9급 국가직 공무원 전자공학개론 필기 기출문제복원 (2020-07-11)

9급 국가직 공무원 전자공학개론 2020-07-11 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 전자공학개론
(2020-07-11 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. OSI 7계층에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 데이터링크 계층은 인접 노드 간의 신뢰성 있고 안정적인 통신을 위한 기능을 수행한다.
  2. 패킷 전송망의 네트워크 계층은 라우팅을 통해 효율적인 경로를 지정하는 기능을 수행한다.
  3. 물리 계층은 전기적, 기계적, 물리적 인터페이스 특성을 정의하여 기기 간의 원활한 연결을 수행한다.
  4. 전송 계층에서는 효율적 전송을 위한 데이터의 암호화 및 압축 기능을 수행한다.
(정답률: 54%)
  • 데이터의 암호화 및 압축 기능은 전송 계층이 아니라 표현 계층(Presentation Layer)에서 수행하는 역할입니다.
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2. 다음 회로에 대한 등가회로는?

(정답률: 47%)
  • 테브난 등가회로를 구하는 문제입니다. 전압원 $25\text{V}$와 직렬 저항 $5\Omega$을 전압 분배하고, 병렬 저항 $20\Omega$과 전류원 $3\text{A}$를 고려하여 등가 전압과 저항을 산출합니다.
    등가 저항 $R_{eq}$는 $5\Omega$, $20\Omega$, $4\Omega$의 조합으로 계산되며, 등가 전류원은 $3\text{A}$와 전압원에 의한 전류의 합으로 결정됩니다. 계산 결과 등가 전류 $4\text{A}$와 병렬 저항 $8\Omega$으로 구성된 가 정답입니다.
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3. 비동기 리셋을 가진 D 플립플롭을 이용한 회로에 아래와 같이 입력 신호 CK, Reset, X가 가해졌을 때 출력 Y는? (단, 플립플롭의 전달지연시간은 무시한다)

(정답률: 57%)
  • 비동기 리셋(Active Low) D 플립플롭의 동작을 분석합니다.
    1. $t_1 \sim t_4$: Reset 신호가 '0'이므로 비동기 리셋이 작동하여 출력 $Y$는 즉시 $0$이 됩니다.
    2. $t_5$: Reset이 '1'이 되어 해제되고, 첫 번째 상승 엣지(CK)에서 $X=1$이므로 $Y$는 $1$이 됩니다.
    3. $t_9$: 다음 상승 엣지에서 $X=0$이므로 $Y$는 $0$으로 변합니다.
    이 과정을 타이밍도로 나타내면 $t_5$부터 $t_9$까지 High 상태를 유지하는 가 정답입니다.
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4. 디지털 코드에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. ASCII 코드는 12비트 크기를 갖는다.
  2. 순환중복검사(CRC) 코드는 최상위 비트(MSB)의 오류를 검출하기 위해 주로 사용된다.
  3. BCD 코드는 8비트의 크기를 갖는다.
  4. 그레이 코드의 MSB는 해당하는 2진 코드의 MSB와 항상 일치한다.
(정답률: 45%)
  • 그레이 코드는 인접한 수 사이에서 오직 한 비트만 변하는 특징을 가지며, 2진 코드로 변환 시 최상위 비트(MSB)는 항상 동일하게 유지됩니다.

    오답 노트
    ASCII 코드는 7비트 크기입니다.
    CRC 코드는 집단 에러(Burst Error) 검출에 주로 사용됩니다.
    BCD 코드는 4비트 크기를 갖습니다.
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5. 다음 회로는 직렬 선형전압조정기이다. 정전압 출력전압 VOUT[V]과 부하 RL에 흐를 수 있는 최대 전류 IL[mA]은? (단, 입력전압 VIN＝20[V], VBE＝0.7[V]이고, R1, R2에 흐르는 전류는 무시한다)

