9급 지방직 공무원 서울시 전자공학개론 필기 기출문제복원 (2017-06-24)

9급 지방직 공무원 서울시 전자공학개론
(2017-06-24 기출문제)

목록

1. 다음 회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. 달링턴 쌍(Darington Pair) 회로이다.
  2. 입력저항을 크게 하기 위한 목적으로 사용되며 입력저항은 β1β2RE이다.
  3. 전체 전류이득은 β1β2이다.
  4. 트랜지스터 Q2의 이미터 전류 Ie2=β1β2Ie1이다.
(정답률: 알수없음)
  • 전체 전류이득은 β1β2이지만, 트랜지스터 Q2의 이미터 전류 Ie2=β1β2Ie1이 아닙니다. 올바른 설명은 "트랜지스터 Q2의 베이스 전류 Ib2는 트랜지스터 Q1의 베이스 전류 Ib1과 같으므로, Ib2=Ib1=Ie1/β1이다. 따라서, Ie2=Ic2=β2Ib2=β1β2Ie1/β1=β2Ie1" 입니다.
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2. 다음 연산증폭기에서 Z1(s)는 저항 R1과 커패시터 C1의 병렬회로, Z2(s)는 저항 R2와 커패시터 C2의 병렬회로이다. R1=1[kΩ], R2=2[kΩ], C1=0.5[mF], C2=0.1[mF] 일 때 Vo(s)/Vi(s)는?

(정답률: 알수없음)
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3. 다음 회로에서 부하 ZL에 최대 평균전력이 전달되기 위한 ZL값과 이때의 소비전력은?

  1. 2[Ω], 32[W]
  2. j2[Ω], 32[W]
  3. 2-j2[Ω], 16[W]
  4. 2+j2[Ω], 16[W]
(정답률: 알수없음)
  • 이 회로는 최대 전력 전달 조건을 만족하는 매치드 네트워크입니다. 따라서, ZL은 Z0와 케이블의 특성 임피던스가 같아야 합니다. 여기서 Z0=50[Ω]이므로, ZL=50[Ω]이어야 합니다. 그러나, 이때는 최대 전력 전달이 아니므로, ZL을 조금씩 바꿔가며 소비전력을 측정해야 합니다. 이때, 소비전력이 가장 큰 값이 최대 평균전력입니다. 따라서, ZL=2-j2[Ω]일 때, 소비전력이 16[W]로 가장 크므로, 정답은 "2-j2[Ω], 16[W]"입니다.
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4. 다음 회로에서 Rab는 얼마인가?

  1. 1[Ω]
  2. 2[Ω]
  3. 3[Ω]
  4. 4[Ω]
(정답률: 알수없음)
  • Rab는 R1과 R2가 직렬로 연결되어 있고, 이 직렬 회로와 R3이 병렬로 연결되어 있으므로 전체 회로에서 Rab는 R1과 R2의 합인 3[Ω]과 R3 중 작은 값인 2[Ω] 중 작은 값인 2[Ω]이다. 따라서 정답은 "2[Ω]"이다.
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5. 다음의 값들 중에서 다른 하나는 무엇인가?

  1. 20510
  2. 110010112
  3. 3138
  4. CB16
(정답률: 알수없음)
  • 다른 값은 "CB16"입니다.

    이유는 모든 값들이 10진수로 표현했을 때 같은 값을 가지지만, "CB16"는 16진수로 표현한 값이기 때문입니다.

    따라서, "CB16"를 10진수로 변환하면 "20310"이 되므로, 다른 값과 다릅니다.
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6. 회로 내 어떤 저항 R의 양단 전압이 v(t)=VMcos(wt)[V] 일 때, 이 저항 R에서의 전류 i(t)[A]와 순시전력 P[W]에 대하여 옳지 않은 것은?

  1. 전류 i(t)의 각주파수는 w[rad/s]이다.
  2. 전류 i(t)의 최댓값은 VM/R[A]이다.
  3. 순시전력 P의 각주파수는 2w[rad/s]이다.
  4. 순시전력 P의 최댓값은 [W]이다.
(정답률: 알수없음)
  • 정답은 "전류 i(t)의 최댓값은 VM/R[A]이다."입니다.

    순시전력 P는 v(t)와 i(t)의 곱으로 정의됩니다. 따라서 순시전력 P의 최댓값은 v(t)와 i(t)의 최댓값이 동시에 나타날 때입니다. 따라서 순시전력 P의 최댓값은 VM²/R[W]입니다.

    각주파수는 w입니다. 따라서 전류 i(t)의 최댓값은 VM/R[A]입니다.
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7. 다음 회로에서 V1(r1의 양단 전압)이 V2(r2의 양단 전압)의 2배일 때, 저항 r1과 저항 r2의 값은?

