9급 지방직 공무원 서울시 전자공학개론 필기 기출문제복원 (2015-06-13)

9급 지방직 공무원 서울시 전자공학개론
(2015-06-13 기출문제)

목록

1. 균질한 저항을 갖는 원통형 도선의 길이를 늘여 원래 길이의 4배가 되는 원통형 도선을 만들었다. 도선의 전체 체적은 변하지 않는다고 가정할 때, 늘어난 도선의 저항값은 원래 도선의 저항값의 몇 배가 되겠는가?

  1. 16배
  2. 12배
  3. 8배
  4. 4배
(정답률: 알수없음)
  • 도선의 저항값은 길이와 단면적에 비례하고, 반비례한다. 따라서 길이가 4배가 되면 단면적은 1/4이 되어야 한다. 하지만 전체 체적은 변하지 않으므로, 단면적이 1/4이 되면서 길이가 4배가 된 도선의 단면적은 원래 도선의 단면적의 4배가 된다. 따라서 저항값은 길이의 4배와 단면적의 4배의 곱인 16배가 된다. 따라서 정답은 "16배"이다.
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2. 교류전압 v(t)=Vmsinωt[V]에 대한 다음의 설명 중 옳지 않은 것은?

  1. 이 전압을 1[Ω]의 저항에 인가할 때 전류의 최대값은 Vm이다.
  2. 이 전압의 한 주기 평균값은 0[V]이다.
  3. 이 전압의 실효값은 Vm/2 이다.
  4. 이 전압을 1[Ω]의 저항에 인가할 때 전력 소모의 평균값은 V2m/2 이다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "이 전압의 실효값은 Vm/2 이다." 가 아닙니다.

    이 전압의 실효값은 Vm/√2 입니다. 이유는 전압의 실효값은 전압의 제곱의 평균값의 제곱근이기 때문입니다.

    1. "이 전압을 1[Ω]의 저항에 인가할 때 전류의 최대값은 Vm이다." : 맞습니다. 오일러 공식을 이용하여 전압과 전류의 관계를 나타내면 i(t) = (Vm/R)sin(ωt) 이므로, 전류의 최대값은 Vm/R 이 됩니다.

    2. "이 전압의 한 주기 평균값은 0[V]이다." : 맞습니다. 한 주기의 평균값은 ∫v(t)dt/T 입니다. 이 식을 적용하면, v(t)는 sin 함수이므로 한 주기의 평균값은 0이 됩니다.

    3. "이 전압의 실효값은 Vm/2 이다." : 틀립니다. 이미 위에서 설명했듯이, 이 전압의 실효값은 Vm/√2 입니다.

    4. "이 전압을 1[Ω]의 저항에 인가할 때 전력 소모의 평균값은 V2m/2 이다." : 맞습니다. 전력의 평균값은 P = V2m/2R 이므로, 이 전압을 1[Ω]의 저항에 인가할 때 전력 소모의 평균값은 V2m/2이 됩니다.
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3. 다음과 같이 구성된 회로가 있다. 제너다이오드 D1, D3의 항복전압은 6[V]이고, 일반다이오드 D2의 문턱 전압은 0.7[V]일 경우 Vout1과 Vout2는 얼마인가? (단, 다이오드의 내부저항은 무시한다.)

  1. Vout1=6.7[V], Vout2=6[V]
  2. Vout1=12[V], Vout2=6[V]
  3. Vout1=12.7[V], Vout2=6.7[V]
  4. Vout1=20[V], Vout2=6.7[V]
(정답률: 알수없음)
  • D1과 D3은 항복전압이 6[V]이므로, Vin이 12[V] 이상이 되어야만 전류가 흐를 수 있다. 따라서 Vout1은 12[V]이다.

    D2는 문턱 전압이 0.7[V]이므로, Vin이 6.7[V] 이상이 되어야만 전류가 흐를 수 있다. 따라서 Vout2는 6.7[V]이다.

    따라서 정답은 "Vout1=12.7[V], Vout2=6.7[V]"이다.
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4. 반도체 내에서 캐리어(carrier)의 이동도(mobility) μ와 확산계수 D 사이의 관계를 나타낸 것 중 옳은 것은? (단, k는 볼츠만(Boltzmann)상수, T는 절대 온도, q는 캐리어의 전하이다.)

