9급 국가직 공무원 전자공학개론 필기 기출문제복원 (2024-03-23)

9급 국가직 공무원 전자공학개론 2024-03-23 필기 기출문제 해설

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9급 국가직 공무원 전자공학개론
(2024-03-23 기출문제)

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1과목: 과목 구분 없음

1. n개의 선택 신호를 가진 멀티플렉서의 입력 개수와 m개의 선택 신호를 가진 디멀티플렉서의 출력 개수는?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 60%)
  • 멀티플렉서(MUX)와 디멀티플렉서(DEMUX)의 입출력 관계는 선택 신호의 개수에 따라 $2^n$배로 결정되는 지수적 관계를 가집니다.
    멀티플렉서는 $n$개의 선택 신호로 $2^n$개의 입력 중 하나를 선택하여 출력하므로 입력 개수는 $2^n$개이며, 디멀티플렉서는 $m$개의 선택 신호로 하나의 입력을 $2^m$개의 출력 중 하나로 보낼 수 있으므로 출력 개수는 $2^m$개입니다.
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2. 멀티바이브레이터에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 플립플롭은 쌍안정 멀티바이브레이터이다.
  2. 단안정 멀티바이브레이터는 단일 펄스를 발생시킬 수 있다.
  3. 멀티바이브레이터는 쌍안정, 단안정, 비안정으로 분류된다.
  4. 비안정 멀티바이브레이터는 외부 트리거 펄스 신호에 의해 동작한다.
(정답률: 64%)
  • 비안정 멀티바이브레이터는 외부 트리거 없이도 스스로 발진하여 연속적인 펄스를 생성하는 회로입니다.

    오답 노트
    플립플롭은 쌍안정, 단안정은 단일 펄스 발생, 멀티바이브레이터는 쌍안정/단안정/비안정으로 분류되는 것이 맞습니다.
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3. 부하전압변동률이 10[%]인 전원공급기의 전부하(full-load) 전압이 100[V]일 때 이 전원공급기의 무부하(no-load) 전압[V]은?

  1. 90
  2. 100
  3. 110
  4. 120
(정답률: 64%)
  • 부하전압변동률은 무부하 전압과 전부하 전압의 차이를 전부하 전압에 대한 비율로 나타낸 것입니다.
    ① [기본 공식]
    $$\text{부하전압변동률} = \frac{V_{NL} - V_{FL}}{V_{FL}} \times 100$$
    ② [숫자 대입]
    $$10 = \frac{V_{NL} - 100}{100} \times 100$$
    ③ [최종 결과]
    $$V_{NL} = 110\text{ V}$$
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4. JFET에 대한 설명으로 옳은 것은?

  1. 드레인 전류 ID는 게이트와 소스 사이의 전압 VGS의 영향을 받지 않는다.
  2. JFET의 채널 양 끝은 드레인과 소스이다.
  3. 핀치－오프 전압에서의 드레인 전류 ID는 0이다.
  4. n채널 JFET의 n형 영역은 게이트와 연결되어 있다.
(정답률: 39%)
  • JFET(접합 필드 효과 트랜지스터)는 소스와 드레인 사이에 형성된 채널을 통해 전류가 흐르는 구조이므로, 채널의 양 끝은 드레인과 소스가 됩니다.

    오답 노트
    드레인 전류 $I_D$는 게이트-소스 전압 $V_{GS}$에 의해 제어됨
    핀치-오프 전압에서 $I_D$는 최대값(포화 전류)에 도달함
    n채널 JFET의 게이트는 p형 영역으로 구성됨
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5. TCP/IP 프로토콜을 구성하는 계층이 아닌 것은?

  1. 응용(application) 계층
  2. 네트워크(network) 계층
  3. 전송(transport) 계층
  4. 세션(session) 계층
(정답률: 48%)
  • TCP/IP 모델은 응용, 전송, 인터넷(네트워크 인터페이스 포함) 계층으로 구성됩니다. 세션 계층은 OSI 7계층 모델에 존재하는 계층이며, TCP/IP 모델에서는 응용 계층에 통합되어 있습니다.
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6. 세 개의 이진 변수 A, B, C를 가지는 논리 함수 F와 G가 F(A, B, C) = ∑m(1, 3, 6), G(A, B, C) = ∑m(1, 2, 4, 6)일 때 F+G와 F·G의 최소항(minterm) 전개는?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 58%)
  • 논리 함수의 합($F+G$)은 두 집합의 합집합, 곱($F \cdot G$)은 교집합으로 계산합니다.
    합집합: $\{1, 3, 6\} \cup \{1, 2, 4, 6\} = \{1, 2, 3, 4, 6\}$
    교집합: $\{1, 3, 6\} \cap \{1, 2, 4, 6\} = \{1, 6\}$
    따라서 $F+G = \sum m(1, 2, 3, 4, 6)$, $F \cdot G = \sum m(1, 6)$ 입니다.
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7. 슈미트 트리거 회로의 응용 분야가 아닌 것은?

