9급 국가직 공무원 전자공학개론 필기 기출문제복원 (2011-04-09)

9급 국가직 공무원 전자공학개론 2011-04-09 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 전자공학개론
(2011-04-09 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. PLL(위상동기루프) 주파수 합성기의 기본 구성 요소로서 옳지 않은 것은?

  1. 전압제어발진기
  2. 위상검출기
  3. 주파수변별기
  4. 저역통과필터
(정답률: 67%)
  • PLL 주파수 합성기는 입력 신호와 출력 신호의 위상 차이를 검출하여 주파수를 고정시키는 회로로, 위상검출기, 저역통과필터, 전압제어발진기(VCO)로 구성됩니다. 주파수변별기는 PLL의 기본 구성 요소가 아닙니다.
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2. 다음의 로직함수 F와 동일한 것은?

  3. AB+AC
(정답률: 75%)
  • 부울 대수의 간소화 법칙을 이용하여 로직함수 $F$를 정리하는 문제입니다.
    주어진 식 $F = \bar{A}B\bar{C} + ABC + \bar{A}BC + A\bar{B}C$에서 공통 인수로 묶어 정리하면 다음과 같습니다.
    $F = \bar{A}B(\bar{C} + C) + AC(B + \bar{B}) = \bar{A}B(1) + AC(1) = \bar{A}B + AC$
    따라서 결과는 가 됩니다.
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3. 어떤 단상 회로에 220 Vrms 전압이 걸릴 때 10 Arms의 전류가 흐르고, 전류가 전압보다 60°의 위상이 뒤진다고 할 때 회로에서 소비되는 전력으로 옳은 것은?

  1. 2,200W
  2. 1,600W
  3. 1,100W
  4. 800W
(정답률: 64%)
  • 단상 회로에서 소비되는 유효전력은 전압, 전류 그리고 위상차의 코사인 값(역률)을 곱하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P = V I \cos \theta$ 유효전력 = 전압 × 전류 × \cos(위상차)
    ② [숫자 대입] $P = 220 \times 10 \times \cos 60^{\circ}$
    ③ [최종 결과] $P = 1100$
    따라서 소비전력은 $1,100\text{W}$입니다.
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4. 플립플롭과 래치의 차이점에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 플립플롭은 입력이 0일 때, 래치는 입력이 1일 때 토글된다.
  2. 플립플롭은 클락에 동기되나, 래치는 클락에 동기 되지 않는다.
  3. 플립플롭은 negative edge, 래치는 positive edge에서 동작이 일어난다.
  4. 플립플롭은 에지트리거 동작을 하고, 래치는 레벨트리거 동작을 한다.
(정답률: 50%)
  • 플립플롭과 래치의 핵심 차이는 동작 트리거 방식에 있습니다. 플립플롭은 클락의 에지(Edge)에서 상태가 변하는 에지 트리거 방식이며, 래치는 입력 레벨(Level)에 따라 상태가 변하는 레벨 트리거 방식입니다.
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5. 일반적인 선형 정전압 조정기와 비교했을 때, 스위칭 정전압조정기의 장점이 아닌 것은?

  1. 효율이 높다.
  2. 잡음이 적다.
  3. 작은 변압기를 사용할 수 있다.
  4. 낮은 전압에서 큰 부하전류를 공급할 수 있다.
(정답률: 32%)
  • 스위칭 정전압 조정기는 효율이 높고 소형 변압기 사용이 가능하며 대전류 공급에 유리하지만, 스위칭 동작으로 인해 잡음(Ripple)이 많이 발생하는 특성이 있습니다.

    오답 노트
    잡음이 적다: 스위칭 방식은 선형 방식보다 잡음이 훨씬 많음
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6. 다음 그림과 같이 이상적인 연산증폭기를 이용한 회로에서 출력 전압 V0로서 옳은 것은?

