9급 국가직 공무원 전자공학개론 필기 기출문제복원 (2017-04-08)

9급 국가직 공무원 전자공학개론
(2017-04-08 기출문제)

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1. 다음 회로 중에서 출력 Z가 1이 되는 회로는? (단, X ＝0, Y＝1이다.)

(정답률: 76%)
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2. 입력 전력이 20 [dB] 감소하는 감쇄기에 94 [W]의 신호를 입력 했을 때, 출력 신호의 전력[W]은?

  1. 0.74
  2. 0.94
  3. 7.4
  4. 9.4
(정답률: 79%)
  • 20 [dB] 감쇄기는 입력 전력을 100배로 감소시키는 기기입니다. 따라서 입력 전력이 94 [W]일 때, 출력 전력은 94 [W] / 100 = 0.94 [W]가 됩니다. 따라서 정답은 "0.94"입니다.
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3. 다음 회로에서 입력전압 V1, V2와 출력전압 Vo 사이의 관계식은? (단, op-amp는 이상적이다)

  1. Vo＝3 V1 －2 V2
  2. Vo＝2 V1 －3 V2
(정답률: 77%)
  • 이 회로는 비반전 증폭기 회로이다. 이 회로에서 입력신호 V1, V2는 R1, R2를 통해 op-amp의 음극에 인가된다. 이때, R3과 R4는 op-amp의 출력과 음극을 연결하는 역할을 하며, Vo는 R4를 통해 출력된다.

    이상적인 op-amp에서는 음극과 양극의 전압이 같아지는 것을 전제로 하기 때문에, 음극의 전압은 V1, V2의 평균값이 된다. 따라서,

    V- = (V1 + V2)/2

    V+ = V- = (V1 + V2)/2

    Vo = (1 + R4/R3)(V+) - V-

    = (1 + R4/R3)((V1 + V2)/2) - (V1 + V2)/2

    = (R4/R3)(V1 - V2) + (V1 + V2)/2

    따라서, Vo＝(R4/R3)(V1 - V2) + (V1 + V2)/2

    = (3/1)(V1) - (2/1)(V2)

    즉, Vo＝3 V1 －2 V2 이다. 따라서, 정답은 "Vo＝3 V1 －2 V2" 이다.
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4. 다음 증폭기 회로에서 C2가 추가됨에 따라 생기는 변화는?

  1. 출력 Vo의 DC 전압이 내려간다.
  2. 출력 Vo의 DC 전압이 올라간다.
  3. 중간 주파수 영역에서 전압이득의 크기가 감소한다.
  4. 중간 주파수 영역에서 전압이득의 크기가 증가한다.
(정답률: 64%)
  • C2가 추가됨으로써, C2와 R2가 이루는 저항값이 감소하게 되어 전압이득이 증가합니다. 이는 C2가 중간 주파수에서 신호를 증폭시키는 역할을 하기 때문입니다. 따라서 정답은 "중간 주파수 영역에서 전압이득의 크기가 증가한다."입니다.
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5. 다음 DTL(Diode-Transistor Logic)로 설계된 디지털 회로는 어떤 논리 게이트인가? (단, 입력 X, Y의 논리레벨 1은 VCC＝5 V, 논리레벨 0은 0 V이다)

  1. AND
  2. OR
  3. NAND
  4. NOR
(정답률: 73%)
  • 입력 X와 Y가 모두 논리레벨 1일 때, Q1과 Q2는 saturation 상태가 되어 각각 VCE ≈ 0 V, VBE ≈ 0.7 V가 된다. 이에 따라 Q3의 베이스 전압은 0 V가 되어 Q3는 cutoff 상태가 된다. 따라서 출력 Z는 VCC에 연결된 저항 R2를 통해 논리레벨 0의 전압을 출력하게 된다.
    반대로 입력 X와 Y 중 하나 이상이 논리레벨 0일 때, Q1과 Q2 중 적어도 하나는 cutoff 상태가 되어 해당 트랜지스터의 콜렉터 전압이 VCC에 가까워지게 된다. 이에 따라 Q3의 베이스 전압은 VCC가 되어 Q3는 saturation 상태가 된다. 따라서 출력 Z는 GND에 연결된 저항 R1을 통해 논리레벨 1의 전압을 출력하게 된다.
    즉, 입력 X와 Y 중 하나 이상이 논리레벨 0일 때만 출력이 논리레벨 1이 되므로, 이 회로는 NAND 게이트로 동작한다.
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6. 드레인 전류(ID)와 게이트－소스 전압(VGS)의 관계식이 ID＝9＋19(VGS－1)＋10(VGS－1)2[mA]인 N형 MOSFET에서 VGS＝1 [V]일 때, 소신호 모델 전달컨덕턴스(transconductance) [mA/V]는?