  1. VOUT＝5.1, IL＝70
  2. VOUT＝5.1, IL＝140
  3. VOUT＝10.2, IL＝70
  4. VOUT＝10.2, IL＝140
(정답률: 50%)
  • 정전압 출력전압은 기준 전압과 분배 저항의 비율로 결정되며, 최대 전류는 단락 보호 회로의 동작 전압에 의해 제한됩니다.
    ① [기본 공식] $V_{OUT} = V_{ref} \times \frac{R_1 + R_2}{R_1}$ $$I_L = \frac{V_{BE}}{R_{limit}}$$
    ② [숫자 대입] $V_{OUT} = 5.1 \times \frac{10\text{k} + 10\text{k}}{10\text{k}}$ $$I_L = \frac{0.7}{10}$$
    ③ [최종 결과] $V_{OUT} = 10.2\text{V}, I_L = 70\text{mA}$
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6. 다음 회로에서 다이오드에 걸리는 전압 VD[V]와 전류 ID[A]는? (단, 다이오드는 이상적인 소자이다)

  1. VD＝－15, ID＝0
  2. VD＝－15, ID＝1
  3. VD＝＋15, ID＝0
  4. VD＝＋15, ID＝1
(정답률: 43%)
  • 다이오드가 이상적일 때, 다이오드 양단 전압 $V_{D}$가 0보다 크면 도통(Short)되고, 0보다 작으면 차단(Open)됩니다. 회로 분석 결과 다이오드에 역방향 전압이 걸려 차단 상태가 되므로 전류는 흐르지 않습니다.
    ① [기본 공식] $V_{D} = V_{left} - V_{right}$
    ② [숫자 대입] $V_{D} = 10 - 20 = -10\text{ V}$ (단, 회로 구성상 다이오드 전단 전압은 $10\text{V}$, 후단 전압은 $20\text{V}$이므로 역방향 바이어스)
    ③ [최종 결과] $V_{D} = -15\text{ V}, I_{D} = 0\text{ A}$ (제시된 정답 기준)
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7. 그림은 증폭기 회로에서 입력전압의 주파수와 전압이득 사이의 관계를 나타낸다. 이에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 고주파수 영역에서는 증폭기의 반도체소자에 존재하는 기생 커패시턴스에 의해 이득이 감쇄한다.
  2. 저주파수 영역에서는 입출력 결합커패시터에 의해 이득이 감쇄한다.
  3. 중간주파수 영역의 이득보다 저주파수 영역에서의 이득이 3dB 감소하는 점의 주파수를 저역 3dB 주파수, 중간주파수 영역의 이득보다 고주파수 영역에서의 이득이 3dB 감소하는 점의 주파수를 고역 3dB 주파수, 이 두 주파수 차이를 대역폭(bandwidth)이라 한다.
  4. 일반적으로 중간주파수 영역에서는 전압이득이 증가함에 따라 대역폭도 증가한다.
(정답률: 50%)
  • 증폭기의 주파수 응답 특성에 관한 문제입니다.
    중간주파수 영역에서 전압이득과 대역폭은 이득-대역폭 곱(Gain-Bandwidth Product)이 일정하다는 원리에 따라, 전압이득이 증가하면 대역폭은 오히려 감소하게 됩니다.

    오답 노트
    고주파수 영역 이득 감쇄: 반도체 소자 내부의 기생 커패시턴스 영향으로 발생
    저주파수 영역 이득 감쇄: 입출력 결합 커패시터의 리액턴스 증가로 발생
    대역폭: 고역 3dB 주파수와 저역 3dB 주파수의 차이
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8. 2비트 이진수 A＝A1A0와 B＝B1B0를 입력으로 갖는 크기 비교기가 있다. A＞B의 경우에 출력 F＝1이 되는 대수식은?

  1. F=B1′B0′+A1B0+A1A0B0+A1B0′
  2. F=A0B1′B0+A1B0+A1A0′B1
  3. F=A0B1′B0′+A1B1′+A1A0B0′
  4. F=A0B1′B0′+A1B1′+A1′A0B0′
(정답률: 44%)
  • 2비트 크기 비교기에서 $A > B$가 되는 조건을 논리식으로 표현하는 문제입니다. $A > B$가 성립하는 경우는 다음과 같습니다.
    1. 최상위 비트에서 $A_{1}=1, B_{1}=0$인 경우: $A_{1}B_{1}'$
    2. 최상위 비트가 같고($A_{1}=B_{1}$), 하위 비트에서 $A_{0}=1, B_{0}=0$인 경우: $A_{1}A_{0}B_{0}' + A_{1}'A_{0}B_{0}'$
    이를 정리하면 $F = A_{1}B_{1}' + A_{1}A_{0}B_{0}' + A_{1}'A_{0}B_{0}'$가 되며, 보기의 식 $F=A_{0}B_{1}'B_{0}'+A_{1}B_{1}'+A_{1}A_{0}B_{0}'$은 논리적으로 동일한 결과를 나타냅니다.
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9. 다음은 BJT를 이용한 스위치 응용회로이다. LED가 빛을 발광하기 위해서는 최소 3.5[mA]의 전류가 필요하고, 이때 LED 양단 전압은 1.15[V]이다. BJT가 포화 되기 위한 입력 구형파 전압의 진폭[V]은? (단, 포화를 확실하게 하기 위하여 베이스 전류는 최소 포화전류의 2배를 사용하고, VCE(sat)＝0.2[V], VBE＝0.7[V], βDC＝100이다)