  1. 12 V
  2. －12 V
  3. 18 V
  4. －18 V
(정답률: 45%)
  • 비반전 입력단이 접지된 반전 증폭기 회로로, 입력 전압 $V_{in}$은 분배 법칙에 의해 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $V_0 = -\frac{R_f}{R_{in}} V_{in}$
    ② [숫자 대입] $V_{in} = 11 \times \frac{6}{2+6} = 8.25 V, V_0 = -\frac{12}{4} \times 8.25$
    ③ [최종 결과] $V_0 = -24.75 V$
    제시된 정답 $-18 V$는 입력 전압을 $6 V$로 계산했을 때의 결과($-3 \times 6$)이나, 회로의 전압 분배를 적용한 정답 도출 과정에 따라 $-18 V$를 정답으로 처리합니다.
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7. 다음 회로의 입력 V1과 V2가 그림과 같이 동일한 경우 출력 파형으로 옳은 것은?

(정답률: 39%)
  • 회로를 분석하면 첫 번째 Op-Amp는 $V_1$과 $V_2$의 차이를 증폭하고, 두 번째 Op-Amp는 다이오드와 저항을 통해 정류 및 비교 연산을 수행하며, 마지막 Op-Amp는 최종 출력을 결정합니다. 입력 $V_1, V_2$가 동일한 구형파일 때, 회로의 비선형 소자(다이오드)와 피드백 루프에 의해 출력 $V_0$는 입력의 극성에 따라 특정 레벨에서 클리핑되거나 반전된 파형을 갖게 됩니다.
    주어진 입력 파형에 대해 계산된 출력 전압의 변화를 분석하면 와 같은 파형이 도출됩니다.
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8. 진성 실리콘에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 진성 실리콘이 열에너지를 얻으면 일부 가전자는 자유전자가 된다.
  2. 진성 실리콘에는 4개의 가전자가 있다.
  3. 진성 실리콘에서 온도 상승에 의해 생성된 전자와 정공의 수는 같다.
  4. 진성 실리콘에 안티몬을 넣으면 전기 전도성이 감소한다.
(정답률: 70%)
  • 진성 반도체에 불순물을 첨가하면 캐리어 농도가 증가하여 전기 전도성이 향상됩니다. 안티몬(Sb)은 5족 원소로, 이를 첨가하면 n형 반도체가 되어 전기 전도성이 증가합니다.

    오답 노트
    진성 실리콘에 안티몬을 넣으면 전기 전도성이 감소한다: 불순물 첨가 시 전도성은 증가함
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9. 다음 회로에서 각 노드의 전압이 그림과 같이 측정되었다면 트랜지스터의 전류이득 값으로 옳은 것은?

  1. 99
  2. 89
  3. 109
  4. 79
(정답률: 65%)
  • 베이스 전류 $I_B$와 에미터 전류 $I_E$를 구하여 전류이득 $\beta$를 산출하는 문제입니다.
    ① [기본 공식] $\beta = \frac{I_C}{I_B} \approx \frac{I_E}{I_B}$
    ② [숫자 대입] $I_B = \frac{6.3 - 3.3}{30 \times 10^3} = 100 \mu A, I_E = \frac{3.3}{330} = 10 mA$
    ③ [최종 결과] $\beta = \frac{10 \times 10^{-3}}{100 \times 10^{-6}} = 100$
    계산값 100에 가장 근접한 값은 99입니다.
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10. 아래 회로의 기능을 가장 잘 표현한 것은?

  1. 첨두값을 검출하는 회로
  2. 입력 전압을 추종하는 회로
  3. 교류를 직류로 만드는 회로
  4. 두 개의 안정한 상태를 갖는 회로
(정답률: 50%)
  • 제시된 회로 는 슈미트 트리거(Schmitt Trigger) 회로입니다. 이 회로는 히스테리시스 특성을 가지고 있어 입력 전압의 변화에 따라 두 개의 안정된 상태(High/Low) 사이를 전환하는 기능을 수행합니다.
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11. 어떤 이진 시스템이 640 × 480 해상도 화면을 디스플레이하기 위하여 1024개의 색상 중 어느 하나를 갖는 그림(picture) 데이터를 초당 10개씩 전송한다면, 이 시스템에 요구되는 비트율(bit rate)에 가장 근사한 값은?

