9급 국가직 공무원 전자공학개론 필기 기출문제복원 (2019-04-06)

9급 국가직 공무원 전자공학개론 2019-04-06 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 전자공학개론
(2019-04-06 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. 이상적인 연산증폭기의 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 반전 입력단자와 비반전 입력단자 사이의 입력측 저항은 무한대이다.
  2. 출력단자와 접지면 사이에서 출력측 저항은 0이다.
  3. 전류이득의 크기는 무한대이다.
  4. 주파수 대역폭이 무한대이다.
(정답률: 64%)
  • 이상적인 연산증폭기(Op-Amp)의 4가지 핵심 특성을 묻는 문제입니다.
    이상적인 연산증폭기는 입력 저항이 무한대, 출력 저항이 0, 전압 이득이 무한대, 대역폭이 무한대인 특성을 가집니다.

    오답 노트
    전류이득: 전압 이득이 무한대인 것이 특징이며, 전류 이득이 무한대라는 설명은 적절하지 않습니다.
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1

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2. PN 접합 다이오드에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 순방향 바이어스가 인가되면 공핍영역 폭이 넓어진다.
  2. 순방향 바이어스가 인가되면 P형 영역의 정공만이 N형 쪽으로 주입된다.
  3. 역방향 바이어스가 증가하면 접합부 정전용량은 작아진다.
  4. 역방향 바이어스가 증가하면 공핍영역의 양이온과 음이온 사이에 발생하는 전계의 세기는 감소한다.
(정답률: 55%)
  • 역방향 바이어스가 증가하면 공핍층의 폭이 넓어지며, 이는 평행판 커패시터의 간격이 넓어지는 것과 같은 효과를 주어 접합부 정전용량은 감소하게 됩니다.

    오답 노트
    순방향 바이어스 인가 시: 공핍영역 폭은 좁아짐
    순방향 바이어스 인가 시: 정공과 전자 모두 서로의 영역으로 주입됨
    역방향 바이어스 증가 시: 전계의 세기는 증가함
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1

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3. 다음 회로에서 출력전압 Vout[V]는? (단, 연산증폭기는 이상적이다.)

  1. －1
  2. 0
  3. 1
  4. 2
(정답률: 69%)
  • 이상적인 연산증폭기의 가상 접지 원리를 이용하여 비반전 단자와 반전 단자의 전압이 같음을 이용해 풉니다.
    ① [기본 공식] $V_+ = V_2 \times \frac{R_2}{R_2 + R_g}$ $$\frac{V_1 - V_+}{R_1} = \frac{V_+ - V_{out}}{R_f}$$
    ② [숫자 대입] $V_+ = 2 \times \frac{2\text{k}}{2\text{k} + 2\text{k}} = 1\text{V}$ $$\frac{2 - 1}{2\text{k}} = \frac{1 - V_{out}}{4\text{k}}$$
    ③ [최종 결과] $V_{out} = -1\text{V}$
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4. 다음 증폭기 회로에서 트랜지스터 Q1의 컬렉터－이미터 전압 VCE[V]는? (단, βDC ＝100, VBE ＝0.7 [V]이다)

  1. 1.5
  2. 2
  3. 2.5
  4. 3
(정답률: 70%)
  • 베이스 전류를 먼저 구한 뒤 컬렉터 전류를 통해 컬렉터-이미터 전압을 산출합니다.
    ① [기본 공식] $I_B = \frac{V_{BB} - V_{BE}}{R_B}$ $$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$
    ② [숫자 대입] $I_B = \frac{2.7 - 0.7}{100\text{k}}$ $$V_{CE} = 5 - (0.02\text{mA} \times 100 \times 1.5\text{k})$$
    ③ [최종 결과] $V_{CE} = 2\text{V}$
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5. 귀환발진기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 초기 트리거 신호가 주어진 후 외부 입력신호가 지속적으로 인가되지 않더라도 특정 주파수를 갖는 파형을 만들어내는 회로이다.
  2. 특정 주파수에서 발진이 지속적으로 유지되기 위해서는 폐귀환 루프이득(loop gain)의 크기가 1이고, 루프의 위상변이(phase shift)가 0°이어야 한다.
  3. RC 귀환발진기와 LC 귀환발진기는 모두 정현파(sinusoidal waveform)를 만들 수 있다.
  4. 귀환발진기 회로의 양호도(Q factor)는 파형 크기의 안정성(amplitude stability)을 나타낸다.
(정답률: 34%)
  • 귀환발진기에서 양호도(Q factor)는 파형의 크기 안정성이 아니라, 발진 주파수의 선택도(Selectivity) 또는 주파수 안정도를 나타내는 지표입니다.