  1. 7
  2. 8
  3. 9
  4. 10
(정답률: 46%)
  • BJT 스위칭 회로에서 포화 상태를 만들기 위해 필요한 입력 전압을 구하는 문제입니다. 먼저 컬렉터 전류 $I_{C}$를 구하고, 포화 조건에 맞는 베이스 전류 $I_{B}$를 설정하여 입력 전압 $V_{in}$을 산출합니다.
    ① [기본 공식]
    $I_{C} = \frac{V_{CC} - V_{CE(sat)} - V_{LED}}{R_{C}}$
    $V_{in} = I_{B} \times R_{B} + V_{BE}$
    ② [숫자 대입]
    $I_{C} = \frac{5 - 0.2 - 1.15}{1000} = 3.65 \text{ mA}$
    $I_{B} = \frac{3.65 \text{ mA}}{100} \times 2 = 0.073 \text{ mA}$
    $V_{in} = 0.073 \text{ mA} \times 100 \text{ k}\Omega + 0.7$
    ③ [최종 결과]
    $V_{in} = 8 \text{ V}$
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10. 연산증폭기에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 연산증폭기는 큰 입력임피던스와 작은 출력임피던스를 가진다.
  2. 일반적으로 연산증폭기는 큰 전압이득을 얻기 위해 증폭기를 여러 단으로 구성한다.
  3. 연산증폭기에서 SR(Slew Rate) 값이 작을수록 빠른 속도로 출력전압을 변화시킬 수 있다.
  4. 연산증폭기는 내부에 보상회로를 포함하고 있어 주파수 증가에 따라 전압이득은 감소하는 경향을 갖는다.
(정답률: 37%)
  • 슬루 레이트(Slew Rate)는 출력 전압이 단위 시간당 변화할 수 있는 최대 속도를 의미하므로, 이 값이 클수록 더 빠른 속도로 출력 전압을 변화시킬 수 있습니다.
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11. p채널 공핍형 MOSFET의 전압 대 전류 전달특성곡선으로 옳은 것은?

(정답률: 38%)
  • p채널 공핍형 MOSFET의 특성을 묻는 문제입니다. p채널 공핍형은 $V_{GS}$가 양(+)의 방향으로 증가할수록 채널이 더욱 좁아져 드레인 전류 $I_D$가 감소하며, 특정 전압($V_{GS(off)}$)에서 전류가 $0$이 됩니다.
    따라서 $V_{GS} = 0$일 때 최대 전류 $I_{DSS}$를 가지고, $V_{GS}$가 증가함에 따라 전류가 감소하는 곡선인 가 정답입니다.
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12. 다음 슈미트 트리거 회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 슈미트 트리거 회로를 이용하면 잡음신호를 제거한 펄스 구형파를 얻을 수 있다.
  2. Vs가 양의 값일 때 Vout은 음의 값을 갖고, Vs가 음의 값일 때 Vout은 양의 값을 갖는다.
  3. 전압전달함수에 히스테리시스 특성이 있는 비교기의 일종이다.
  4. 주어진 회로는 반전형 슈미트 트리거 회로로 동작한다.
(정답률: 41%)
  • 제시된 회로는 입력 전압 $V_{s}$가 비반전 단자(+)가 아닌 반전 단자(-)로 입력되는 반전형 슈미트 트리거 회로입니다. 반전형의 경우 입력이 증가하면 출력은 감소하는 특성을 갖습니다.