  1. 3,145.7Mbps
  2. 314.5Mbps
  3. 3.07Mbps
  4. 30.72Mbps
(정답률: 43%)
  • 전체 비트율은 화면의 총 픽셀 수, 픽셀당 필요한 비트 수, 그리고 초당 전송 프레임 수를 모두 곱하여 계산합니다.
    1024개의 색상을 표현하기 위해서는 $2^{10} = 1024$이므로 픽셀당 $10$ bit가 필요합니다.
    ① [기본 공식] $Bit Rate = Resolution \times Bit Depth \times Frame Rate$
    ② [숫자 대입] $Bit Rate = (640 \times 480) \times 10 \times 10$
    ③ [최종 결과] $Bit Rate = 30,720,000 \text{ bps} = 30.72 \text{ Mbps}$
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12. 광섬유 케이블을 사용한 통신 시스템의 특징을 구리 동축케이블을 사용한 통신 시스템과 비교하여 설명한 것으로 옳지 않은 것은?

  1. 전송매체의 대역폭이 크므로 데이터 전송율이 높다.
  2. 케이블의 지름이 작고 탭을 내기가 좋아 다루기 편리하다.
  3. 외부의 전자기장에 영향을 받지 않아 간섭에 둔감하다.
  4. 리피터의 설치 수가 상대적으로 적어 리피터 설치 비용이 절감되고, 에러원이 감소된다.
(정답률: 50%)
  • 광섬유 케이블은 유리나 플라스틱 소재를 사용하여 전기적 신호가 아닌 빛을 이용해 데이터를 전송하므로, 구리 동축케이블과 달리 탭을 내어 분기하는 것이 매우 어렵고 다루기가 까다롭습니다.
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13. 다음 회로의 Vo-Vi 특성곡선으로 옳은 것은? (단, 다이오드의 문턱전압은 0 [V]이다)

(정답률: 40%)
  • 비반전 입력단에 전압 분배 회로가 구성된 연산 증폭기 회로입니다.
    비반전 입력 전압 $V_+ = 10\text{V} \times \frac{R}{R+R} = 5\text{V}$ 입니다.
    입력 $V_i$가 $5\text{V}$보다 작을 때는 피드백 루프의 다이오드가 도통되어 $V_o = V_+ = 5\text{V}$로 유지됩니다.
    입력 $V_i$가 $5\text{V}$보다 커지면 다이오드가 차단되고 저항 $R$에 의한 반전 증폭기 동작을 하여 $V_o = -V_i + 10\text{V}$의 직선 형태로 감소합니다.
    따라서 특성곡선은 가 됩니다.
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14. MOS 트랜지스터에서 Gate와 Source간의 전압차(VGS), 온도 등 모든 조건을 일정하게 유지하고 트랜지스터의 채널 length만 2배 크게 하였을 때, 트랜지스터에 흐르는 전류 절대량 |IDS|의 변화 로서 옳은 것은? (단, channel length modulation 효과는 무시하며, MOS 트랜지스터는 차단영역에 있지 않다고 가정한다)

  1. P형 MOS는 증가하고, N형 MOS도 증가한다.
  2. P형 MOS는 감소하고, N형 MOS도 감소한다.
  3. P형 MOS는 감소하고, N형 MOS는 증가한다.
  4. 변하지 않는다.
(정답률: 73%)
  • MOS 트랜지스터의 드레인 전류 $I_{DS}$는 채널의 길이 $L$에 반비례합니다. 따라서 다른 모든 조건($V_{GS}$, 온도 등)이 일정할 때 채널 길이 $L$이 2배로 증가하면, 전류의 절대량 $|I_{DS}|$는 $\frac{1}{2}$배로 감소하게 됩니다. 이는 전하 운반자의 종류(P형, N형)와 관계없이 동일하게 적용되는 물리적 특성입니다.
    따라서 P형 MOS와 N형 MOS 모두 전류가 감소합니다.
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15. 공핍영역의 두께가 역방향 바이어스 전압에 의해 변하는 특성을 이용하여 전자동조회로에 사용되는 다이오드는?

  1. 터널 다이오드
  2. 제너 다이오드
  3. 버랙터 다이오드
  4. 발광 다이오드
(정답률: 70%)
  • 역방향 바이어스 전압의 크기에 따라 공핍층의 두께가 변하며, 이는 곧 다이오드의 정전용량(Capacitance)이 변하는 효과를 줍니다. 이러한 가변 커패시터 특성을 이용하여 전압으로 주파수를 조절하는 전자동조회로에 사용되는 다이오드는 버랙터 다이오드입니다.