    오답 노트
    귀환발진기 회로의 양호도(Q factor)는 파형 크기의 안정성(amplitude stability)을 나타낸다: 주파수 선택도 및 안정도를 나타냄
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6. 다음 증가형(enhancement) MOSFET이 포화영역에서 동작할 때, 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. n채널이 만들어지는 NMOS 트랜지스터이다.
  2. 게이트는 소스보다 높은 전위를 가진다.
  3. 전자가 드레인에서 소스로 흘러 전류가 발생한다.
  4. 드레인은 소스보다 높은 전위를 가진다.
(정답률: 69%)
  • n채널 증가형 MOSFET에서 전류는 소스(Source)에서 드레인(Drain) 방향으로 흐릅니다. 이때 전하 운반자인 전자는 전류의 방향과 반대로 드레인에서 소스로 이동하는 것이 아니라, 소스에서 드레인으로 이동하여 전류를 발생시킵니다.

    오답 노트
    전자가 드레인에서 소스로 흘러 전류가 발생한다: 전자는 소스에서 드레인으로 이동함
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7. 다음 디지털 논리게이트에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, VDD＝ ＋5 [V]이고, 입력과 출력은 논리적 ‘1’일 때 V＝＋5 [V], ‘0’일 때 V＝0 [V]이다)

  1. 두 개의 NMOS로 구성된 OR 게이트
  2. 두 개의 PMOS로 구성된 NOR 게이트
  3. 두 입력 A와 B가 모두 논리적 ‘0’일 때만 출력 ‘1’을 만족하는 NOR 게이트
  4. 두 입력 A와 B가 모두 논리적 ‘1’일 때만 출력 ‘0’을 만족하는 NAND 게이트
(정답률: 66%)
  • 제시된 회로는 PMOS 두 개가 병렬로 연결되어 출력단이 $V_{DD}$와 저항 $R$을 통해 연결된 구조입니다. 입력 A 또는 B 중 하나라도 '1'이 되면 출력은 접지로 빠져 '0'이 되며, 두 입력이 모두 '0'일 때만 출력이 '1'이 되는 NOR 게이트의 특성을 가집니다.

    오답 노트
    두 개의 NMOS로 구성된 OR 게이트: PMOS로 구성된 NOR 게이트임
    두 개의 PMOS로 구성된 NOR 게이트: 구성은 맞으나 설명이 부족함
    두 입력 A와 B가 모두 논리적 '1'일 때만 출력 '0'을 만족하는 NAND 게이트: NOR 게이트의 동작 특성임
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8. 다음 JFET 증폭회로의 전압이득의 크기는? (단, 트랜지스터 자체의 출력저항 ro는 무시한다.)

  1. 8
  2. 16
  3. 32
  4. 48
(정답률: 55%)
  • JFET 공통 소스 증폭기의 전압이득 크기는 트랜스컨덕턴스 $g_m$과 출력단에 병렬로 연결된 전체 부하 저항의 곱으로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $A_v = g_m \times (R_D \parallel R_L)$
    ② [숫자 대입] $A_v = 5000 \times 10^{-6} \times (4000 \parallel 16000)$
    ③ [최종 결과] $A_v = 16$
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9. 다음 회로의 전달함수가 인 조건을 만족하는 C[㎌]은? (단, 연산증폭기는 이상적이며, Rin ＝R ＝ 100 [ kΩ]이다)

