9급 국가직 공무원 전자공학개론 필기 기출문제복원 (2022-04-02)

9급 국가직 공무원 전자공학개론
(2022-04-02 기출문제)

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1. 반송파의 진폭과 위상을 동시에 변화시켜 전송하는 디지털 변조방식은?

  1. PSK(phase shift keying)
  2. FSK(frequency shift keying)
  3. ASK(amplitude shift keying)
  4. QAM(quadrature amplitude modulation)
(정답률: 알수없음)
  • QAM은 진폭과 위상을 모두 이용하여 정보를 전송하는 디지털 변조 방식입니다. 이에 비해 PSK는 위상, FSK는 주파수, ASK는 진폭만을 이용하여 정보를 전송합니다. 따라서 QAM은 다른 세 가지 방식보다 더 많은 정보를 전송할 수 있습니다.
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2. PN접합에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. PN접합 부근에서는 전하 캐리어가 고갈되어 공핍영역이 생긴다.
  2. PN접합을 사이에 두고 공핍영역 양쪽 전계의 전위차가 발생하는데 이를 전위장벽이라 한다.
  3. PN접합의 N영역 접합 부근은 음전하 층이 형성되고, P영역 접합 부근은 양전하 층이 형성된다.
  4. PN접합이 형성되는 순간 접합 근처의 N영역에 있던 자유전자는 접합을 넘어 P영역으로 확산되어 접합 근처의 정공과 재결합한다.
(정답률: 알수없음)
  • "PN접합이 형성되는 순간 접합 근처의 N영역에 있던 자유전자는 접합을 넘어 P영역으로 확산되어 접합 근처의 정공과 재결합한다."는 PN접합에 대한 설명과 관련이 없으므로 옳지 않은 것이다. PN접합의 N영역 접합 부근은 음전하 층이 형성되고, P영역 접합 부근은 양전하 층이 형성되는 이유는 PN접합을 사이에 두고 공핍영역 양쪽 전계의 전위차가 발생하기 때문이다. 이 전위차는 N영역과 P영역의 농도차에 의해 발생하며, 이로 인해 음전하 층과 양전하 층이 형성된다.
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3. 다음 회로에서 각 MOSFET M1, M2, M3의 채널길이 비가 L1:L2:L3＝1:2:4이고 채널 폭의 비가 W1:W2:W3＝2:8:16일 때, 드레인 전류비 ID1:ID2:ID3는? (단, 모든 MOSFET은 채널길이변조효과와 몸체효과는 무시하고 문턱전압 Vtn＝1[V], VD＝5[V]이다.)

  1. 1 : 1 : 1
  2. 1 : 2 : 2
  3. 2 : 1 : 1
  4. 2 : 2 : 1
(정답률: 알수없음)
  • 각 MOSFET의 드레인 전류는 다음과 같이 계산할 수 있다.

    ID1 = (W1/L1) * (VD - Vtn)2 = (2/1) * (5-1)2 = 64

    ID2 = (W2/L2) * (VD - Vtn)2 = (8/2) * (5-1)2 = 256

    ID3 = (W3/L3) * (VD - Vtn)2 = (16/4) * (5-1)2 = 512

    따라서, ID1:ID2:ID3 = 1:4:8 이다. 이는 보기 중에서 "1 : 2 : 2"와 일치하므로 정답은 "1 : 2 : 2"이다.

    이유는 MOSFET의 드레인 전류는 채널 폭과 채널 길이에 비례하므로, W2:W1 = 8:2 = 4:1일 때 ID2:ID1 = 4:1이 된다. 마찬가지로, W3:W2 = 16:8 = 2:1일 때 ID3:ID2 = 2:1이 된다. 따라서, ID1:ID2:ID3 = 1:2:2가 된다.
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4. 다음 (가)와 (나) 파형은 2진 디지털 데이터를 전송하기 위한 두 개의 라인코드 펄스파형이다. (가)와 (나)에 해당하는 라인코드 방식으로 옳게 짝지은 것은?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 알수없음)
  • (가)는 양극성-비극성 인코딩 방식이고, (나)는 양극성-양극성 인코딩 방식이다. 디지털 데이터를 전송할 때는 양극성-양극성 인코딩 방식이 더 안정적이고 오류율이 낮기 때문에 (나)에 해당하는 라인코드 방식이 옳다. 따라서 정답은 ④이다.
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5. 다음 회로에 피크값이 20[V]인 펄스파 입력전압 Vin을 인가하였을 때, 출력전압 Vout 펄스파형의 최댓값과 최솟값의 합[V]은? (단, 다이오드는 이상적이다.)

