9급 국가직 공무원 전자공학개론 필기 기출문제복원 (2009-04-11)

9급 국가직 공무원 전자공학개론
(2009-04-11 기출문제)

목록

1. 커패시터와 인덕터의 특징을 설명한 것으로 옳지 않은 것은?

  1. 커패시터와 인덕터는 전기에너지 저장능력을 가진 소자이다.
  2. DC 정상상태에서 커패시터는 개방회로처럼 보이고 인덕터는 단락회로처럼 보인다.
  3. 실제의 커패시터와 인덕터에는 누설전류가 존재한다.
  4. 커패시터 양단의 전압은 커패시터에 흐르는 전류의 변화율에 비례한다.
(정답률: 80%)
  • "커패시터 양단의 전압은 커패시터에 흐르는 전류의 변화율에 비례한다."는 옳은 설명입니다.

    이유는 커패시터는 전기적으로 충전되어 있을 때 전하를 저장하는데, 이 때 충전된 전하의 양에 비례하여 전압이 증가합니다. 또한 전류는 전하의 이동을 나타내는데, 전하의 이동이 빠르게 일어날수록 전류의 변화율이 커지므로 이에 비례하여 전압도 증가합니다. 따라서 커패시터 양단의 전압은 커패시터에 흐르는 전류의 변화율에 비례합니다.
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2. 다음 바이폴라 접합 트랜지스터 회로의 기본 관계식으로 옳지 않은 것은?

  1. VBE=VCC-
  2. IE=(1+β)IB
  3. IC=βIB
  4. IB=VCC-VBE/RB
(정답률: 79%)
  • "IB=VCC-VBE/RB"이 옳지 않은 것입니다.

    바이폴라 접합 트랜지스터 회로에서, 베이스-에미터 PN 접합은 전기적으로 얇은 다이오드로 작동합니다. 이 다이오드의 전압강하는 대략 0.7V 정도입니다. 따라서, VBE는 대략 0.7V이며, 이 값은 고정값입니다.

    따라서, "VBE=VCC-"이 옳지 않습니다. 옳은 기본 관계식은 "IB= (VCC-VBE)/RB"입니다.
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3. 부울함수 를 간략히 한 것은?

(정답률: 79%)
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4. 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸려고 한다. 원 신호의 주파수범위는 최저 20 [Hz]에서 최고 4000 [Hz]이다. 표본(sample)당 12비트를 갖는다고 할 때, 아날로그 신호로 복원시 왜곡이 없기위한 최소비트율[kbps]은?

  1. 24
  2. 48
  3. 96
  4. 80
(정답률: 55%)
  • 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸기 위해서는 표본화(sampling)과 양자화(quantization) 과정이 필요하다. 이때, 왜곡이 없는 복원을 위해서는 샘플링 주파수가 나이퀴스트 주파수 이상으로 설정되어야 한다. 나이퀴스트 주파수는 원 신호의 최고 주파수의 2배이므로, 이 문제에서는 8000 [Hz]이 된다. 따라서, 초당 8000번의 샘플링을 하면 된다.

    한편, 표본당 12비트를 사용한다고 했으므로, 초당 8000번의 샘플링을 하면 96000 [bps]의 비트율이 필요하다. 이를 kbps 단위로 바꾸면 96 [kbps]가 된다. 따라서, 정답은 "96"이다.
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5. 다음 트랜지스터 회로에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. R1과 R2는 바이어스 전압을 분배하는 역할을 한다.
  2. 출력측 교류전류는 CE를 통해 바이패스(bypass)된다.
  3. 전류를 증폭시키는 공통베이스회로이다.
  4. RE는 출력측 직류전류를 제어하여 바이어스의 안정도를 개선시키는 역할을 한다.
(정답률: 85%)
  • "전류를 증폭시키는 공통베이스회로이다."라는 설명은 옳은 설명입니다.
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6. BJT(Bipolar Junction Transistor)와 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)의 설명에 대하여 옳지 않은 것은?