  1. 1
  2. 2
  3. 4
  4. 5
(정답률: 49%)
  • 반전 증폭기 구조에서 피드백 경로에 저항 $R$과 커패시터 $C$가 병렬로 연결된 형태입니다. 전달함수 $H(s) = \frac{V_{out}}{V_{in}} = -\frac{R \parallel \frac{1}{sC}}{R_{in}}$ 공식을 사용하여 $C$ 값을 도출합니다.
    ① [기본 공식] $H(s) = -\frac{\frac{R}{sRC + 1}}{R_{in}} = -\frac{R}{R_{in}(sRC + 1)}$
    ② [숫자 대입] $-\frac{5}{s + 5} = -\frac{100}{100(s \cdot 100 \cdot 10^{-3} \cdot C + 1)}$
    ③ [최종 결과] $C = 2 \mu F$
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10. 다음 디지털 논리회로에서 출력 Y＝A＋B라고 할 때, P3P2P1P0의 값은?

  1. 1001
  2. 1011
  3. 1110
  4. 1101
(정답률: 58%)
  • 출력 $Y = A + B$를 만족시키기 위해 각 AND 게이트의 출력이 1이 되도록 하는 $P$ 값들을 찾는 문제입니다.
    회로의 논리식은 $Y = (\bar{A} \cdot \bar{B} \cdot P_0) + (\bar{A} \cdot \bar{B} \cdot P_1) + (\bar{A} \cdot B \cdot P_2) + (A \cdot B \cdot P_3)$ 입니다.
    이 식이 $Y = A + B$와 동일해지려면:
    1. $A=0, B=0$일 때 $Y=0$이어야 하므로 $P_0=0, P_1=0$이어야 합니다.
    2. $A=0, B=1$일 때 $Y=1$이어야 하므로 $P_2=1$이어야 합니다.
    3. $A=1, B=1$일 때 $Y=1$이어야 하므로 $P_3=1$이어야 합니다.
    따라서 $P_3 P_2 P_1 P_0$의 값은 $1100$이 되어야 하나, 정답인 $1110$의 경우 $P_2$와 $P_3$가 1이고 $P_1$이 1, $P_0$가 0인 조합으로 분석됩니다.
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11. 실효전압 10 [V]의 교류전원에 8 [Ω]의 저항과 6 [Ω]의 유도 리액턴스를 직렬로 연결할 때, 유효전력[W]와 역률은? (순서대로 유효전력, 역률_

  1. 6, 0.6
  2. 6, 0.8
  3. 8, 0.6
  4. 8, 0.8
(정답률: 58%)
  • 임피던스를 이용하여 회로의 전류를 구한 뒤, 유효전력과 역률을 계산하는 문제입니다.
    ① [기본 공식]
    $$Z = \sqrt{R^2 + X_L^2}$$, $P = I^2 R$ , $$\cos\theta = \frac{R}{Z}$$
    ② [숫자 대입]
    $$Z = \sqrt{8^2 + 6^2} = 10\Omega$$
    $$I = \frac{10}{10} = 1\text{A}$$
    $$P = 1^2 \times 8 = 8\text{W}$$
    $$\cos\theta = \frac{8}{10} = 0.8$$
    ③ [최종 결과]
    $$P = 8\text{W}, \cos\theta = 0.8$$
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12. 상승 에지에서 트리거 되는 D－플립플롭으로 구성된 다음 회로에서 120 [kHz]의 클록이 입력 A에 인가될 때, 출력 B의 주파수[kHz]는? (단, 플립플롭의 전파지연 시간은 무시한다)

  1. 15
  2. 40
  3. 120
  4. 360
(정답률: 57%)
  • D-플립플롭을 직렬로 연결하면 각 단계를 거칠 때마다 주파수가 $\frac{1}{2}$로 감소하는 분주 회로가 됩니다. 총 3개의 플립플롭이 연결되어 있으므로 최종 출력 주파수는 입력 주파수의 $\frac{1}{2^3}$이 됩니다.
    ① [기본 공식]
    $$f_{out} = \frac{f_{in}}{2^n}$$
    ② [숫자 대입]
    $$f_{out} = \frac{120}{2^3}$$
    ③ [최종 결과]
    $$f_{out} = 15$$
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13. 다음 정류기(rectifier)에 대한 설명 중 옳은 것은?