  1. D/A 변환
  2. 구형파 발생
  3. 전압 비교
  4. 잡음 제거
(정답률: 45%)
  • 슈미트 트리거는 히스테리시스 특성을 이용하여 잡음을 제거하고, 전압 비교를 통해 구형파를 발생시키는 회로입니다. 디지털 값을 아날로그 값으로 바꾸는 D/A 변환과는 무관합니다.
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8. 다음 선형 병렬 전압 조정기(shunt regulator)의 R1에서 소모되는 최대 전력[W]은? (단, 입력의 범위는 0≤Vin≤10[V]이며, 모든 회로 소자는 이상적이다)

  1. 5
  2. 10
  3. 50
  4. 100
(정답률: 60%)
  • 최대 전력은 입력 전압 $V_{in}$이 최대인 $10\text{V}$일 때 발생하며, 출력단 전압 $V_{out}$은 제너 다이오드(또는 기준전압)에 의해 결정됩니다. 회로에서 $V_{out}$은 $R_3$와 $R_4$의 분배 전압이며, $R_3=R_4=10\text{k}\Omega$이므로 $V_{out}$은 $V_{in}$의 절반이 아닌 기준 전압에 의해 고정됩니다. (단, 주어진 회로 구조상 $V_{out}$이 $0\text{V}$에 가깝게 제어될 때 $R_1$에 최대 전압이 걸림)
    ① [기본 공식] $P = \frac{(V_{in} - V_{out})^2}{R_1}$
    ② [숫자 대입] $P = \frac{(10 - 0)^2}{10}$
    ③ [최종 결과] $P = 10 \text{ W}$
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9. 트랜지스터 증폭기 회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 공통 컬렉터 회로의 입력 신호와 출력 신호는 동일한 위상을 가진다.
  2. 공통 베이스 회로의 입력 신호와 출력 신호는 180°의 위상차를 가진다.
  3. 공통 이미터 회로의 입력 신호와 출력 신호는 180°의 위상차를 가진다.
  4. 증폭기로 동작하기 위해서는 베이스－이미터 접합은 순방향 바이어스, 베이스－컬렉터 접합은 역방향 바이어스가 걸려야 한다.
(정답률: 69%)
  • 공통 베이스 회로는 입력과 출력의 위상이 동일한(동상) 회로입니다.

    오답 노트
    공통 컬렉터: 입력과 출력의 위상이 동일함
    공통 이미터: 입력과 출력의 위상이 $180^{\circ}$ 반전됨
    증폭기 동작 조건: 베이스-이미터 순방향, 베이스-컬렉터 역방향 바이어스가 필수적임
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10. 다음 회로에서 부하 저항 RL에 최대 전력이 전달되기 위해 필요한 RL[Ω]의 값과 전달되는 최대 전력 PL[W]은?

  1. ①
  2. ②
  3. ③
  4. ④
(정답률: 45%)
  • 최대 전력 전달 조건은 부하 저항 $R_L$이 회로의 테브난 등가 저항 $R_{th}$와 같을 때입니다. 부하 단자에서 본 등가 저항은 $6\Omega$과 $12\Omega$의 병렬 연결이 아니라, $12\Omega$과 $R_L$이 병렬이고 그 전체가 $6\Omega$과 직렬인 구조에서 $R_L$을 제외한 나머지 부분의 등가 저항을 구해야 합니다. 즉, $R_{th} = 6\Omega \parallel 12\Omega$이 아니라, 부하 단자에서 본 전원측 저항은 $6\Omega$과 $12\Omega$의 병렬 합이 아닌 직렬-병렬 조합의 테브난 등가 저항 $R_{th} = 6 + \frac{6 \times 12}{6 + 12}$가 아니라, 회로 구성상 $R_{th} = 6 \parallel 12$가 아닌 $R_{th} = 6 + 12$ 도 아닌, 부하 $R_L$을 제외한 나머지 회로를 단순화하면 $R_{th} = 6 \Omega \parallel 12 \Omega$가 아니라 $R_{th} = 6 \Omega$과 $12 \Omega$의 병렬 합산이 아닌, $R_{th} = 6 \Omega$과 $12 \Omega$의 병렬 연결로 보이며 계산 시 $R_L = 4 \Omega$일 때 최대 전력이 전달됩니다.
    ① [기본 공식] $R_L = R_{th} = \frac{R_1 \times R_2}{R_1 + R_2}$
    ② [숫자 대입] $R_L = \frac{6 \times 12}{6 + 12} = 4$
    ③ [최종 결과] $R_L = 4 \Omega$
    최대 전력 $P_L$은 테브난 등가 전압 $V_{th} = 18 \times \frac{12}{6+12} = 12 \text{ V}$를 이용하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $P_L = \frac{V_{th}^2}{4 R_L}$
    ② [숫자 대입] $P_L = \frac{12^2}{4 \times 4} = \frac{144}{16}$
    ③ [최종 결과] $P_L = 9 \text{ W}$
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11. 다음 회로에서 I(t) = 5cos(100t)[A]일 때, V(t)[V]는?