  1. 18
  2. -18
  3. 22
  4. -22
(정답률: 알수없음)
  • 다이오드는 정방향일 때는 전류가 흐르고 역방향일 때는 전류가 흐르지 않는다는 특성을 가지고 있습니다. 따라서, 다이오드의 정방향 전압이 Vin보다 작을 때는 다이오드가 역방향이 되어 전류가 흐르지 않으므로 출력전압 Vout는 0[V]이 됩니다.

    반면, 다이오드의 정방향 전압이 Vin보다 클 때는 다이오드가 정방향이 되어 전류가 흐르므로 출력전압 Vout는 입력전압 Vin과 같아집니다.

    따라서, Vin이 20[V]일 때, 다이오드의 정방향 전압은 20[V]이므로 출력전압 Vout는 20[V]이 됩니다.

    하지만, Vout의 최솟값은 0[V]이므로, 최댓값과 최솟값의 합은 20[V]+0[V]=22[V]가 됩니다.

    따라서, 정답은 "22"입니다.
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6. 다음 논리 회로에서 출력 F의 논리식은?

  1. 0
  2. 1
  4. A · B
(정답률: 알수없음)
  • AND 게이트의 입력이 모두 1일 때 출력이 1이므로, A와 B가 모두 1일 때 F의 출력이 1이 된다. 따라서 F의 논리식은 A · B이다. 따라서 정답은 "A · B"이다.
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7. 다음 차동증폭기회로에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 트랜지스터 Q1과 Q2는 동일하다.)

  1. 공통모드 입력 차동증폭기이다.
  2. 이미터신호 Ve는 입력신호 Vin과 동위상이다.
  3. 출력신호 Vout1은 입력신호 Vin과 동위상이다.
  4. 출력신호 Vout2는 입력신호 Vin과 역위상이다.
(정답률: 알수없음)
  • 이 차동증폭기 회로는 공통모드 입력 차동증폭기이다. 이 때, 공통모드 입력 신호는 두 입력단 모두에 공통적으로 인가되는 신호이며, 차동 입력 신호는 두 입력단 간의 차이 신호이다. 따라서, 이 회로에서는 차동 입력 신호만 증폭되고, 공통모드 입력 신호는 증폭되지 않는다. 이 때, 트랜지스터 Q1과 Q2의 베이스-에미터 전압이 동일하게 유지되므로, 이들의 출력신호 Ve와 Vout1은 입력신호 Vin과 동위상이 된다.
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8. 다음 PNP BJT 증폭회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, BJT는 활성영역에서 동작하며, BJT의 직류전류이득(βDC)은 100이고, PN접합 다이오드의 순방향 전압은 0.7[V]로 가정한다.)

  1. VB＝5[V]이다.
  2. 컬렉터 직류 전류 IC＝1[mA]이다.
  3. VC가 4[V] 되기 위해 필요한 RC는 2[kΩ]이다.
  4. 베이스－컬렉터 접합에는 역방향 전압이 걸려 있다.
(정답률: 알수없음)
  • VC가 4[V]가 되기 위해서는 베이스 전압 VB가 0.7[V]이므로, VC에서의 전압강하는 5[V] - 0.7[V] = 4.3[V]이 되어야 합니다. 이때, 컬렉터 전류 IC는 1[mA]이므로, RC = VC / IC = 4.3[V] / 1[mA] = 4.3[kΩ]가 됩니다. 하지만, RC는 2[kΩ]로 주어졌으므로, 이 회로에서는 VC가 4[V]가 되지 않습니다. 베이스-컬렉터 접합에는 역방향 전압이 걸려 있지만, 이는 증폭회로 동작에 영향을 미치지 않습니다.
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9. 다음 RLC 병렬공진회로의 전달함수 H(ω)=V(ω)/I(ω)는? (단, ω는 각주파수이다.)

(정답률: 알수없음)
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10. 다음 연산증폭기 회로에서 Vout/IS[V/A]은? (단, R1＝4[kΩ], RS＝2[kΩ], Rf＝30[kΩ], RL＝6[kΩ]이고, 연산증폭기는 이상적이다.)

  1. －1,500
  2. －5,000
  3. －7,500
  4. －10,000
(정답률: 알수없음)
  • 이 회로는 비반전 연산증폭기 회로로, 입력신호가 Vin일 때 출력신호 Vout은 다음과 같이 계산할 수 있다.

    Vout = (1 + Rf/R1) × (Vin - VS)

    여기서 VS은 RS와 RL을 통해 만들어지는 가변전압이다.

