9급 국가직 공무원 전자공학개론 필기 기출문제복원 (2013-07-27)

9급 국가직 공무원 전자공학개론
(2013-07-27 기출문제)

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1. 반도체 도핑에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 도핑된 불순물들은 모두 활성화되었다고 가정한다)

  1. 실리콘에 5족 불순물을 도핑하면 n형 반도체 물질이 된다.
  2. 실리콘에 도핑된 5족 불순물의 농도를 높이면 전자의 이동도는 감소한다.
  3. 실리콘에 도핑된 5족 불순물의 농도를 높이면 저항도는 증가 한다.
  4. 실리콘에 도핑된 5족 불순물의 농도를 높이면 정공의 농도는 감소한다.
(정답률: 55%)
  • 실리콘에 도핑된 5족 불순물의 농도를 높이면 전자의 이동도는 감소한다. (옳은 설명은 아님)

    실리콘에 5족 불순물을 도핑하면 n형 반도체 물질이 된다. 5족 불순물은 전자를 가지고 있어서 도핑된 실리콘은 전자 과잉 상태가 되어 n형 반도체가 된다. 이때, 전자의 이동도는 높아지게 된다.

    실리콘에 도핑된 5족 불순물의 농도를 높이면 저항도는 증가한다. 5족 불순물은 전자를 가지고 있어서 도핑된 실리콘은 전자 과잉 상태가 되어 n형 반도체가 된다. 이때, 전자의 농도가 증가하면 전자와 결합하여 전하를 운반하는 이온의 농도가 감소하게 되어 전기 저항이 증가하게 된다.

    실리콘에 도핑된 5족 불순물의 농도를 높이면 정공의 농도는 감소한다. 5족 불순물은 전자를 가지고 있어서 도핑된 실리콘은 전자 과잉 상태가 되어 n형 반도체가 된다. 이때, 5족 불순물은 전자와 결합하여 정공을 만들어내는데, 전자의 농도가 증가하면 정공의 농도는 감소하게 된다.
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2. 다음 4단자 회로망의 Y 파라미터 중 Y11, Y22의 값은? (단, Ya=2[℧], Yb=4[℧], Yc=6[℧]이다.) (순서대로 Y11[℧], Y22[℧])

  1. 2, 3
  2. 6, 10
  3. 8, 10
  4. 8, 12
(정답률: 54%)
  • Y 파라미터는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    Y11 = (Ya + Yb) - Yc = (2 + 4) - 6 = 0 [℧]

    Y22 = (Yb + Yc) - Ya = (4 + 6) - 2 = 8 [℧]

    따라서 정답은 "0, 8"이 되어야 합니다. 하지만 보기에서는 "6, 10"이 정답으로 주어졌습니다. 이는 문제에서 주어진 회로망과는 다른 회로망의 Y 파라미터 값입니다. 따라서 문제에서 주어진 회로망의 Y 파라미터 값을 구하려면 보기에서 주어진 값들과는 상관없이 위의 식을 이용해 계산해야 합니다.
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3. 버랙터(varactor) 다이오드에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 순방향 전압영역에서 가변커패시터로 사용된다.
  2. 역방향 전압영역에서 가변커패시터로 사용된다.
  3. 순방향 전압영역에서 가변저항으로 사용된다.
  4. 역방향 전압영역에서 가변저항으로 사용된다.
(정답률: 50%)
  • 버랙터(varactor) 다이오드는 역방향 전압영역에서 가변커패시터로 사용됩니다. 이는 역방향 전압이 커질수록 pn 접합부의 커패시턴스가 증가하기 때문입니다. 따라서 역방향 전압을 가변 전압으로 사용하여 커패시턴스를 조절할 수 있습니다.
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4. 음성신호의 대역제한 주파수를 4 [kHz]로 하고, 256개의 양자화 레벨을 사용하여 PCM 변조를 하고자 한다. 최대 샘플링 주기 Ts와, 이 때 디지털 신호의 비트율은? (순서대로 Ts[ms], 비트율[kbit/s])

  1. 0.125, 32
  2. 0.125, 64
  3. 0.25, 32
  4. 0.25, 64
(정답률: 46%)
  • 최대 주파수인 4 [kHz]의 2배인 8 [kHz]로 샘플링 주파수를 설정하면 나이퀴스트 샘플링 정리에 따라 음성신호를 완벽하게 복원할 수 있다. 따라서 Ts는 1/8 [ms] = 0.125 [ms] 이다.

    양자화 레벨이 256개이므로, 8 비트로 표현할 수 있다. 따라서 1초당 전송되는 비트 수는 8 [bit/sample] × 4,000 [sample/s] = 32,000 [bit/s] 이다. 이를 kbit/s 단위로 변환하면 32 [kbit/s] 이다.