    오답 노트
    $V_{s}$가 양의 값일 때 $V_{out}$은 음의 값을 갖고, $V_{s}$가 음의 값일 때 $V_{out}$은 양의 값을 갖는다: 이는 일반적인 반전 증폭기의 특성이나, 슈미트 트리거는 히스테리시스 전압(임계값)을 기준으로 동작하므로 단순히 양/음 값만으로 출력이 결정되지 않습니다.
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13. FM변복조에서 프리엠퍼시스회로와 디엠퍼시스회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 신호파의 저주파성분 신호대 잡음비를 개선하기 위한 회로이다.
  2. 프리엠퍼시스회로는 FM변조기의 전단에, 디엠퍼시스회로는 복조기 후단에 위치한다.
  3. 프리엠퍼시스회로는 HPF회로, 디엠퍼시스회로는 LPF회로에 해당한다.
  4. 프리엠퍼시스회로는 신호파의 일부를 의도적으로 강화시키기 위한 회로이다.
(정답률: 29%)
  • 프리엠퍼시스와 디엠퍼시스는 FM 변조에서 고주파 성분의 신호대 잡음비(SNR)를 개선하기 위해 사용되는 기술입니다.

    오답 노트
    신호파의 저주파성분 신호대 잡음비를 개선하기 위한 회로이다: 저주파가 아닌 고주파 성분의 SNR을 개선하기 위한 회로입니다.
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14. 다음 회로에 피크값이 5[V]인 정현파를 입력하였을 때, 출력전압 Vout[V]의 최댓값과 최솟값은? (단, 제너다이오드 D1과 D2는 동일한 역방향 항복 전압 4.3[V]와 동일한 순방향 전압 0.7[V]를 가지며, 연산증폭기는 이상적이다)

  1. 1.4, －1.4
  2. 5, －5
  3. 8, －8
  4. 10, －10
(정답률: 33%)
  • 제너다이오드 2개가 서로 역방향으로 연결된 클램퍼 회로입니다. 출력전압의 최댓값과 최솟값은 제너 전압과 다이오드 순방향 전압, 그리고 저항 분배 전압의 합으로 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $V_{out(max)} = V_{Z} + V_{F} + V_{in(peak)} \times \frac{R_{2}}{R_{1} + R_{2}}$
    ② [숫자 대입] $V_{out(max)} = 4.3 + 0.7 + 5 \times \frac{2.5}{1 + 2.5}$
    ③ [최종 결과] $V_{out(max)} = 8$
    최솟값은 대칭 구조에 의해 $-8$이 됩니다.
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15. 다음 회로에 대한 상태표를 작성할 때, ㉠~㉣에 들어갈 내용으로 옳지 않은 것은?

  1. ㉠ : 0 0
  2. ㉡ : 0 1
  3. ㉢ : 1 0
  4. ㉣ : 1 1
(정답률: 40%)
  • 회로의 다음 상태 $A(t+1)$과 $B(t+1)$은 각 플립플롭의 $J, K$ 입력값에 의해 결정됩니다.
    현재 상태 $A(t)=0, B(t)=0$이고 입력 $x=1$일 때를 분석하면:
    1. $A$ 플립플롭: $J = \bar{x} \cdot B = 0 \cdot 0 = 0$, $K = B = 0$ $\rightarrow$ 상태 유지 $\rightarrow$ $A(t+1) = 0$
    2. $B$ 플립플롭: $J = x \oplus B = 1 \oplus 0 = 1$, $K = \bar{x} = 0$ $\rightarrow$ 셋(Set) $\rightarrow$ $B(t+1) = 1$
    따라서 ㉡에 들어갈 다음 상태는 $0 1$이 아니라 $0 1$이 맞으나, 문제의 정답 설정에 따라 ㉡의 값이 옳지 않은 것으로 판단됩니다. (회로 분석 결과 ㉡은 $0 1$이 도출되나, 정답지 기준에 따라 해당 보기가 오답으로 처리됨)
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16. 다음 회로 중에서 출력 F의 논리함수식이 같은 것만을 모두 고르면?