    VS = RL/(RS+RL) × Vout

    따라서 Vout을 Vin으로 미분한 값을 IS로 나누면 Vout/IS를 구할 수 있다.

    Vout/IS = (1 + Rf/R1) × (1 - RL/(RS+RL))

    여기에 주어진 값들을 대입하면,

    Vout/IS = (1 + 30/4) × (1 - 6/(2+6)) = -10,000

    따라서 정답은 "－10,000"이다.
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11. 다음 직렬 RC 회로에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, ω는 교류 입력전압의 각주파수이다.)

  1. 저역통과 필터로 사용될 수 있다.
  2. 전압이득 이다.
  3. 교류 입력전압과 출력전압의 위상차는 이다.
  4. 입력에 직류 전압 신호만 인가할 때 전압이득은 0이다.
(정답률: 알수없음)
  • 이 회로는 RC 저역통과 필터의 형태를 가지고 있으며, 저역통과 필터는 저주파 신호를 통과시키고 고주파 신호를 차단하는 필터이다. 이 회로에서는 입력신호가 저주파일수록 출력신호의 크기가 크기 때문에 저역통과 필터로 사용될 수 있다. 따라서 "저역통과 필터로 사용될 수 있다."가 정답이다.
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12. 입력 X와 Y 합 S(sum)와 캐리 C(carry)를 출력하는 반가산기 회로에서 출력 C와 S의 논리식은? (단, 입력 X와 Y는 1비트 2진 입력이다.)

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 알수없음)
  • 반가산기는 두 개의 1비트 2진수를 더하는 회로이다. 입력 X와 Y의 합인 S는 XOR 게이트로, 캐리 C는 AND 게이트로 구할 수 있다. 따라서 출력 C와 S의 논리식은 각각 다음과 같다.

    C = X AND Y
    S = X XOR Y

    ②는 C = X AND Y, S = X XOR Y로 정답이다.
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13. 다음 정전압 회로의 제너다이오드에 흐르는 전류 IZ[mA]는? (단, 제너다이오드는 이상적이고 제너전압 VZ＝8[V]이다.)

  1. 40
  2. 80
  3. 170
  4. 450
(정답률: 알수없음)
  • 제너다이오드는 이상적이므로 전류는 제너전압에 의해 결정된다.

    전압분배 법칙에 따라 R1과 R2에 걸리는 전압은 각각 V1=8×(R1/(R1+R2))=2[V]와 V2=8×(R2/(R1+R2))=6[V]이다.

    따라서 제너다이오드에 걸리는 전압은 6[V]이고, 전류는 IZ=VZ/R2=6/35×103=0.1714[mA]이다.

    따라서, 가장 가까운 값인 170이 정답이다.
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14. 다음 상승에지 JK 플립플롭 회로에서 입력신호 CP, J, K가 인가되었을 때 출력 Q는? (단, 출력 Q는 1로 초기화되어 있고, 게이트에서 전파지연은 없다고 가정한다.)

(정답률: 알수없음)
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15. 바르크하우젠의 발진조건에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, L(jω0)는 루프이득, ω0는 발진주파수이다.)

  1. L(jω0)=0을 만족하면서 발진한다.
  2. 기본증폭기의 입력신호와 귀환신호의 크기는 같아야 한다.
  3. 기본증폭기의 입력신호와 귀환신호는 동일한 위상을 가져야 한다.
  4. 외부의 입력신호 없이도 출력이 지속적으로 발생되는 발진조건을 의미한다.
(정답률: 알수없음)
  • "외부의 입력신호 없이도 출력이 지속적으로 발생되는 발진조건을 의미한다."는 옳지 않은 설명입니다. 바르크하우젠의 발진조건은 L(jω0)=0을 만족하면서 발진한다는 것입니다. 이는 어떤 주파수에서도 루프이득이 1보다 크거나 같아야 한다는 것을 의미합니다. 이 조건을 만족하면 어떤 초기 조건이 주어져도 출력이 발진주파수에서 지속적으로 발생하게 됩니다. 이는 입력신호와 귀환신호의 크기와 위상이 같아야 한다는 것과도 관련이 있습니다.
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16. 다음 CMOS 논리 게이트의 논리식으로 옳은 것은?

(정답률: 알수없음)
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17. 다음 스피커와 증폭기의 정합을 위한 이상적인 임피던스 정합 변압기 회로에서 스피커에 최대 전력 전달을 위한 권선수비(n)가 0.2라면, 스피커 내부 저항 RL[Ω]은? (단, 증폭기 내부 저항 RS＝200[Ω]이다.)

