진회로에서는 공진 주파수에서 전류가 최대가 되어야 하기 때문에, 이 때 전류를 제한하는 어드미턴스가 최소가 되어야 합니다. 따라서 어드미턴스가 최소가 되는 공진 주파수에서 전류가 최대가 되는 것입니다.
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5. 내부 저항이 10 [Ω]인 10 [V]의 직류전압원이 있다. 이 전원에 적절한 부하를 연결하여 부하에 최대전력을 전달하고자 할 때, 전달할 수 있는 최대전력값과 최대전력이 전달될 때의 전력전달효율은? (단, 전력전달효율=부하전력/전원의 공급전력)

  1. 최대전력값 2.5 [W], 전달효율 50%
  2. 최대전력값 2.5 [W], 전달효율 75%
  3. 최대전력값 2.5 [W], 전달효율 100%
  4. 최대전력값 5 [W], 전달효율 100%
(정답률: 74%)
  • 최대전력은 전원의 내부 저항과 부하의 저항이 같을 때 전달됩니다. 따라서 부하의 저항을 구해야 합니다. 최대전력을 전달하기 위해서는 부하의 저항이 전원의 내부 저항과 같아야 하므로, 부하의 저항은 10 [Ω]입니다. 이때 최대전력은 P=V^2/R=10^2/20=5 [W]입니다.

    전력전달효율은 부하전력/전원의 공급전력으로 구할 수 있습니다. 부하의 저항이 전원의 내부 저항과 같을 때, 전력전달효율은 50%입니다. 따라서 정답은 "최대전력값 2.5 [W], 전달효율 50%"입니다.
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6. 이상적인 연산증폭기(operational amplifier)를 이용하여 구성한 다음의 회로에서 정현파 신호가 Vi에 인가되고 출력전압을 Vo라 할 때, 회로의 동작은?

  1. 대수증폭기
  2. 반파정류기
  3. 전파정류기
  4. 피크검출기
(정답률: 40%)
  • 이 회로는 반파정류기입니다. 이유는 입력신호가 정현파이기 때문에, Vi가 음수일 때는 D1이 conducing되어 Vo는 -Vi가 되고, Vi가 양수일 때는 D2가 conducing되어 Vo는 0V가 됩니다. 따라서 입력신호의 음수 부분만 출력되는 반파정류기입니다.
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7. 디지털 TV 화면을 전송하려고 한다. 한 화면을 나타내기 위해 400 × 500 화소(pixel)를 사용하는데, 각 화소는 6개의 세기 값 중 하나를 갖는다고 하자. 초당 10화면을 전송하는 경우 화면의 손상 없이 디지털화한 모든 데이터를 전송하기 위한 송신측에서의 최소 데이터 전송률은?

  1. 200 kbps
  2. 12Mbps
  3. 600 kbps
  4. 6Mbps
(정답률: 37%)
  • 한 화면을 나타내기 위해 필요한 비트 수는 400 × 500 × log₂6 = 4,804,588 bit 이다. 초당 10화면을 전송하므로, 초당 전송해야 할 비트 수는 4,804,588 × 10 = 48,045,880 bit 이다. 이를 Mbps 단위로 변환하면 48,045,880 ÷ 1,000,000 = 48.05 Mbps 이다. 따라서, 화면의 손상 없이 디지털화한 모든 데이터를 전송하기 위한 송신측에서의 최소 데이터 전송률은 "12Mbps" 이다.
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8. 이상적인 연산증폭기(operational amplifier)를 이용한 다음 회로에서 Vo=-50 Vi가 되기 위한 저항 R[kΩ]의 값은?

  1. 10/18
  2. 10/28
  3. 10/38
  4. 10/48
(정답률: 70%)
  • 이 회로는 이상적인 연산증폭기를 이용한 반전 증폭기(inverting amplifier)입니다. 이 회로에서 입력 전압 Vi는 R1을 통해 연산증폭기의 음극에 인가되고, R2를 통해 출력 전압 Vo가 측정됩니다.

    이상적인 연산증폭기의 특성상 입력 임피던스가 무한대이므로, 입력 전압 Vi는 R1을 통해 전류가 흐르지 않아 입력 임피던스가 영이 됩니다. 따라서 R1과 R2는 전류가 흐르는 저항으로서의 역할만 하게 됩니다.

    이 회로에서 출력 전압 Vo는 입력 전압 Vi에 대해 반전된 상태로 출력되므로, Vo=-(R2/R1)Vi입니다. 이 식에서 Vo=-50 Vi이므로, R2/R1=50이 됩니다.

    따라서 R2/R1=R2/(10-R2)=50이므로, R2=500/11 kΩ입니다. 이 값을 R2에 대입하면 R1=100/11 kΩ가 됩니다.