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "" 입니다.

    이유는 캐리어의 이동도와 확산계수는 모두 캐리어의 이동성과 관련된 물리량이기 때문입니다. 이동도는 전기장에 의해 캐리어가 이동할 때의 이동성을 나타내는 값이며, 확산계수는 무작위 운동에 의해 캐리어가 이동할 때의 이동성을 나타내는 값입니다. 이 두 값은 모두 캐리어의 이동성이 높을수록 큰 값을 가지게 됩니다.

    따라서, 이동도와 확산계수 사이의 관계식에서 분자에 있는 전하 q는 이동성과는 무관한 값이므로, 이동도와 확산계수는 모두 kT/q에 비례하는 것으로 나타낼 수 있습니다. 이 때, 비례상수는 이동도와 확산계수 사이의 관계식에서 분모에 있는 상수 C로 나타낼 수 있습니다. 이러한 이유로, ""가 옳은 정답입니다.
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5. 다음의 회로에서 입력전원 vin(t)=5sin400t[V]가 인가되었을 때의 역률(power factor)은? (단, R=25[kΩ], C=0.1[μF]이다.)

  1. 0.5
  2. 1
  3. 1 / √3
  4. 1 / √2
(정답률: 알수없음)
  • 이 회로는 저항과 커패시터로 이루어진 RC 회로이므로, 입력전원의 주파수에 따라 저항과 커패시터의 임피던스가 변화하게 됩니다. 주파수가 증가할수록 커패시터의 임피던스는 감소하고, 저항의 임피던스는 일정하므로 전체 회로의 임피던스는 감소하게 됩니다. 따라서, 입력전원의 주파수가 증가할수록 전류와 전압의 차이가 커지게 되어 역률이 감소합니다.

    입력전원의 주파수가 400Hz일 때, 저항과 커패시터의 임피던스는 각각 R=25kΩ, XC=1/(2πfC)≈159kΩ 입니다. 이를 이용하여 전체 회로의 임피던스 Z를 구하면 Z=√(R²+XC²)≈180.3kΩ 입니다. 따라서, 전류 I=Vin/Z≈27.7μA 이고, 유효전력 P=Vin·I·cosθ≈1.96μW, 피상전력 S=Vin·I≈138.5μVA 이므로, 역률은 cosθ=P/S≈0.0142 입니다.

    이 회로의 역률을 개선하기 위해서는, 저항과 커패시터의 임피던스 차이를 줄이는 방법이 있습니다. 이를 위해서는 저항과 커패시터의 값이 적절하게 조절되어야 합니다. 예를 들어, 저항을 증가시키거나 커패시터를 감소시키면 임피던스 차이가 줄어들어 역률이 개선될 수 있습니다.

    정답은 "1 / √2"입니다. 이유는, 1 / √2는 cos(45°)와 같은 값으로, 전압과 전류의 위상차가 45°일 때의 역률 값입니다. 이 회로에서는 입력전원의 주파수가 증가함에 따라 전압과 전류의 위상차가 증가하게 되고, 주파수가 충분히 높아지면 위상차가 45°에 가까워지므로 역률 값이 1 / √2에 가까워지게 됩니다.
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6. FET증폭기가 60[%] 효율을 가진다고 가정할 때, 전력 출력이 6.4[W]라면, 직류 드레인 입력전력은 약 얼마인가?

  1. 3.8[W]
  2. 9.4[W]
  3. 10.7[W]
  4. 13.8[W]
(정답률: 알수없음)
  • 전력 출력은 직류 드레인 입력전력과 FET증폭기의 효율에 의해 결정된다. 따라서 직류 드레인 입력전력은 전력 출력을 효율로 나눈 값이다.

    직류 드레인 입력전력 = 전력 출력 ÷ 효율 = 6.4[W] ÷ 0.6 = 10.7[W]

    따라서 정답은 "10.7[W]"이다.
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7. 10진수 40의 2의 보수를 2진수로 옳게 나타낸 것은?