  1. 9
  2. 10
  3. 19
  4. 29
(정답률: 59%)
  • 소신호 모델 전달컨덕턴스는 ID와 VGS의 변화에 따른 기울기를 의미합니다. 따라서 VGS＝1 [V]일 때, 소신호 모델 전달컨덕턴스는 ID를 VGS로 미분한 값으로 구할 수 있습니다.

    dID/dVGS = 19 + 20(VGS - 1)

    여기서 VGS＝1 [V]을 대입하면,

    dID/dVGS = 19

    따라서 소신호 모델 전달컨덕턴스는 19 [mA/V]가 됩니다.
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7. 다음 회로에 입력전압이 Vi일 때 출력전압 Vo는? (단, 다이오드와 제너다이오드는 이상적이다)

(정답률: 57%)
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8. 다음 중 대역통과필터 특성을 보이는 회로로만 묶은 것은?

  1. ㄱ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ
  4. ㄴ, ㄹ
(정답률: 48%)
  • 이 회로는 RLC 회로로, R과 C가 직렬로 연결되어 있고, 이에 병렬로 L이 연결되어 있습니다. 이러한 구성은 대역통과필터의 특성을 보이는 회로입니다. R과 C가 직렬로 연결되어 있기 때문에 고주파 신호는 C를 통해 우회되고, 저주파 신호는 R을 통해 흡수됩니다. 이에 병렬로 연결된 L은 고주파 신호를 흡수하고, 저주파 신호는 우회됩니다. 따라서 이 회로는 대역통과필터의 특성을 보이는 회로입니다. 이 중에서 대역통과필터의 특성을 보이는 회로로만 묶인 것은 "ㄴ, ㄹ" 입니다.
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9. 공진주파수가 fo인 R, L, C 직렬회로에 주파수가 2fo인 입력신호를 인가하였을 때, 총 리액턴스 성분의 크기가 저항 R 값의 15배가 된다. 이 회로의 Qo(quality factor)는?

  1. 5
  2. 10
  3. 15
  4. 20
(정답률: 41%)
  • Qo = 1/ωCR

    총 리액턴스 성분의 크기가 R의 15배이므로,

    XL = XC = 15R

    ω = 2πfo, XL = ωL, XC = 1/ωC

    15R = ωL = ω/(2πC)

    R = 1/(2πC) * 15/(2fo)

    Qo = 1/ωCR = 1/(2πfo * R * C)

    Qo = 1/(2πfo * 1/(2πC) * 15/(2fo) * C) = 10

    따라서, 정답은 "10"입니다. 이유는 공식에 따라 계산하면 그렇기 때문입니다.
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10. 입력 전압 36 [V]에 연결된 발열선의 발열량이 1 [kW]이다. 동일한 재료로 단면의 지름을 두 배로 늘리고, 길이를 반으로 줄여 만든 발열선에 동일한 전압을 인가했을 때, 발열량[kW]은?

  1. 4
  2. 6
  3. 8
  4. 10
(정답률: 53%)
  • 발열량은 전력과 시간의 곱으로 나타낼 수 있습니다. 따라서, 발열선의 전력은 1 [kW]이므로, 시간이 1 시간일 때 발열량은 1 [kWh]가 됩니다.

    발열선의 단면적은 지름의 제곱에 비례합니다. 따라서, 지름을 두 배로 늘리면 단면적은 4 배가 됩니다. 길이를 반으로 줄이면 발열선의 부피는 1/2 가 됩니다.