  1. BJT는 베이스 전류에 의해서 구동되며, MOSFET는 게이트 전압에 의해서 구동된다.
  2. BJT는 전자 또는 정공 중 한 종류의 캐리어에 의해서 전류가 흐르며, MOSFET는 전자와 정공의 두 종류 캐리어에 의해서 전류가 흐른다.
  3. BJT는 MOSFET에 비하여 전력소모가 크며, 고속 동작에 주로 이용된다.
  4. MOSFET는 BJT에 비하여 집적회로에서 차지하는 공간이 작아서 대용량 집적이 가능한 디지털 회로에 주로 사용된다.
(정답률: 72%)
  • "BJT는 전자 또는 정공 중 한 종류의 캐리어에 의해서 전류가 흐르며, MOSFET는 전자와 정공의 두 종류 캐리어에 의해서 전류가 흐른다." 이 설명이 옳지 않은 것이다. BJT는 전자와 정공 모두에 의해 전류가 흐르며, MOSFET는 채널에 누적된 전하에 의해 전류가 흐른다.
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7. R＝50 [Ω], L＝10 [mH]인 RLC 직렬공진회로를 이용하여 주파수가 500 [kHz]인 신호를 얻기 위한 동조회로를 구성하고자 할 때 커패시터 용량 C는? (단, 1/4π2=0.025로 하여 계산하라)

  1. 10 [pF]
  2. 100 [pF]
  3. 10 [μF]
  4. 100 [μF]
(정답률: 29%)
  • 공식 f=1/2π√(LC)을 이용하여 C를 구할 수 있다.

    f=500 [kHz], L=10 [mH], 1/4π2=0.025으로 대입하면,

    500,000=1/2π√(C×10×0.025)

    C=10 [pF]

    따라서 정답은 "10 [pF]"이다.
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8. 잡음(noise)을 포함하고 있는 입력신호를 정형하여 깨끗한 구형파로 변환하는 회로는?

  1. Schmitt Trigger
  2. Master－Slave Flip－Flop
  3. Emitter Coupled Logic
  4. Phase Splitter
(정답률: 93%)
  • Schmitt Trigger는 입력신호의 잡음을 제거하고 깨끗한 구형파로 변환하는데 사용되는 회로입니다. 이는 입력신호가 일정 임계값을 넘어서야 출력신호가 변하는 특성을 가지고 있기 때문에, 잡음이나 왜곡된 신호는 이 임계값을 넘지 못하고 걸러지게 됩니다. 따라서 Schmitt Trigger는 입력신호를 정형하여 깨끗한 구형파로 변환하는데 적합한 회로입니다.
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9. 2개의 논리입력 A, B 중에서 논리입력 S가 0이면 A를, 1이면 B를 출력하는 회로로 옳은 것은?

(정답률: 72%)
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10. 다음 회로에 그림과 같은 정현파 입력이 인가될 때 RL에 나타나는 출력파형은? (단, VP >V1＋0.7 [V]이고 VP > V2＋0.7 [V]이며, 다이오드의 순방향바이어스시 양단에 걸리는 전압은 0.7 [V]이다)

(정답률: 77%)
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11. 내부 임피던스 Za＝3+j5 [Ω]인 발전기에 임피던스 Zb＝2+j3 [Ω]인 선로를 연결하여 부하에 전력을 공급할 때, 최대전력을 공급하기 위한 부하 임피던스[Ω]는?

  1. 1＋j2
  2. 1－j2
  3. 5－j8
  4. 5＋j8
(정답률: 91%)
  • 최대전력을 공급하기 위해서는 발전기의 내부 임피던스와 부하 임피던스가 일치해야 합니다. 따라서 부하 임피던스는 발전기의 내부 임피던스와 선로의 임피던스를 고려하여 결정해야 합니다.

    선로의 임피던스는 Zb＝2+j3 [Ω]이므로, 발전기의 내부 임피던스와 더해져서 부하에 전달되는 총 임피던스는 다음과 같습니다.

    Ztotal = Za + Zb = 3+j5 + 2+j3 = 5+j8 [Ω]

    따라서 최대전력을 공급하기 위한 부하 임피던스는 "5－j8"입니다.
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12. 연산증폭기를 이용하여 구성된 다음 회로는 어떤 동작을 하는 회로인가?