  1. 101000(2)
  2. 011000(2)
  3. 010111(2)
  4. 101001(2)
(정답률: 알수없음)
  • 10진수 40을 2진수로 나타내면 101000(2) 입니다. 2의 보수는 모든 비트를 반전시킨 후 1을 더한 값입니다. 따라서 101000(2)의 2의 보수는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    1. 모든 비트를 반전시킵니다.
    101000(2) -> 010111(2)
    2. 1을 더합니다.
    010111(2) + 1 = 011000(2)

    따라서 10진수 40의 2의 보수는 011000(2) 입니다.
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8. 다음 신호 흐름도에서 이득 Y/R 는?

(정답률: 알수없음)
  • 이득 Y/R은 출력 전압과 입력 전압의 비율로 계산됩니다. 이 신호 흐름도에서 출력 전압은 Vout, 입력 전압은 Vin입니다.

    Vout은 R2와 R3의 전압분배에 의해 결정됩니다. Vin은 R1과 R2의 전압분배에 의해 결정됩니다.

    따라서 Y/R은 (R2+R3)/R1 입니다.

    보기 중에서 (R2+R3)/R1 값이 가장 큰 것은 "" 입니다.
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9. 다음 회로에서 이미터 저항 RE에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 입력저항에 영향을 준다.
  2. 동작점이 안정된다.
  3. RE가 클수록 컬렉터 전류는 증가한다.
  4. 전압이득이 감소한다.
(정답률: 알수없음)
  • RE가 클수록 컬렉터 전류는 증가한다는 설명은 옳은 설명입니다. 이는 RE가 컬렉터 전류를 제어하는 역할을 하기 때문입니다. RE가 클수록 베이스 전압에 대한 작은 변화에도 큰 컬렉터 전류의 변화가 일어나기 때문에 컬렉터 전류가 증가합니다. 따라서 RE가 작을수록 컬렉터 전류는 감소하게 됩니다.
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10. 다음 중 이상적인 연산 증폭기의 조건이 아닌 것은?

  1. 출력저항 RO=∞이다.
  2. 입력저항 Ri=∞이다.
  3. 대역폭 BW=∞이다.
  4. 전압이득 Av=∞이다.
(정답률: 알수없음)
  • 출력저항 RO=∞이다. 이것은 증폭기의 출력이 항상 고정된 전압을 유지하며, 출력부하에 관계없이 전류가 흐르지 않는다는 것을 의미합니다. 이는 실제적으로 불가능하며, 출력부하에 따라 전류가 흐르는 것이 필수적입니다. 따라서 이는 이상적인 연산 증폭기의 조건이 아닙니다.
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11. 자속밀도가 B[wb/m2]인 자계 내에서 i[A]의 전류가 흐르고 있는 길이 l[m]의 직선 도체를 자계의 방향으로 θ[°]의 각을 갖도록 놓았을 때, 이 도체에 작용하는 힘으로 옳은 것은?

  1. Blisinθ
  2. (Bi/l)sinθ
  3. Blicosθ
  4. (Bi/l)cosθ
(정답률: 알수없음)
  • 자석과 도체 사이에는 로렌츠 힘이 작용하며, 이는 전류가 흐르는 도체에 작용하는 힘이다. 이 힘은 전류의 크기, 자기장의 세기, 그리고 전류와 자기장의 상대적인 방향에 따라 결정된다. 이 경우에는 전류와 자기장이 직각이므로, 힘의 크기는 전류와 자기장의 곱에 사인 함수를 취한 값이다. 따라서 정답은 "Blisinθ"이다.
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12. 다음 회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, vi는 입력전압이고, vO는 출력 전압이다.)

  1. 전압 이득은 1에 가깝다.
  2. 출력신호와 입력신호는 위상이 같다.
  3. 부하 저항이 변화해도 전류 ㆍ 전압 ㆍ 전력 이득은 일정하다.
  4. 높은 임피던스를 갖는 부하저항과 정합(matching)에 자주 사용한다.
(정답률: 알수없음)
  • 임피던스 변환 회로는 입력 임피던스와 출력 임피던스를 서로 다른 값으로 변환하는 회로이다. 이 회로는 입력 신호의 전압을 출력 신호로 변환하는데 사용되며, 전압 이득은 1에 가깝고 출력신호와 입력신호는 위상이 같다. 또한 부하 저항이 변화해도 전류, 전압, 전력 이득은 일정하다. 따라서 높은 임피던스를 갖는 부하저항과 정합(matching)에 자주 사용된다. 이는 전력 손실을 최소화하고 전압 신호를 적절하게 전달하기 위함이다.
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13. 다음 회로에서 전류 i는 몇 [A]인가?