(정답률: 43%)
  • RLC 직렬 회로에서 전압 $V(t)$는 전류 $I(t)$와 임피던스 $Z$의 곱으로 나타내며, 위상차를 고려해야 합니다.
    $\omega = 100$ 일 때, $X_{L} = \omega L = 100 \times 20 \times 10^{-3} = 2\Omega$, $X_{C} = \frac{1}{\omega C} = \frac{1}{100 \times 10 \times 10^{-3}} = 1\Omega$ 입니다.
    임피던스 $Z = \sqrt{R^{2} + (X_{L} - X_{C})^{2}} = \sqrt{1^{2} + (2 - 1)^{2}} = \sqrt{2}\Omega$이며, 위상각 $\theta = \tan^{-1}(\frac{2-1}{1}) = 45^{\circ}$ 입니다.
    ① [기본 공식] $V_{max} = I_{max} \times Z$
    ② [숫자 대입] $V_{max} = 5 \times \sqrt{2}$
    ③ [최종 결과] $V(t) = 5\sqrt{2}\cos(100t + 45^{\circ})$이므로 가 정답입니다.
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12. pn 접합의 바이어스에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 역방향 바이어스가 계속 증가하면 항복 전압에 도달한다.
  2. 순방향 바이어스가 인가되면 전류는 p에서 n 방향으로 흐를 수 있다.
  3. 역방향 바이어스가 인가되면 pn 접합의 공핍영역은 줄어든다.
  4. 순방향 바이어스는 p쪽 전극에 양(＋)의 전압, n쪽 전극에 음(－)의 전압을 인가한 상태이다.
(정답률: 64%)
  • 역방향 바이어스가 인가되면 p형 영역의 정공과 n형 영역의 전자가 서로 반대 방향으로 끌려가면서 접합부의 전하가 없는 영역인 공핍영역의 폭이 더 넓어지게 됩니다.

    오답 노트
    순방향 바이어스: p쪽에 (+), n쪽에 (-) 전압을 인가하여 전류가 흐르게 함
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13. 다음 BJT 증폭기 회로의 전압이득 은? (단, 직류 전류이득 βDC＝250, 교류 이미터 저항 r′e＝20[Ω], C＝∞, 다이오드의 순방향 전압은 0.7[V]이다)

  1. 100
  2. 150
  3. 250
  4. 300
(정답률: 34%)
  • 이미터 저항 $R_{E}$가 접지된 공통 이미터 증폭기의 전압 이득은 컬렉터 저항과 부하 저항의 병렬 값과 이미터 교류 저항의 비로 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $A_{v} = \frac{R_{C} \parallel R_{L}}{r_{e}'}$
    ② [숫자 대입] $A_{v} = \frac{\frac{10\text{k} \times 10\text{k}}{10\text{k} + 10\text{k}}}{20} = \frac{5000}{20}$
    ③ [최종 결과] $A_{v} = 250$
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14. 다음 연산증폭기 회로의 대역폭(bandwidth)[kHz]은? (단, 단위이득(unity-gain) 대역폭은 3[MHz], 롤－오프(roll-off)는 －20[dB/dec]이다)

  1. 0.3
  2. 3
  3. 30
  4. 300
(정답률: 58%)
  • 비반전 증폭기 회로에서 대역폭은 단위이득 대역폭을 전압 이득으로 나눈 값입니다.
    먼저 전압 이득 $A_{v} = 1 + \frac{R_{f}}{R_{i}} = 1 + \frac{99\text{k}}{1\text{k}} = 100$ 임을 구합니다.
    ① [기본 공식] $BW = \frac{f_{T}}{A_{v}}$
    ② [숫자 대입] $BW = \frac{3 \times 10^{3}\text{kHz}}{100}$
    ③ [최종 결과] $BW = 30\text{kHz}$
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15. 귀환(feedback)이 없는 연산증폭기의 비반전 입력 단자는 접지되어 있고 반전 입력 단자의 전압은 5[mV]일 때, 연산증폭기의 출력 전압[V]은? (단, 연산증폭기의 개방 루프 이득은 3×104, 최대 출력 전압은 10[V], 최소 출력 전압은 -10[V]이다)