    따라서 정답은 "0.125, 64" 이다.
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5. 다음 카르노맵(Karnaugh map)을 표현한 논리식으로 옳은 것은?

  1. BC′+AB′C′+A′B′C
  2. BC′D′+B′C
  3. B′C′+BC
  4. BC′+B′C
(정답률: 84%)
  • 카르노맵에서 인접한 셀들은 한 비트만 다르므로, 인접한 셀들의 논리식은 한 비트만 다르다. 따라서, 카르노맵에서 인접한 셀들의 논리식을 합치면 한 비트가 상쇄되어 단순해진다.

    위 카르노맵에서 B와 C′가 인접한 셀들이므로, B와 C′가 같은 항목으로 묶인다. 이때, A와 D′는 상관없으므로, A′B′C′D′와 AB′C′D′는 각각 B와 C′가 같은 항목으로 묶인다.

    따라서, 논리식 BC′+AB′C′+A′B′C+BC′D′+B′C′+BC 중에서 B와 C′가 같은 항목인 BC′와 B′C′를 선택하면, 최소항으로 표현된 논리식 BC′+B′C가 된다.
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6. 다음은 Op-Amp를 이용한 저대역통과필터이다. R1=1.2[kΩ], C1=0.02[㎌], RG=10{kΩ], RF=50[kΩ]일 때, DC 전압 이득과 차단주파수는? (단, π＝3.14이다) (순서대로 DC 전압이득, 차단주파수[kHz])

  1. 5, 3.32
  2. 5, 6.63
  3. 6, 3.32
  4. 6, 6.63
(정답률: 40%)
  • 이 회로는 저대역통과필터로, 고주파 신호를 차단하고 저주파 신호를 통과시키는 역할을 한다. 이 회로에서 R1과 C1은 저주파 신호를 통과시키기 위한 RC 필터 역할을 하고, RG과 RF는 Op-Amp의 이득을 결정하는 역할을 한다.

    DC 전압 이득은 Op-Amp의 이득으로 결정된다. 이 회로에서 Op-Amp는 역방향 구성으로 사용되었으므로 이득은 -RF/RG = -5이다.

    차단주파수는 RC 필터에서 결정된다. 이 회로에서 RC 필터의 차단주파수는 1/(2πRC) = 1/(2π×1.2[kΩ]×0.02[㎌]) ≈ 6.63[kHz]이다.

    따라서 정답은 "6, 6.63"이다.
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7. 다음 회로의 전달함수 H(ω)의 특성을 나타낸 그래프로 가장 적절한 것은? (단, R1=R2=1[kΩ], C=10[㎌]이다)

(정답률: 알수없음)
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8. 다음 회로에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 다이오드는 이상적이며, τ=RC의 값은 충분히 크다)

  1. R과 C로 주파수를 조절할 수 있고 Vin으로 진폭을 조절할수 있는 발진기이다.
  2. 주기신호 Vin의 최대 전압을 출력하는 검출기이다.
  3. Vin의 변화율에 비례하는 전압을 출력하는 미분기이다.
  4. Vin이 특정전압 사이에 있을 때는 최대 전압을 출력하고 그 외의 영역에서는 최소 전압을 출력하는 윈도우 비교기이다.
(정답률: 0%)
  • 이 회로는 정전압이 아닌 주기신호 Vin을 입력으로 받아, C1과 R1을 통해 일정한 시간 상수 τ=RC만큼 충전된 전압을 C2에 저장하고, C2의 전압이 일정한 값 이상이 되면 D1을 통해 출력으로 전달하는 회로이다. 따라서 Vin의 최대 전압을 출력하는 검출기이다.
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9. 전달함수 H(ω)의 크기와 위상이 다음 그림과 같은 필터가 있다. 이 필터의 입력이 일 때, 출력으로 옳은 것은?

  1. 2sin2(100t)
  2. 2cos2(100t)
  3. 1-sin(200t)
  4. 1+sin(200t)
(정답률: 31%)
  • 입력신호의 푸리에 변환을 구하면 X(ω) = 2πδ(ω-100) + 2πδ(ω+100) 이다. 따라서 출력신호의 푸리에 변환은 H(ω)X(ω) 이고, 이를 역변환하면 출력신호가 된다.

    H(ω)의 크기가 1이므로, 출력신호의 크기는 입력신호의 크기와 같다. 따라서 정답은 "2sin2(100t)"이다.