    이때, R1과 R2는 모두 1 kΩ 단위의 저항이므로, R2의 값은 500/11 kΩ에서 가장 가까운 1 kΩ 단위의 값인 480/10 kΩ(=48 kΩ)이 됩니다. 따라서 정답은 "10/48"입니다.
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9. 다음 트랜지스터 회로에서 Ic=0.4 [mA]로 하려면 저항 R[MΩ]의 근사값 중 가장 옳은 것은? (단, VBE=0.6 [V], 트랜지스터의 β는 200으로 한다)

  1. 0.54
  2. 0.27
  3. 5.4
  4. 2.7
(정답률: 64%)
  • 이 문제는 간단한 DC 분석 문제입니다.

    우선, 트랜지스터의 베이스-에미터 전압 VBE가 0.6V이므로, 베이스 전압은 0.6V입니다.

    다음으로, 트랜지스터의 DC 전류 이득 β가 200이므로, 베이스 전류는 IB = IC/β = 0.4[mA]/200 = 2[uA]입니다.

    이제, 베이스 전류를 이용하여 저항 R을 구할 수 있습니다. 베이스 전류는 R을 통해 흐르는 전류와 같으므로, R = V/R = 0.6V/2[uA] = 300[kΩ]입니다.

    하지만, 이 문제에서는 R의 값을 MΩ 단위로 구하라고 했으므로, 300[kΩ]을 1000으로 나누어서 MΩ 단위로 변환하면 0.3[MΩ]입니다.

    하지만, 보기에서는 0.54[MΩ], 0.27[MΩ], 5.4[MΩ], 2.7[MΩ] 중에서 선택하라고 했습니다.

    이 중에서 가장 가까운 값은 2.7[MΩ]입니다. 따라서, 정답은 "2.7"입니다.
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10. 논리회로 출력과 논리식의 결과가 동일하지 않은 것은?

(정답률: 75%)
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11. 다음 회로가 정상상태에 도달하였을 때, 2 [Ω]의 저항을 통해 흐르는 전류 I [A]는?

  1. 1
  2. 2
  3. 3
  4. 4
(정답률: 60%)
  • 전압의 분배 법칙에 따라 6V의 전압이 2Ω 저항과 4Ω 저항에 각각 분배됩니다. 이때 2Ω 저항에 걸리는 전압은 2V이므로, 2Ω 저항을 통해 흐르는 전류는 1A가 됩니다. 따라서 정답은 2입니다.
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12. NAND 게이트를 이용해 구성한 다음의 논리회로 중 NOR 게이트에 해당하는 것은?

(정답률: 73%)
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13. 저항의 크기가 20 [Ω]인 아래와 같은 원기둥 모양의 저항이 있다. 이 저항의 끝을 잡고 길이를 2배로 늘이면 저항값[Ω]은? (단, 저항을 늘이더라도 부피는 일정하게 유지되며, 늘어난 후에도 원기둥 모양이 되고, 재질의 성질은 변하지 않는다고 가정한다)

  1. 80
  2. 40
  3. 20
  4. 10
(정답률: 알수없음)
  • 저항의 값은 길이와 단면적에 비례하고, 재질에 반비례한다. 부피는 일정하므로 길이가 2배가 되면 단면적은 1/2이 된다. 따라서 저항값은 길이가 2배가 되면 2배, 단면적이 1/2이 되므로 1/2가 되어 총 4배가 된다. 따라서 20Ω x 4 = 80Ω 이므로 정답은 "80"이다.
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14. 공통이미터(common emitter)회로에 사용되는 실리콘(Si) 확산형 npn BJT(bipolar junction transistor)의 동작에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 차단영역(cutoff region)은 베이스 - 이미터 접합과 베이스 - 컬렉터 접합이 모두 역방향 바이어스 상태이며, 베이스 전류 및 컬렉터 전류가 거의 흐르지 않는 영역을 말한다.
  2. 활성영역(active region)은 선형증폭기로 동작할 때 중요한 영역으로, 최대전류이득을 얻기 위해서는 베이스-이미터 접합은 역방향 바이어스, 베이스 - 컬렉터 접합은 순방향 바이어스를 걸어 주는 영역을 말한다.
  3. 포화영역(saturation region)은 베이스 - 이미터 접합과 베이스 - 컬렉터 접합이 모두 순방향 바이어스 상태이며, 스위치로 동작할 때 중요한 영역이다.
  4. 베이스 - 이미터 간 전압 VBE와 베이스 전류 IB의 특성은 pn 다이오드의 전압-전류 특성과 유사하다.
(정답률: 72%)
  • "활성영역(active region)은 선형증폭기로 동작할 때 중요한 영역으로, 최대전류이득을 얻기 위해서는 베이스-이미터 접합은 역방향 바이어스, 베이스 - 컬렉터 접합은 순방향 바이어스를 걸어 주는 영역을 말한다." 이 설명이 옳지 않습니다. 활성영역에서는 베이스-컬렉터 접합은 역방향 바이어스 상태이어야 합니다.
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15. 저항값이 6 [Ω]인 세 개의 저항들을 남김없이 모두 사용하여 여러가지의 합성저항 값을 얻고자 한다. 직렬연결과 병렬연결 방법을 여러 가지로 조합해 보면 모두 네 가지의 합성 저항값을 얻을 수 있다. 이 방법으로 얻을 수 없는 저항값[Ω]은?