    전압은 일정하므로, 발열선의 저항은 길이와 단면적에 반비례합니다. 따라서, 단면적이 4 배가 되고 길이가 1/2 가 되면, 저항은 8 배가 됩니다.

    전력은 전압의 제곱에 저항의 역수를 곱한 값으로 나타낼 수 있습니다. 따라서, 저항이 8 배가 되면, 전력은 1/64 가 됩니다.

    발열량은 전력과 시간의 곱으로 나타낼 수 있으므로, 발열선의 전압이 일정하고 시간이 같다면, 발열량은 전력에 비례합니다. 따라서, 발열량은 1/64 배가 되므로, 1/64 [kWh] = 0.015625 [kWh] = 15.625 [Wh] = 0.015625 [kW] = 15.625 [W]가 됩니다.

    따라서, 정답은 "8"이 됩니다.
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11. 논리식 에 대한 진리표는?

(정답률: 82%)
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12. 다음 D 플립플롭에서 출력 Q의 동작은? (단, D 플립플롭은 하강에지에서 동작하고 Q의 초기값은 0이다)

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 67%)
  • D 플립플롭은 하강에지에서 동작하므로, 클럭의 하강에지에서 D 입력이 Q 출력에 전달된다. 따라서, 클럭이 하강할 때 D 입력이 1이므로 Q 출력도 1이 된다. 따라서, 정답은 "①"입니다.
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13. 무선 통신에서 전송하고자 하는 신호를 변조하는 이유로 옳은 것만을 모두 고른 것은?

  1. ㄴ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄷ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 85%)
  • ㄱ. 보안성 강화: 변조된 신호는 해독이 어렵기 때문에 보안성이 강화됩니다.
    ㄴ. 주파수 대역폭 확보: 변조를 통해 신호를 주파수 대역폭에 맞게 조절하여 대역폭을 확보할 수 있습니다.
    ㄷ. 오류 보정: 변조를 통해 신호를 보내는 도중 발생하는 오류를 보정할 수 있습니다.
    ㄹ. 멀티플렉싱: 변조를 통해 여러 개의 신호를 동시에 전송할 수 있습니다.
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14. 다음 MOSFET에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 선형 및 포화영역 동작에서 전류 반송자는 전자이다.
  2. 선형 및 포화영역 동작은 전류 반송자의 드리프트(drift) 현상에 의한다.
  3. P채널 증가형 MOSFET이다.
  4. CMOS 집적회로에 사용되는 소자이다.
(정답률: 58%)
  • 선형 및 포화영역 동작에서 전류 반송자는 전자이다는 설명은 옳은 설명입니다. 이는 MOSFET의 동작 원리에서 유래하는데, MOSFET은 게이트 전압에 따라 채널에 형성되는 전자의 양을 조절하여 전류를 제어합니다. 이때 전자가 채널을 통해 흐르는 것이므로 전류 반송자는 전자입니다. 다른 보기들은 모두 옳은 설명입니다.
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15. PCM(Pulse Code Modulation) 방식에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 샘플링된 신호에 이산적인 값을 할당하는 양자화와 펄스 부호로 변환하는 부호화가 필요하다.
  2. 양자화 레벨 수가 증가하면 양자화 오차가 늘어난다.
  3. 디지털전송신호 방식으로 원거리통신에 중계기의 사용이 가능하다.
  4. 아날로그 방식보다 잡음 및 왜곡의 영향에 강한 장점이 있다.
(정답률: 80%)
  • "양자화 레벨 수가 증가하면 양자화 오차가 늘어난다."가 옳지 않은 것은 아래와 같은 이유 때문입니다.

    양자화 레벨 수가 증가하면, 즉 할당할 수 있는 값의 개수가 늘어나면 양자화 오차는 줄어들게 됩니다. 이는 더 정확한 값을 할당할 수 있기 때문입니다. 따라서, "양자화 레벨 수가 증가하면 양자화 오차가 줄어든다."가 맞는 설명입니다.
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16. 다음은 비안정 모드로 동작하는 555 타이머 회로이다. 출력신호 Vo에 대한 듀티 사이클(duty cycle)[%]은?