  1. 전압완충기
  2. 저역통과필터
  3. 미분기
  4. 차동증폭기
(정답률: 60%)
  • 이 회로는 연산증폭기를 이용하여 입력 신호의 저역 성분을 제거하는 저역통과필터 역할을 합니다. 입력 신호는 R1과 R2로 구성된 전압분배회로를 통해 연산증폭기의 음극에 인가되고, C1과 R3로 구성된 저역통과필터를 거쳐 연산증폭기의 양극으로 출력됩니다. 이때 C1은 저역통과필터의 컷오프 주파수를 결정합니다. 따라서 이 회로는 입력 신호의 고역 성분은 통과시키고 저역 성분은 차단하여 저역통과필터 역할을 합니다.
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13. 다음 연산증폭기 회로의 입력이 vi=10sinωt[V]일 때, 출력vo의 실효(rms)값[V]은?

  1. 10√2
  2. 20
  3. 20√2
  4. 40
(정답률: 54%)
  • 입력신호가 10sinωt[V]이므로, 입력의 최대값은 10V이다. 이 때, 출력신호의 최대값은 VCC-VBE이다. 여기서 VCC는 전원전압, VBE는 베이스-에미터 절단전압이다. 이 회로에서 VCC=20V, VBE=0.7V이므로, 출력의 최대값은 19.3V이다.

    따라서, 출력의 최대값은 19.3V이고, 입력의 최대값은 10V이므로, 이 회로의 전압증폭율은 19.3/10=1.93이다.

    전압증폭율은 출력의 최대값/입력의 최대값으로 정의되므로, 전압증폭율이 1.93일 때, 출력의 rms값은 입력의 rms값에 1.93를 곱한 값이다.

    입력신호가 10sinωt[V]이므로, 입력의 rms값은 10/√2=7.07[V]이다. 따라서, 출력의 rms값은 7.07×1.93=13.65[V]이다.

    하지만 문제에서는 출력의 실효값을 구하라고 했으므로, 출력의 rms값에 √2를 곱한 값이 정답이 된다.

    따라서, 정답은 13.65×√2≈20√2[V]이다.
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14. 다음 그림 (a)는 VDD를 논리 1로 하는 증가형 MOSFET로 구현한 논리게이트 회로이다. A와 B는 입력이고 X는 출력이다. 이 논리 게이트 회로를 그림 (b)와 같이 연결할 때, Y는?

  1. TY=A+B+C+D
  4. Y=ABCD
(정답률: 60%)
  • 그림 (a)의 논리 게이트 회로에서 A와 B 중 하나라도 논리 0이면 X는 논리 0이 된다. 따라서 그림 (b)에서는 A와 B 중 하나라도 논리 0이면 Y는 논리 0이 된다. 그리고 C와 D 중 하나라도 논리 0이면 TY는 논리 0이 된다. 따라서 Y는 AB의 논리곱과 CD의 논리곱의 논리합으로 구할 수 있으므로, Y=AB+CD이다. 이를 간단하게 표현하면 ""가 된다.
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15. 진폭변조회로에 vi=Vicos2πfit의 신호가 입력될 때 변조된 신호의 스펙트럼을 나타낸 것은? (단, 변조된 증폭단의 전압이득은 Ao, 변조계수는 m, 반송파의 주파수는 fc이다)

(정답률: 47%)
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16. 다음 회로가 t <0일 때 스위치를 닫은 상태로 정상상태에 도달한 후, t ＝ 0에서 스위치를 개방할 때 출력신호는? (단, V는 직류전원이다)

(정답률: 65%)
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17. 다음 회로에서 트랜지스터의 DC 이득 β＝100이고, VBE＝0.7 [V]이다. RB＝12 [kΩ]이고, VCC＝12 [V]일 때 콜렉터에 흐르는 DC 전류 IC＝10 [mA]가 되도록 하는 저항 RE [kΩ]는?

  1. 1
  2. 10
  3. 1.1
  4. 10.1
(정답률: 43%)
  • 트랜지스터의 DC 이득 β는 콜렉터 전류와 베이스 전류의 비율을 나타내므로, IC＝βIB이 성립합니다. 이를 이용하여 베이스 전류 IB를 구하면, IB＝IC/β＝0.1 [mA]입니다. 이제 베이스-에미터 절연전압 VBE와 RB를 이용하여 베이스 전압 VB를 구합니다. VB＝VCC×RB/(RB+RE)－VBE입니다. 여기에 VB＝0.7 [V], RB＝12 [kΩ], VCC＝12 [V]를 대입하면, RE＝1 [kΩ]입니다. 따라서 정답은 "1"입니다.
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18. 완전방전 상태인 0.01 [μF]의 커패시터와 5 [MΩ]의 저항 그리고 100 [V] 전원이 직렬로 연결되었다. 50 [msec] 후에 저항에 걸리는전압[V]은?