  1. 3[A]
  2. 4[A]
  3. 6[A]
  4. 8[A]
(정답률: 알수없음)
  • 전류의 크기는 전류계가 측정한 값과 같습니다. 따라서, 회로 전체의 전압과 저항을 이용하여 전류를 계산할 수 있습니다.

    전압은 V = IR 이므로, V = 12V, R = 2Ω 이면 I = V/R = 6[A] 입니다. 따라서, 정답은 "6[A]" 입니다.
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14. 다음 R-L-C 직렬회로에서 t=0 인 경우 스위치가 닫힌다. 그때 전류 i(t)의 응답이 임계제동(critical damping)이 되기 위한 저항 R의 값으로 옳은 것은? (단, vc(0)=1[mV], i(0)=0[A]이고, L=100[mH], C=10[μF]이다.)

  1. 50[Ω]
  2. 100[Ω]
  3. 150[Ω]
  4. 200[Ω]
(정답률: 알수없음)
  • 임계제동(critical damping)이란 과도한 진동이 없이 시스템이 안정적으로 수렴하는 상태를 말합니다. 이를 위해서는 감쇠비(damping ratio)가 1이 되어야 합니다. 감쇠비는 R, L, C의 값에 따라 결정됩니다.

    감쇠비는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    ζ = R/2√(L/C)

    여기서 ζ=1 이 되도록 R을 구하면 됩니다.

    1 = R/2√(L/C)

    R = 2√(L/C)

    L=100[mH], C=10[μF] 이므로,

    R = 2√(100[mH]/10[μF]) = 200[Ω]

    따라서 정답은 "200[Ω]" 입니다.
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15. 다음 그림의 연산 증폭기에서 V1=1[V], V2=2[V], V3=3[V] 일 때, 출력 VO는?

  1. 4[V]
  2. 5[V]
  3. 6[V]
  4. 7[V]
(정답률: 알수없음)
  • 입력 신호 V1, V2, V3은 각각 1[V], 2[V], 3[V]로 총합이 6[V]이다. 이 입력 신호는 각각 1kΩ의 저항을 거쳐 연산 증폭기의 입력단에 인가된다. 이때, 연산 증폭기는 입력단의 저항이 같기 때문에 입력 신호의 총합에 비례하는 출력 신호를 생성한다. 따라서 출력 신호 VO는 6[V]이다.
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16. IIL=-0.1[mA], IIH=10[μA], IOL=5[mA], IOH=-400[μA]인 74계열 IC 칩의 fan out은? (단, 여기서 IIL은 LOW 레벨로 인식하는 최소 입력 전류, IIH는 HIGH 레벨로 인식하는 최대 입력 전류, IOL은 LOW 레벨의 최소 출력 전류, IOH는 HIGH 레벨의 최대 출력 전류를 의미한다.)

  1. 10
  2. 40
  3. 50
  4. 80
(정답률: 알수없음)
  • Fan out은 출력 전류와 입력 전류의 비율로 결정된다. 즉, 출력 전류가 높을수록 입력 전류를 더 많이 제공해야 하므로 fan out이 작아진다. 따라서 fan out을 결정하는 것은 IOL과 IOH 중에서 작은 값과 IIL과 IIH 중에서 큰 값이다. 따라서 fan out은 min(IOL, IOH) / max(IIL, IIH)로 계산된다. 여기서는 min(5[mA], -400[μA]) / max(-0.1[mA], 10[μA]) = 40 이므로, 정답은 "40"이다.
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17. 다음의 트랜지스터 전압분배 바이어스 회로에서 전압 VCE의 값으로 옳은 것은? (단, R1=10[kΩ], R2=2[kΩ], RC=4[kΩ], RE=1[kΩ], VCC=12[V], VBE=0.7[V], IC=IE)