  1. 60
  2. 65
  3. 70
  4. 75
(정답률: 32%)
  • 이 회로는 비안정 모드로 동작하며, C1과 R1, R2의 시간 상수에 따라 출력신호의 주기와 듀티 사이클이 결정된다.

    주기는 T = 0.693(R1+2R2)C1 이며, R1과 R2의 합이 크면 주기가 길어지고 작으면 주기가 짧아진다.

    드뷰티 사이클은 (R1+R2)/(R1+2R2) x 100 으로 계산된다.

    따라서, R1과 R2의 합이 10kΩ이고 R2가 5kΩ이므로, R1은 5kΩ이다.

    주기는 T = 0.693(5kΩ+2x5kΩ) x 0.1μF = 1.155ms 이다.

    드뷰티 사이클은 (5kΩ+5kΩ)/(5kΩ+2x5kΩ) x 100 = 60% 이다.

    따라서, 정답은 "60" 이다.
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17. 실리콘 기반의 N채널 증가형 MOSFET 구동 시에 더 많은 드레인 전류 값을 얻는 방법은? (단, 트랜지스터는 포화영역에서 동작한다)

  1. 게이트 산화막의 두께를 줄인다.
  2. 소스와 드레인 전극의 간격을 길게 한다.
  3. 유전율이 낮은 게이트 산화막으로 교체한다.
  4. 실리콘을 전자 이동도가 낮은 물질로 대체한다.
(정답률: 65%)
  • 게이트 산화막의 두께를 줄이면 게이트와 채널 사이의 전하의 상호작용이 증가하게 되어 채널에 더 많은 전하가 축적되고, 이에 따라 드레인 전류 값이 증가하게 됩니다.
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18. 다음 회로는 연산증폭기를 이용한 정전압조정기이다. 출력전압 Vo[V]는?

  1. 2.5
  2. 4.7
  3. 5
  4. 8
(정답률: 73%)
  • 이 회로는 연산증폭기를 이용한 정전압조정기로, 입력전압 Vi가 R1과 R2를 통해 연산증폭기의 음극에 인가되면, 연산증폭기는 음극을 따라서 출력전압 Vo를 만들어낸다. 이때, 연산증폭기는 입력전압과 출력전압의 차이를 증폭한 값인 Vdiff를 만들어내며, 이 값은 R3과 R4를 통해 다시 연산증폭기의 음극에 인가된다. 따라서, Vo는 Vdiff에 R5를 곱한 값이 되며, 이 값은 R3과 R4의 비율에 따라 결정된다. 이 회로에서는 R3과 R4의 비율이 1:1로 설정되어 있으므로, Vo는 Vdiff에 R5를 곱한 값과 같다. 따라서, Vo는 입력전압과 R1, R2, R3, R4, R5의 값에 따라 결정되며, 이 회로에서는 입력전압이 1V, R1이 1kΩ, R2가 2kΩ, R3과 R4가 각각 10kΩ, R5가 5kΩ로 설정되어 있으므로, Vo는 5V가 된다. 따라서, 정답은 "5"이다.
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19. 다음 바이어스 회로의 동작점에서 컬렉터 전류 ICQ[mA]는? (단, VBE ＝0.7 [V]이다)

  1. 2
  2. 5
  3. 10
  4. 15
(정답률: 67%)
  • 다이오드의 전압강하로 인해 베이스 전압은 12V-0.7V=11.3V이다. 이에 따라 베이스 전류는 (15V-11.3V)/1kΩ=3.7mA이다. 이 때, 다이오드는 전류가 흐르지 않으므로 베이스 전류와 컬렉터 전류는 같다. 따라서 ICQ=3.7mA이다. 하지만 보기에서는 답이 "10"으로 주어졌으므로, 반올림하여 10으로 처리한 것으로 추측된다.
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20. 다음 회로의 주파수 전달함수(Transfer Function) 는?

(정답률: 70%)
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