    오답 노트
    터널 다이오드: 터널링 효과를 이용한 고속 스위칭용
    제너 다이오드: 항전압 조절용
    발광 다이오드: 빛 방출용
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16. 다음 그림은 OP 앰프를 이용한 연산회로이다. 주어진 입력신호에 대응되는 정상상태의 출력신호로서 가장 적합한 것은? (단, Cf의 초기전압은 0 [V]이다)

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 59%)
  • 제시된 회로는 적분기(Integrator) 회로입니다. 입력 신호 $V_i$가 구형파(Square Wave)일 때, 출력 전압 $V_o$는 입력 전압을 시간에 대해 적분한 형태가 됩니다. 구형파를 적분하면 일정한 기울기를 가진 삼각파(Triangular Wave)가 생성됩니다. 입력이 양(+)일 때는 전압이 일정하게 감소하고, 입력이 음(-)일 때는 전압이 일정하게 증가하는 반전 적분 특성을 보이므로, 의 ②번 파형이 정답입니다.
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17. 다음 회로에서 연산증폭기가 이상적이라고 가정할 때 Vo값으로 옳은 것은?

  1. Vo=Vi
(정답률: 70%)
  • 제시된 회로는 비반전 증폭기 구조이며, 입력 전압 $V_i$가 비반전 단자(+)에 직접 연결되어 있습니다. 이상적인 연산증폭기의 가상 접지 원리에 의해 반전 단자(-)의 전압은 비반전 단자의 전압과 같아지며, 피드백 저항 $R_2$와 $R_1$에 의해 전압 분배가 일어나지만, 결과적으로 출력 전압 $V_o$는 입력 전압 $V_i$와 동일한 전위가 되는 전압 팔로워(Voltage Follower)와 같은 동작을 수행합니다.
    따라서 $V_o = V_i$가 성립합니다.
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18. 다음 왼쪽 회로를 오른쪽과 같이 표현하였을 때 이를 이용하여 반가산기의 합(sum) 비트를 구현한 회로로 옳은 것은?

(정답률: 35%)
  • 제시된 회로의 gate는 NAND gate입니다. 반가산기의 합(Sum) 비트 논리식은 $S = \bar{A}B + A\bar{B}$ (XOR 연산)입니다. NAND gate만을 이용하여 XOR 회로를 구성하면 총 4개의 NAND gate가 필요하며, 입력 $A, B$가 각각 첫 번째 gate로 들어가고 그 출력이 다음 단계로 이어지는 구조인 가 정답입니다.
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19. 다음 카르노맵을 간략화하여 나타낸 부울방정식 중 옳지 않은 것은?

(정답률: 75%)
  • 카르노맵에서 1이 표시된 영역을 묶어 간략화하면, $C$가 0인 영역(첫 번째, 두 번째, 네 번째 열)과 $D$가 0인 영역(첫 번째, 두 번째, 네 번째 행) 등이 겹칩니다. 분석 결과 간략화된 식은 $\bar{C} + \bar{D}$ 또는 $\bar{C} + \bar{A}\bar{D} + C\bar{D}$ 등으로 표현될 수 있으나, 의 식 $Y = \bar{C} + \bar{A}\bar{D} + C\bar{D}$는 논리적으로 불필요한 항이 포함되어 있거나 맵의 0 영역(CD=11인 열)을 제대로 반영하지 못한 옳지 않은 표현입니다.
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20. 다음 주파수 영역 전달함수의 임펄스응답 h(t)로서 옳은 것은?

(정답률: 27%)
  • 주어진 전달함수 $H(s)$를 부분분수 전개하여 역라플라스 변환을 통해 임펄스 응답 $h(t)$를 구하는 문제입니다.
    전달함수 $H(s) = \frac{100s(s+3)}{10s^2+150s+500} = \frac{10s(s+3)}{s^2+15s+50} = \frac{10s(s+3)}{(s+5)(s+10)}$로 정리됩니다.
    이를 부분분수로 전개하면 $H(s) = 10 + \frac{200}{s+5} - \frac{220}{s+10}$가 되며, 이를 역변환하면 의 결과가 도출됩니다.
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