  1. 8
  2. 40
  3. 1000
  4. 5000
(정답률: 알수없음)
  • 임피던스 정합 변압기 회로에서 스피커에 최대 전력 전달을 위한 권선수비(n)가 0.2이므로, 스피커의 내부 저항 RL은 다음과 같이 구할 수 있다.

    n = √(RL/RS)

    0.2 = √(RL/200)

    RL/200 = 0.2^2

    RL = 200 x 0.04

    RL = 8

    따라서, 스피커 내부 저항 RL은 8[Ω]이다.
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18. N 채널 MOSFET의 포화영역에서의 전류－전압 특성(I - V characteristics)은 일 때, 포화영역에서 N 채널 MOSFET의 소신호 등가회로의 전달컨덕턴스(transconductance) gm은? (단, kn은 전달컨덕턴스 파라미터, Vtn은 문턱전압이다.)

  3. kn(VGS-Vtn)
(정답률: 알수없음)
  • 소신호 등가회로에서 MOSFET의 전달컨덕턴스는 입력 전압에 대한 출력 전류의 변화율을 의미한다. 이를 수식으로 나타내면 gm = dID/dVGS 이다.

    포화영역에서 MOSFET의 전류는 ID = 1/2 * kn * (VGS - Vtn)^2 이다. 이를 VGS에 대해 미분하면 dID/dVGS = kn * (VGS - Vtn) 이 된다. 따라서 소신호 등가회로에서 MOSFET의 전달컨덕턴스는 kn * (VGS - Vtn) 이 된다.

    따라서 정답은 "kn(VGS-Vtn)" 이다.
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19. 다음 BJT 증폭기 회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, BJT는 활성영역에서 동작한다.)

  1. RC가 증가하면 중간주파수 대역의 전압이득이 증가한다.
  2. 바이패스 커패시터는 중간주파수 대역의 전압이득을 증가시킨다.
  3. 중간주파수 대역에서 커패시터의 영향을 무시할 때 출력전압 Vout은 입력전압 Vin과 180°의 위상차가 난다.
  4. 결합 커패시터와 바이패스 커패시터에 의해서 고주파 대역 응답특성과 상측 차단주파수가 결정된다.
(정답률: 알수없음)
  • "RC가 증가하면 중간주파수 대역의 전압이득이 증가한다."는 옳은 설명이다. 따라서 이 보기는 옳지 않은 것이 아니다.

    결합 커패시터와 바이패스 커패시터에 의해서 고주파 대역 응답특성과 상측 차단주파수가 결정된다는 이유는, 결합 커패시터는 입력 신호의 저항과 증폭기 입력 임피던스를 결합시켜 입력 신호가 증폭기로 전달되도록 하며, 바이패스 커패시터는 중간주파수 대역에서 증폭기의 전압이득을 증가시켜 전체 대역폭을 넓히는 역할을 한다. 따라서 이 보기가 옳은 설명이다.
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20. 다음 회로에서 부하 저항 RL이 최대 전력 전달 조건을 만족하는 저항값을 가질 때, RL에 전달되는 최대 전력[W]은?

  1. 5.4
  2. 6.5
  3. 7.8
  4. 12.3
(정답률: 알수없음)
  • 부하 저항 RL에 전달되는 최대 전력은 RL에 걸리는 전압과 전류의 곱인데, 이 때 전압과 전류는 최대 전력 전달 조건을 만족해야 합니다. 최대 전력 전달 조건은 전압과 전류가 최대 전력의 제곱근인 경우입니다. 따라서, 최대 전력은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    최대 전력 = (최대 전압 x 최대 전류) = (12 x 0.3) = 3.6[W]

    이 때, RL에 걸리는 전압은 전압 분배 법칙에 따라 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    전압 = 전원 전압 x (RL / (RL + R1 + R2)) = 12 x (RL / (RL + 6 + 4)) = 2.4(RL / (RL + 10))

    전류는 오므로, 전류는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    전류 = 전압 / RL = 2.4(RL / (RL + 10)) / RL = 2.4 / (RL + 10)

    따라서, RL에 전달되는 최대 전력은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    최대 전력 = 전압 x 전류 = (2.4(RL / (RL + 10))) x 2.4 / (RL + 10) = 5.76(RL / (RL + 10)) [W]

    이 때, RL이 최대 전력 전달 조건을 만족하려면, RL = 10일 때 최대값을 가지게 됩니다. 따라서, RL = 10일 때, RL에 전달되는 최대 전력은 다음과 같습니다.

    최대 전력 = 5.76(10 / (10 + 10)) = 2.88[W]

    따라서, 정답은 5.4가 아닌 2.88입니다.
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