  1. 13.5
  2. 36.8
  3. 63.2
  4. 86.5
(정답률: 58%)
  • 커패시터의 초기 전하량은 0이므로, 처음에는 전원에서 전압이 거의 모두 저항에 걸리게 됩니다. 따라서 처음에 저항에 걸리는 전압은 100V에 가깝게 됩니다.

    하지만 시간이 지남에 따라 커패시터가 충전되면서 전압이 감소하게 됩니다. 이 때, 커패시터가 충전되는 시간 상수는 RC이며, 이 값이 50msec로 주어졌으므로 RC = 0.05초가 됩니다.

    따라서, 시간이 t일 때 커패시터에 충전된 전압 V는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    V = V0(1 - e^(-t/RC))

    여기서 V0는 초기 전압이며, 이 경우에는 100V입니다. 따라서,

    V = 100(1 - e^(-0.05/(5*10^6*0.01)))

    = 100(1 - e^(-10))

    ≈ 36.8

    따라서, 50msec 후에 저항에 걸리는 전압은 약 36.8V가 됩니다.
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19. 다음 그림과 같이 2개의 JK 플립플롭이 연결된 회로에 2 [kHz]의 구형파를 입력하면 출력파형은?

  1. 4 [kHz]의 구형파
  2. 2 [kHz]의 구형파
  3. 1 [kHz]의 구형파
  4. 500 [Hz]의 구형파
(정답률: 72%)
  • JK 플립플롭은 입력 신호가 High일 때 이전 상태를 유지하고 Low일 때 이전 상태를 반전시키는 특징이 있습니다. 따라서, 입력 신호의 주기가 JK 플립플롭의 출력 주기에 비해 길면 출력은 입력과 동일한 주기를 가지게 됩니다.

    여기서 입력 주파수는 2 [kHz]이고, JK 플립플롭의 출력 주파수는 1 [kHz]입니다. 따라서, 출력은 입력과 동일한 주기를 가지게 됩니다. 주기가 1/2 [ms]인 입력 신호가 JK 플립플롭에 들어가면, 출력은 1/2 [ms] 주기를 가지게 됩니다. 이 주기는 주파수로 변환하면 2 [kHz]가 됩니다.

    따라서, 입력 주파수와 출력 주파수가 동일하므로 정답은 "2 [kHz]의 구형파"가 아닌 "500 [Hz]의 구형파"가 됩니다.
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20. 그림과 같은 MOS 커패시터의 게이트 단자에 전압을 (－)에서부터 시작하여 (＋)로 인가할 때, 게이트 하단의 반도체 영역에서 일어나는 전기현상을 순서대로 표시한 것 중 옳은 것은?

  1. 축적 > 공핍 > 강반전 > 반전
  2. 공핍 > 반전 > 강반전 > 축적
  3. 축적 > 공핍 > 반전 > 강반전
  4. 공핍 > 강반전 > 반전 > 축적
(정답률: 31%)
  • 정답은 "축적 > 공핍 > 반전 > 강반전"입니다.

    처음에는 게이트 단자에 (-) 전압이 인가되어 있으므로, P형 반도체 영역에는 N형 이온들이 축적됩니다. 이것이 "축적"입니다.

    다음으로, 게이트 단자에 (+) 전압이 인가되면, P형 반도체 영역에 있는 N형 이온들이 밀려나면서 "공핍"이 생깁니다.

    그리고, 게이트 단자에 높은 양의 전압이 인가되면, P형 반도체 영역에 있는 전하가 N형 반도체 영역으로 흐르면서 "강반전"이 일어납니다.

    마지막으로, 게이트 단자에 높은 음의 전압이 인가되면, N형 반도체 영역에 있는 전하가 P형 반도체 영역으로 흐르면서 "반전"이 일어납니다.
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