  1. －5
  2. －10
  3. －15
  4. －50
(정답률: 32%)
  • 연산증폭기의 출력 전압은 개방 루프 이득과 두 입력 단자의 전압 차이에 비례하지만, 최종 출력은 최대/최소 출력 전압(포화 전압) 범위 내로 제한됩니다.
    ① [기본 공식] $V_{out} = A_{OL} \times (V_{+} - V_{-})$
    ② [숫자 대입] $V_{out} = 3 \times 10^{4} \times (0 - 5 \times 10^{-3}) = -150$
    ③ [최종 결과] 계산값은 $-150\text{V}$이나, 최소 출력 전압이 $-10\text{V}$이므로 최종 출력은 $-10\text{V}$가 됩니다.
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16. 다음 회로에서 VC(t)＝6.32[V]가 될 때, 시간 t[s]는? (단, VC(0)＝0[V], e-1＝0.368이다)

  1. 0.2
  2. 2
  3. 20
  4. 200
(정답률: 43%)
  • RC 직렬회로에서 커패시터의 충전 전압 공식을 사용하여 시간 $t$를 구합니다.
    ① [기본 공식] $V_C(t) = V_{in}(1 - e^{-\frac{t}{RC}})$
    ② [숫자 대입] $6.32 = 10(1 - e^{-\frac{t}{100\times 10^3 \times 20\times 10^{-6}}})$
    ③ [최종 결과] $t = 2$
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17. SCR 사이리스터에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 직류 출력 전압의 크기를 조절하는 정류기에 사용된다.
  2. 전류는 애노드(anode)에서 캐소드(cathode)로 흐른다.
  3. 턴온(turn-on)된 후에는 게이트 신호가 없어도 턴온 상태를 유지할 수 있다.
  4. 게이트 신호를 이용하여 턴온(turn-on)과 턴오프(turn-off)를 할 수 있다.
(정답률: 34%)
  • SCR은 게이트 신호로 턴온(turn-on)은 가능하지만, 턴오프(turn-off)는 게이트 신호로 할 수 없으며 애노드 전류를 0으로 만들거나 역전압을 걸어야 가능합니다.

    오답 노트
    정류기 사용, 애노드에서 캐소드로 전류 흐름, 턴온 후 게이트 신호 없이 상태 유지 등은 모두 옳은 설명입니다.
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18. 전력에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 복소전력의 크기는 피상전력과 동일하다.
  2. 피상전력은 전압 피크치와 전류 피크치의 곱으로 정의된다.
  3. 회로에 인가되는 전압과 전류가 직류이면 공급되는 평균전력은 전압과 전류의 곱이 된다.
  4. 정현파 회로의 전압각이 θ, 전류각이 ø일 때, 역률은 cos(θ-ø)이다.
(정답률: 50%)
  • 피상전력은 전압과 전류의 피크치가 아니라, 전압과 전류의 실효값(RMS)의 곱으로 정의됩니다.

    오답 노트
    복소전력의 크기는 피상전력과 같으며, 직류에서는 전압과 전류의 곱이 평균전력이 되고, 역률은 전압각과 전류각의 차이에 대한 코사인 값인 $\cos(\theta-\phi)$가 맞습니다.
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19. 조합 논리 회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 인코더는 코드화된 정보를 원래의 형태로 복원하여 출력하는 회로이다.
  2. 전가산기 n개를 연결하면 n비트 가산기를 만들 수 있다.
  3. 반가산기는 1비트 두 개를 입력받아 합(sum)과 캐리(carry)를 계산하는 회로이다.
  4. 패리티(parity) 발생기는 데이터에 1비트를 추가하여 1의 개수를 짝수 또는 홀수로 맞추는 회로이다.
(정답률: 43%)
  • 인코더는 입력 신호를 코드 형태로 변환하는 회로이며, 코드화된 정보를 원래 형태로 복원하는 회로는 디코더입니다.

    오답 노트
    전가산기 n개 연결 시 n비트 가산기 구성, 반가산기의 합과 캐리 계산, 패리티 발생기의 1의 개수 조정은 모두 옳은 설명입니다.
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20. 다음 논리 회로에서 출력 Z의 논리식은?

(정답률: 39%)
  • 회로의 각 단계를 논리식으로 변환하여 최종 출력 $Z$를 도출합니다.
    1. 상단 첫 번째 NAND: $\overline{A \cdot D}$
    2. 두 번째 NAND: $\overline{\overline{A \cdot D} \cdot \overline{C}} = (A \cdot D) + C$
    3. 세 번째 NAND: $\overline{((A \cdot D) + C) \cdot B} = \overline{(A \cdot B \cdot D) + (B \cdot C)}$
    4. 하단 NAND: $\overline{\overline{A} \cdot \overline{D}}$
    5. 최종 NAND: $Z = \overline{\overline{(A \cdot B \cdot D) + (B \cdot C)} \cdot \overline{\overline{A} \cdot \overline{D}}} = (A \cdot B \cdot D) + (B \cdot C) + (\overline{A} \cdot \overline{D})$
    따라서 정답은 입니다.
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