  1. 2
  2. 4
  3. 9
  4. 12
(정답률: 65%)
  • 직렬연결은 저항값을 더하고, 병렬연결은 저항값의 역수를 더한 후 다시 역수를 취해 구한다. 따라서 6 [Ω]인 저항을 사용하여 직렬연결과 병렬연결을 조합해도 얻을 수 있는 합성저항값은 다음과 같다.

    직렬연결: 6+6+6=18 [Ω]
    병렬연결: 1/(1/6+1/6+1/6)=2 [Ω]
    직렬연결 후 병렬연결: 1/(1/(6+6)+1/6)=3 [Ω]
    병렬연결 후 직렬연결: 6+1/(1/6+1/6)=10 [Ω]

    따라서, 주어진 저항값으로는 얻을 수 없는 합성저항값은 12 [Ω]이다.
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16. 다음 회로는 이상적인 연산증폭기(operational amplifier)를 이용한 필터(filter) 회로이다. V1과 V2에 직류(DC) 전압이 인가될 때 출력 Vo는?

(정답률: 82%)
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17. 다음 그림은 1차 RC 고역통과필터(high-pass filter)에 인가한 입력 펄스 파형과 그 때 얻어진 출력 파형을 그린 것이다. 필터의 차단주파수 fc와 인가한 펄스 파형의 주기(T)의 관계로 옳은 것은?

  1. 1/2πfc≪T
  2. 1/2πfc≈T
  3. 1/2πfc≫T
  4. 관계가 없다.
(정답률: 59%)
  • 1차 RC 고역통과필터는 주파수가 차단주파수보다 높은 신호를 통과시키고, 주파수가 차단주파수보다 낮은 신호를 차단시키는 필터이다. 따라서 이 필터를 통과한 출력 신호는 입력 신호의 고주파 성분이 제거된 형태가 된다.

    주기 T는 주파수 f와 다음과 같은 관계가 있다.

    f = 1/T

    따라서 입력 펄스 파형의 주기 T와 필터의 차단주파수 fc의 관계는 다음과 같다.

    1/2πfc≪T

    여기서 2πfc는 필터의 컷오프 주파수를 라디안 단위로 나타낸 것이다. 이 식은 필터의 컷오프 주파수가 입력 신호의 주파수보다 훨씬 작을 때 필터가 효과적으로 작동한다는 것을 나타낸다. 이는 필터가 고주파 성분을 제거하는 역할을 하기 때문이다. 따라서 1/2πfc≪T인 경우에만 필터가 효과적으로 작동하며, 이를 만족하지 않는 경우에는 필터가 제대로 작동하지 않을 수 있다.
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18. 이상적인 다이오드를 사용하여 다음과 같이 구성한 회로에 구형파 펄스전압 Vi(t)를 인가할 때, 회로의 출력전압 파형 Vo(t)은? (단, V1=V/3 이고 커패시터의 방전시간은 입력전압 파형의 주기보다 충분히 크다)

(정답률: 67%)
  • 다이오드는 정방향 전압에 대해서는 전류가 흐르고, 역방향 전압에 대해서는 전류가 흐르지 않는 특성을 가지고 있습니다. 따라서, 다이오드 D1은 Vi(t)가 양의 값일 때, 즉 Vi(t) > 0 일 때, 전류가 흐르게 되고, D2는 Vi(t)가 음의 값일 때, 즉 Vi(t) < 0 일 때, 전류가 흐르게 됩니다.

    따라서, Vi(t)가 양의 값일 때, D1을 통해 전류가 흐르면서 R1과 R2를 거쳐 출력으로 나오게 됩니다. 반대로, Vi(t)가 음의 값일 때, D2를 통해 전류가 흐르면서 R3과 R4를 거쳐 출력으로 나오게 됩니다.

    따라서, Vi(t)가 양의 값일 때와 음의 값일 때의 출력전압 파형이 다르게 나오게 되는데, 이를 합쳐서 그린 파형이 "" 입니다.
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19. 다음 회로에서 t < 0일 때 스위치가 ‘a’ 위치에서 정상상태에 도달한 후 t=0일 때 스위치를 ‘b’의 위치로 움직인다면, t >0일 때 회로에 흐르는 전류 i(t)는? (단, τ는 회로의 시상수(time constant)이다)

(정답률: 60%)
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20. 다음 CMOS 회로의 입력단자 A와 B에 5 [V](로직레벨 ‘1’) 혹은 0 [V](로직레벨 ‘0’)의 전압이 인가된다. 이 논리회로의 이름은?

  1. OR 게이트
  2. AND 게이트
  3. NOR 게이트
  4. NAND 게이트
(정답률: 80%)
  • 입력 A와 B 중 하나라도 1이면 Q가 0이 되고, 둘 다 0일 때만 Q가 1이 되므로, OR 게이트의 반대인 NOR 게이트입니다. 따라서 정답은 "NOR 게이트"입니다.
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