  1. 3.5[V]
  2. 5.5[V]
  3. 7.5[V]
  4. 9.5[V]
(정답률: 알수없음)
  • 트랜지스터의 베이스와 에미터 사이에는 VBE = 0.7[V]의 전압이 걸리게 되어 있습니다. 이 때, R1과 R2는 베이스와 그라운드 사이에 있으므로, 전압분배 법칙에 따라 VB = VCC × R2 / (R1 + R2) = 8[V]가 됩니다. 이 때, 베이스 전류 IB는 (VB - VBE) / R1 = 0.73[mA]가 됩니다. 이 때, IC = IE = IB가 되므로, 콜렉터 전류 IC도 0.73[mA]가 됩니다. 이 때, 콜렉터와 에미터 사이의 전압 VCE는 VCC - IC × RC - IE × RE = 5.5[V]가 됩니다. 따라서, 정답은 "5.5[V]"가 됩니다.
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18. 다음 중 PN 접합 다이오드의 특성으로 옳지 않은 것은?

  1. P형 반도체의 다수 캐리어는 정공이다.
  2. 순방향 바이어스를 걸어주면 전위장벽이 높아진다.
  3. 역방향 바이어스를 걸어주면 공핍층이 넓어진다.
  4. N형 반도체는 Si에 불순물인 5족 원소(예 : P, As)를 첨가하여 만든다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "순방향 바이어스를 걸어주면 전위장벽이 높아진다."가 아닌 "순방향 바이어스를 걸어주면 전위장벽이 낮아진다."입니다.

    PN 접합 다이오드에서, P형 반도체와 N형 반도체가 만나는 지점을 PN 접합이라고 합니다. 이 때, PN 접합에서는 P쪽에는 전자공, N쪽에는 정공이 모여 공핍층이 형성됩니다. 이 공핍층은 전위장벽을 형성하며, 이 전위장벽의 높이는 PN 접합에서의 전자 밀도와 정공 밀도에 의해 결정됩니다.

    순방향 바이어스를 걸어주면, P쪽에 양극(+), N쪽에 음극(-)을 연결하여 전류가 흐르도록 합니다. 이 때, P쪽의 정공과 N쪽의 전자가 이동하여 공핍층이 줄어들게 되고, 전위장벽의 높이가 낮아지게 됩니다. 따라서, "순방향 바이어스를 걸어주면 전위장벽이 낮아진다."가 옳은 설명입니다.
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19. 다음 회로에서 최대전력을 RL에 전달하기 위한 RL의 값과 그 때 RL에 전달되는 최대전력 PL의 값으로 옳은 것은?

  1. RL=4[kΩ]일 때, PL=4[mW]
  2. RL=4[kΩ]일 때, PL=5[mW]
  3. RL=5[kΩ]일 때, PL=4[mW]
  4. RL=5[kΩ]일 때, PL=5[mW]
(정답률: 알수없음)
  • 최대전력을 전달하기 위해서는 전류나 전압 중 하나를 최대로 만들어야 합니다. 이 회로에서는 전류가 일정하기 때문에 RL에 인가되는 전압을 최대로 만들어야 합니다. 이를 위해서는 RL의 값이 전압분배에 따라 최대 전압을 인가받을 수 있는 값이어야 합니다. 따라서 RL=5[kΩ]일 때, RL에 인가되는 전압이 최대가 되며, 이 때의 전력이 최대전력인 5[mW]가 됩니다.
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20. 다음 논리회로의 기능으로 옳은 것은?

  1. XOR(Exclusive-OR)
  2. XNOR(Exclusive-NOR)
  3. OR
  4. AND
(정답률: 알수없음)
  • 입력 A와 입력 B가 같을 때 출력이 1이 되는 논리회로이다. 즉, A와 B가 모두 0이거나 모두 1일 때 1을 출력하고, A와 B가 서로 다를 때 0을 출력한다. 이러한 동작 방식은 XNOR(Exclusive-NOR)에 해당한다. 따라서 정답은 XNOR(Exclusive-NOR)이다.
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