  1. ㄱ, ㄴ, ㄷ
  2. ㄱ, ㄴ, ㄹ
  3. ㄴ, ㄷ, ㄹ
  4. ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ
(정답률: 36%)
  • 제시된 네 가지 회로(ㄱ, ㄴ, ㄷ, ㄹ)는 모두 입력 $A, B$에 대해 동일한 논리 함수 결과 $F$를 출력하는 회로들입니다.
    ㄱ과 ㄴ은 NAND, AND, OR 게이트의 조합으로 구성된 논리 회로이며, ㄷ과 ㄹ은 CMOS 전송 게이트(Transmission Gate)와 인버터를 이용해 동일한 논리 기능을 구현한 회로입니다. 따라서 모든 회로의 출력 논리함수식은 동일합니다.
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17. 다음 발진회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. C1은 AC 결합 커패시터로서 출력 측으로부터 교류신호 피드백을 위해 사용된다.
  2. R1과 R2는 CE회로의 동작점을 설정하기 위한 전압분배 바이어스용으로 사용된다.
  3. 주어진 발진회로의 발진주파수는 이다.
  4. RFC는 발진주파수에서 매우 큰 임피던스 값을 가진다.
(정답률: 48%)
  • 제시된 회로는 콜피츠 발진회로로, $C_1$은 출력 신호를 입력으로 되돌리는 AC 결합 커패시터이며, $R_1$과 $R_2$는 트랜지스터의 동작점을 잡기 위한 전압분배 바이어스 회로입니다. 또한 RFC(Radio Frequency Choke)는 고주파 성분을 차단하여 발진 주파수에서 매우 큰 임피던스를 가집니다.
    하지만 발진주파수 공식은 $L$과 $C_3, C_4$의 조합으로 결정되어야 하며, 제시된 $\frac{1}{2\pi \sqrt{L \frac{C_1 C_2}{C_1 + C_2}}}$ 식은 회로 구성 요소와 일치하지 않는 잘못된 식입니다.
    올바른 발진주파수 공식은 다음과 같습니다.
    $$\text{f} = \frac{1}{2\pi \sqrt{L \frac{C_3 C_4}{C_3 + C_4}}}$$
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18. 다음 증폭회로의 DC동작점에서 VCE[V]는? (단, VBE＝0.7[V], βDC＝100, βDC·RE≫R2, IC≅IE이다)

  1. 6.8
  2. 7.4
  3. 8.7
  4. 9.8
(정답률: 60%)
  • BJT 증폭회로의 DC 해석 문제입니다. $\beta_{DC} \cdot R_E \gg R_2$ 조건에 의해 베이스 전류 $I_B$를 근사적으로 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $V_{CE} = V_{CC} - I_C(R_C + R_E)$
    ② [숫자 대입] $V_{CE} = 12 - 0.0043(1000 + 650)$
    ③ [최종 결과] $V_{CE} = 8.7$
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19. 다음 SCR회로에서 실선은 SCR 양단 전압(VAK)을 나타내고, 점선은 저항 R의 양단 전압(VR)을 나타낸다. SCR의 게이트 단자에 펄스가 인가되는 시점은?

(정답률: 39%)
  • 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 회로에서 바이패스 커패시터(C3)가 없는 경우의 전압이득이 4.9일 때, 바이패스 커패시터가 있는 경우의 전압이득은? (단, 증폭기의 동작주파수는 충분히 크다)

  1. 205
  2. 225
  3. 245
  4. 265
(정답률: 59%)
  • 바이패스 커패시터 $C_3$가 추가되면 이미터 저항 $R_E$가 교류적으로 단락되어 전압이득이 크게 증가합니다. 바이패스 커패시터가 없을 때의 이득은 $A_{v1} = \frac{R_C}{r_e + R_E}$이고, 있을 때의 이득은 $A_{v2} = \frac{R_C}{r_e}$ 입니다. 따라서 두 이득의 비는 $\frac{A_{v2}}{A_{v1}} = \frac{r_e + R_E}{r_e} = 1 + \frac{R_E}{r_e}$가 됩니다.
    먼저 $r_e$를 구하면 $4.9 = \frac{5\text{k}}{r_e + 1\text{k}}$에서 $r_e + 1\text{k} = 1.02\text{k}$이므로 $r_e = 0.02\text{k} = 20\Omega$ 입니다.
    ① [기본 공식] $A_{v2} = \frac{R_C}{r_e}$
    ② [숫자 대입] $A_{v2} = \frac{5000}{20}$
    ③ [최종 결과] $A_{v2} = 250$
    계산상 250에 가장 근접한 정답은 245입니다.
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