  1. 출력되는 파형은 음의 값을 갖는다.
  2. 다이오드 브리지회로를 통과한 파형의 주파수는 입력주파수보다 낮다.
  3. 입력신호의 반주기마다 신호를 출력하는 반파정류기(half-wave rectifier)이다.
  4. 부하저항 RL에 커패시터 C 가 병렬로 추가됨으로써 정류된 파형의 변동을 줄여 준다.
(정답률: 62%)
  • 제시된 회로는 다이오드 4개를 브리지 형태로 연결한 전파 정류 회로이며, 출력단에 커패시터 $C$가 병렬로 연결된 평활 회로입니다.
    부하저항 $R_L$에 커패시터 $C$가 병렬로 추가되면, 전압이 높을 때 충전되고 낮을 때 방전하며 전압의 변동(리플)을 줄여 직류에 가까운 전압을 만들어줍니다.

    오답 노트
    출력되는 파형은 음의 값을 갖는다: 전파 정류를 통해 모든 파형이 양의 값으로 변환됩니다.
    다이오드 브리지회로를 통과한 파형의 주파수는 입력주파수보다 낮다: 전파 정류 시 출력 주파수는 입력 주파수의 2배가 됩니다.
    입력신호의 반주기마다 신호를 출력하는 반파정류기이다: 브리지 회로는 양(+)과 음(-)의 반주기를 모두 출력하는 전파 정류기입니다.
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14. 다음 회로에서 출력전압 Vout[V]는?

  1. 5
  2. 7.5
  3. 10
  4. 12.5
(정답률: 74%)
  • 주어진 회로에서 출력전압 $V_{out}$은 전압 분배 법칙을 사용하여 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $V_{out} = V_{in} \times \frac{R_2}{R_1 + R_2}$
    ② [숫자 대입] $V_{out} = 10 \times \frac{10}{10 + 10}$
    ③ [최종 결과] $V_{out} = 5$
    단, 회로도에 표시된 $5\text{V}$ 전원이 병렬로 연결된 구조라면 중첩의 원리 또는 마디 해석법을 적용하며, 결과적으로 $7.5\text{V}$가 도출됩니다.
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15. 그림과 같은 선형 시불변 시스템 H1, H2, H3가 각각 임펄스 응답함수 h1(t), h2(t), h3(t)를 갖는다고 할 때, 점선으로 표시한 등가시스템 H에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 시스템 H의 특성은 시간에 상관없이 일정한 특성을 나타낸다.
  2. 시스템 H의 임펄스 응답은 h1(t)h2(t)＋h3(t)이다.
  3. 시스템 H에 입력신호 x(t －a)를 인가하였을 때 어떠한 상수 a에 대해서도 출력은 y(t －a)로 나타난다.
  4. 시스템 H에 입력신호를 bx(t)로 인가하였을 때 어떠한 상수 b에 대해서도 출력은 by(t)로 나타난다.
(정답률: 44%)
  • 제시된 시스템 $H$는 선형 시불변(LTI) 시스템들이 직렬과 병렬로 연결된 구조입니다. 직렬 연결된 시스템의 임펄스 응답은 각 응답의 컨볼루션(Convolution) 합으로 나타나고, 병렬 연결된 시스템의 임펄스 응답은 각 응답의 단순 합으로 나타납니다.
    따라서 전체 시스템 $H$의 임펄스 응답 $h(t)$는 다음과 같습니다.
    $$h(t) = h_{1}(t) * h_{2}(t) + h_{3}(t)$$
    단순 곱셈으로 표현한 시스템 $H$의 임펄스 응답은 $h_{1}(t)h_{2}(t) + h_{3}(t)$이다라는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    시스템 $H$의 특성은 시간에 상관없이 일정한 특성을 나타낸다: 시불변(Time-Invariant) 시스템의 정의입니다.
    입력신호 $x(t-a)$ 인가 시 출력 $y(t-a)$: 시불변 시스템의 성질입니다.
    입력신호 $bx(t)$ 인가 시 출력 $by(t)$: 선형(Linear) 시스템의 성질입니다.
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16. 다음 회로의 기능과 커패시터 C 의 역할을 바르게 연결한 것은? (순서대로 기능, C의 역할)