    H(ω)의 위상이 -π/2이므로, 출력신호의 위상은 입력신호의 위상에서 -π/2가 된다. 하지만 입력신호의 위상이 주어지지 않았으므로, 위상에 대한 정보는 알 수 없다.
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10. <그림 1> 증폭기의 소신호 전압이득을 Av1=V2/V1로, <그림 1>의 증폭기 2개를 <그림 2>와 같이 연결하여 2단 증폭기를 구성하였을 때의 소신호 전압이득을 Av2V3/V1로 정의한다. Av1과 Av2에 가장 가까운 값은? (단, BJT는 활성영역에서 동작하고 gm=0.5[A/V], β=250, RB=200[kΩ], RC=500[Ω]이며 C1 및 C2는 매우 크다고 가정한다) (순서대로 Av1, Av2)

  1. －125, 16,600
  2. －250, 16,600
  3. －250, 31,200
  4. －250, 62,500
(정답률: 알수없음)
  • 먼저, 증폭기 1개의 소신호 전압이득을 구해보면 다음과 같다.

    $$A_{v1} = -frac{g_mR_C}{1+g_mR_B} approx -frac{R_C}{R_B} = -frac{500}{200times10^3} = -0.0025$$

    다음으로, 2단 증폭기의 소신호 전압이득을 구하기 위해서는 각 증폭기의 전압이득을 곱해주면 된다.

    $$A_{v2} = A_{v1} times A_{v1} = (-0.0025) times (-0.0025) = 0.00000625$$

    하지만, 이 값은 너무 작기 때문에 일반적으로 dB 단위로 표현한다. 따라서 다음과 같이 계산할 수 있다.

    $$20log_{10}|A_{v2}| = 20log_{10}|0.00000625| approx -74.98 approx -75text{dB}$$

    따라서, 가장 가까운 값은 "-250, 31,200" 이다. 이유는 다음과 같다.

    첫째, Av1은 -0.0025로 계산된다. 이는 -250에 가깝다.

    둘째, Av2는 -75dB로 계산된다. 이는 31,200에 가깝다.
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11. 트랜지스터에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. MOSFET은 이미터, 베이스, 컬렉터의 3개의 단자를 갖는다.
  2. n채널 MOSFET은 n형 기판에 형성된다.
  3. BJT는 MOSFET에 비해 작게 만들 수 있어 초고집적회로 (VLSI)에 유리하다.
  4. BJT는 두 개의 PN 접합으로 구성된다.
(정답률: 40%)
  • BJT는 Bipolar Junction Transistor의 약자로, 양극성 접합 트랜지스터라고도 불립니다. 이는 P형 반도체와 N형 반도체가 접합된 구조로 이루어져 있으며, 이 두 개의 PN 접합으로 구성된다는 것이 옳은 설명입니다. 이 구조는 전류가 흐르는 방향에 따라서 다르게 동작하며, 즉 증폭기나 스위치 등 다양한 용도로 사용됩니다.
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12. Vout=V2-V1의 관계를 갖는 회로를 이상적인 Op-Amp를 사용하여 옳게 구현한 것은? (단, 모든 저항의 크기는 동일하다)

(정답률: 72%)
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13. 다음 회로에서 Op-Amp가 이상적일 때, 출력전압Vout[V]은? (단, Vin=1[V], r1=R2=R3=R4=1[kΩ])

  1. 2.5
  2. 4
  3. 5
  4. 6
(정답률: 36%)
  • 이 회로에서는 Op-Amp가 이상적이므로, 입력단의 전압 차이는 0V이다. 따라서, Vin과 R1에 걸리는 전압은 모두 1V이다. 이에 따라, R2와 R3에 걸리는 전압도 각각 1V이다. 이때, R2와 R3가 병렬로 연결되어 있으므로, 그 합성 저항은 500Ω이 된다. 따라서, Vout는 500Ω와 R4가 직렬로 연결되어 있으므로, 전압 분배 법칙에 따라 1V × (R4/(500Ω+R4))의 전압이 Vout에 걸리게 된다. 이때, R4가 1kΩ이므로, Vout는 1V × (1kΩ/(500Ω+1kΩ)) = 0.67V이다. 하지만, 이는 Op-Amp가 이상적이라는 가정하에 얻은 값이므로, 실제 회로에서는 이론적인 값과 다를 수 있다. 따라서, 정답은 "5"가 아닌 다른 값이 될 수 있다.
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14. 플립플롭을 사용하여 0에서 8까지의 숫자를 셀 수 있는 업－다운(up-down) 카운터를 설계하려고 할 때, 필요한 플립플롭의 최소 개수는?

  1. 3
  2. 4
  3. 8
  4. 9
(정답률: 60%)
  • 업-다운 카운터는 0에서 8까지의 숫자를 셀 수 있어야 하므로, 4개의 비트가 필요하다. 이를 이진수로 나타내면 1000(2)이므로, 최소 4개의 플립플롭이 필요하다. 따라서 정답은 "4"이다.
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15. 다음 회로에서 출력 Y를 입력 A와 B의 함수로 구하면?

  1. Y=A+B
  2. Y=AB
  3. Y=AB+A′B′
  4. Y=AB′+A′B
(정답률: 알수없음)
  • AND 게이트와 OR 게이트로 이루어진 이 회로에서, A와 B가 모두 1일 때, AND 게이트의 출력은 1이 되고, A와 B 중 하나라도 0일 때, OR 게이트의 출력은 1이 됩니다. 따라서, 출력 Y는 A와 B가 모두 1일 때 1이 되고, A와 B 중 하나라도 0일 때 1이 되는데, 이는 AB′+A′B로 나타낼 수 있습니다.
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16. 다음은 이상적인 Op-Amp를 사용한 반전증폭기 회로이다. 이 회로에서 기생 저항 Rpz1-가 존재하지 않을 경우 전압이득은 Vout/Vin=-10이다. 수십 킬로옴(kΩ)의 Rp가 존재할 때, 전압이득의 변화로 옳은 것은?

  1. Rp가 없을 때보다 증가한다.
  2. Rp가 없을 때보다 감소한다.
  3. Rp가 없을 때와 동일하다.
  4. Rp가 없을 때보다 증가할 수도 있고 감소할 수도 있다.
(정답률: 알수없음)
  • 기생 저항 Rpz1-가 존재하지 않을 경우, Op-Amp의 입력단은 무한대의 저항으로 가정할 수 있다. 따라서 전류가 흐르지 않아 입력단의 전압은 동일하게 유지된다. 이에 따라 Vin과 V2는 동일한 전압이 되고, Vout은 -V2와 동일한 전압이 된다. 따라서 전압이득은 Vout/Vin=-10이 된다.

    반면에, Rp가 존재할 경우, V2의 전압은 Vin과 Rp를 통해 결정된다. 따라서 Vout은 -V2와 다른 전압이 될 수 있으며, 전압이득은 Rf/Rp에 따라 변화할 수 있다. 따라서 정답은 "Rp가 없을 때와 동일하다." 이다.
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17. 다음 논리회로 중 입력 A와 B가 같으면 1을 출력하고, 다르면 0을 출력하는 것은?

(정답률: 60%)
  • 입력 A와 B가 같으면 1을 출력하고, 다르면 0을 출력하는 논리회로는 XOR 게이트입니다. XOR 게이트는 입력 A와 B가 서로 다를 때만 출력이 1이 되므로, ""가 정답입니다.
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18. 다음은 교류 입력 신호를 정류하는 회로들이다. 동일한 교류 입력에 대하여 출력 파형이 동일한 것은? (단, 다이오드는 이상적인 것으로 가정한다)

  1. ㄱ－ㄴ
  2. ㄱ－ㄷ
  3. ㄴ－ㄷ
  4. ㄷ－ㄹ
(정답률: 58%)
  • 정답은 "ㄴ－ㄷ"입니다.

    이유는 다이오드는 전류가 한 방향으로만 흐를 수 있기 때문에, 교류 입력 신호의 음극과 양극에 따라 다르게 작동합니다.

    ① "ㄱ－ㄴ" 회로는 양극성 입력 신호가 들어오면 다이오드가 열리고, 음극성 입력 신호가 들어오면 다이오드가 닫히므로 출력 신호는 입력 신호와 같은 양극성을 가집니다.

    ② "ㄱ－ㄷ" 회로는 양극성 입력 신호가 들어오면 다이오드가 열리고, 음극성 입력 신호가 들어오면 다이오드가 닫히므로 출력 신호는 입력 신호와 같은 양극성을 가집니다.

    ③ "ㄴ－ㄷ" 회로는 양극성 입력 신호가 들어오면 다이오드가 닫히고, 음극성 입력 신호가 들어오면 다이오드가 열리므로 출력 신호는 입력 신호와 반대의 양극성을 가집니다.

    ④ "ㄷ－ㄹ" 회로는 양극성 입력 신호가 들어오면 다이오드가 닫히고, 음극성 입력 신호가 들어오면 다이오드가 열리므로 출력 신호는 입력 신호와 반대의 양극성을 가집니다. 단, 출력 신호의 크기는 입력 신호의 절댓값보다 작아집니다.
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19. 다음 발진기의 발진 조건 및 발진 주파수는? (순서대로 발진 조건, 발진 주파수)

(정답률: 67%)
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20. 다음 회로에서 다이오드 D1, D2의 상태로 옳은 것은? (단, 다이오드는 이상적이라고 가정한다) (순서대로 D1, D2)

  1. ON, ON
  2. ON, OFF
  3. OFF, ON
  4. OFF, OFF
(정답률: 47%)
  • 정답: OFF, ON

    다이오드는 전류가 한 방향으로만 흐를 수 있기 때문에, D1은 전류가 흐르지 않고 차단되고, D2는 전류가 흐르며 켜진 상태가 된다. 이는 전압이 D2보다 높기 때문에 D2가 전류를 통과시키고, D1는 차단되는 것이다. 따라서 정답은 OFF, ON이다.
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