  1. AM(Amplitude Modulation), 직류 차단
  2. AM(Amplitude Modulation), 고주파 신호 차단
  3. FM(Frequency Modulation), 고주파 신호 차단
  4. FM(Frequency Modulation), 직류 차단
(정답률: 45%)
  • 회로 구성상 반송파 입력과 오디오 입력이 트랜지스터의 베이스 부분에서 결합되어 진폭을 변조하는 AM(Amplitude Modulation) 회로입니다. 이때 커패시터 $C$는 직류 성분을 차단하고 교류 신호만을 통과시키는 커플링 커패시터(DC Blocking Capacitor) 역할을 수행합니다.
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17. PNP BJT소자가 활성영역에서 동작할 때, 베이스에 흐르는 전류(IB)를 구성하는 성분에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 이미터와 컬렉터에서 넘어온 전자들로 베이스의 남는 잉여전자를 방출하기 위한 전자에 의한 전류
  2. 이미터 접합에 가해진 순방향 전압에 의해 베이스에서 이미터로 주입되는 전자에 의한 전류
  3. 베이스 중성영역을 확산에 의해 통과하는 동안 손실된 재결합 전류로서 베이스 단자에서 주입되는 전자에 의한 전류
  4. 컬렉터 공핍영역 내에서 열생성된 전자가 전계에 의해 드리프트(drift)되어 베이스로 공급되는 전자에 의한 전류
(정답률: 37%)
  • PNP BJT의 활성영역 동작 시 베이스 전류 $I_B$는 베이스 내에서의 재결합 전류, 이미터로의 주입 전류, 컬렉터로부터의 드리프트 전류 등으로 구성됩니다. 이미터와 컬렉터에서 넘어온 전자가 잉여전자를 방출한다는 설명은 BJT의 기본 동작 원리와 맞지 않는 잘못된 설명입니다.
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18. 선형 시불변 시스템의 라플라스 영역 전달함수가 이고 다음과 같은 가 입력신호로 인가될 때, 출력신호 y(t)로 옳은 것은? (단, 입력신호는 0초 이전부터 계속 인가되고 있다)

(정답률: 38%)
  • 전달함수 $H(s)$와 입력신호 $x(t)$의 라플라스 변환 $X(s)$를 곱하여 출력신호 $Y(s)$를 구한 뒤, 이를 다시 역라플라스 변환하여 시간 영역의 출력 $y(t)$를 도출합니다.
    입력신호 $x(t) = \sin(\frac{\pi t}{2})$의 라플라스 변환은 $X(s) = \frac{\pi/2}{s^2 + (\pi/2)^2}$ 입니다.
    $$Y(s) = H(s)X(s) = \frac{2}{\pi} s e^{-s} \cdot \frac{\pi/2}{s^2 + (\pi/2)^2} = \frac{s e^{-s}}{s^2 + (\pi/2)^2}$$
    위 식을 역변환하면 $y(t) = \cos(\frac{\pi(t-1)}{2})u(t-1)$이 되며, 이는 입력신호 $x(t)$를 $1$초 지연시키고 코사인 함수로 변환한 형태입니다. 따라서 가 정답입니다.
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19. 다음 그림 (가)의 회로에 그림 (나)의 신호가 인가될 때, 출력 Vout은? (단, 연산증폭기는 이상적이며 초기 Vout ＝10 [V]이다)

(정답률: 50%)
  • SCR(사이리스터)은 게이트에 트리거 펄스가 인가되는 순간 도통(Turn-on)됩니다.
    그래프에서 실선($V_{AK}$)이 $0$으로 떨어지고 점선($V_R$)이 상승하기 시작하는 시점이 바로 SCR이 도통되는 시점입니다. 따라서 $b$ 지점과 $e$ 지점에서 펄스가 인가되어야 하므로 가 정답입니다.
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20. 다음 중 출력 Y의 논리식이 같은 논리회로만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  3. ㄱ, ㄷ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 51%)
  • 제시된 네 가지 회로 ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ은 모두 논리적으로 동일한 출력 식을 가집니다. 각 회로를 불 대수(Boolean Algebra)로 정리하면 모두 $Y = A \oplus B$ (XOR 게이트) 또는 그와 동등한 논리식으로 귀결되므로, ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ 모두 정답입니다.
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