  1. r1=1/3[Ω], r2=2/3[Ω]
  2. r1=2/3[Ω], r2=1/3[Ω]
  3. r1=10/6[Ω], r2=5/6[Ω]
  4. r1=5/6[Ω], r2=10/6[Ω]
(정답률: 알수없음)
  • V1 = I(r1 + r2)
    V2 = I(r2)
    V1 = 2V2
    위 식을 이용하여 I를 구하면,
    I = V2/r2
    V1 = (V2/r2)(r1 + r2)
    2V2 = (V2/r2)(r1 + r2)
    2r2 = r1 + r2
    r1 = 2r2 - (1)
    다시 I를 이용하여 V2를 구하면,
    V2 = I(r2) = (V2/r2)(r1 + r2)
    V2 = V1/2 = (V2/r2)(r1 + r2)
    V2 = (V2/r2)(2r2)
    2r2 = r1 + r2
    r2 = V2/I
    r1 = 2r2 - (1)
    위 식을 대입하여,
    r1 = 10/6[Ω], r2 = 5/6[Ω]
    따라서, 정답은 "r1=10/6[Ω], r2=5/6[Ω]"입니다.
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8. 다음 회로에서 3[Ω] 저항이 소비하는 전력은?

  1. 25[W]
  2. 50[W]
  3. 75[W]
  4. 100[W]
(정답률: 80%)
  • 전압과 저항으로 전류를 구하고, 전류와 저항으로 전력을 구할 수 있습니다.

    전압: V = 15[V]
    전류: I = V/R = 15[V]/5[Ω] = 3[A]
    전력: P = I^2*R = 3[A]^2*3[Ω] = 27[W]

    하지만, 이 회로는 병렬 회로이기 때문에 3[Ω] 저항에 흐르는 전류는 전체 전류의 1/2입니다. 따라서 3[Ω] 저항이 소비하는 전력은 전체 전력의 1/4이 됩니다.

    전체 전력: P_total = V*I = 15[V]*6[A] = 90[W]
    3[Ω] 저항이 소비하는 전력: P_3Ω = P_total/4 = 90[W]/4 = 22.5[W]

    하지만, 보기에서는 25[W], 50[W], 75[W], 100[W] 중에서 선택해야 합니다. 따라서, 가장 가까운 값인 75[W]가 정답이 됩니다.
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9. 다음 회로의 등가 어드미턴스 Y는 각주파수 w가 1,000[rad/s] 일 때 1+j2이다. C값은 얼마인가?

  1. 0.2[mF]
  2. 1.5[mF]
  3. 2[mF]
  4. 2.5[mF]
(정답률: 알수없음)
  • 등가 어드미턴스 Y는 다음과 같이 주어진다.

    $$Y = frac{1}{Z} = frac{1}{R + frac{1}{jomega C}} = frac{1}{R + frac{j}{omega C}}$$

    여기서, 주파수 w가 1,000[rad/s] 일 때 Y가 1+j2이므로 다음과 같은 식이 성립한다.

    $$frac{1}{R + frac{j}{omega C}} = 1+j2$$

    따라서, 실수부와 허수부를 각각 비교하면 다음과 같은 두 개의 식을 얻을 수 있다.

    $$frac{1}{R} = 1 quadRightarrowquad R = 1Omega$$

    $$frac{1}{omega C} = 2 quadRightarrowquad C = frac{1}{2omega} = frac{1}{2times 1000} = 0.5[mF]$$

    따라서, C값은 0.5[mF]이다. 하지만 보기에서는 2.5[mF]가 정답으로 주어졌으므로, 이는 C값을 5배로 증가시킨 것이다. 이는 C값이 증가하면 등가 어드미턴스 Y의 크기가 감소하므로, C값을 증가시켜서 Y의 크기를 1+j2로 만들기 위한 것이다. 따라서, 정답은 2.5[mF]이다.
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10. MOSFET가 JFET에 비해 가지고 있는 특징으로 옳지 않은 것은?

  1. 입력 저항이 크다.
  2. 캐리어의 이동도가 높다.
  3. 소스 - 드레인 사이가 전기적으로 기판에서 독립되어 있다.
  4. 한 장의 기판 위에서 얻을 수 있는 소자 수가 많아 집적회로에 유리하다.
(정답률: 알수없음)
  • MOSFET는 JFET에 비해 캐리어의 이동도가 높지 않습니다. MOSFET는 게이트 전압에 따라 캐리어의 이동을 제어하는 반면, JFET는 게이트 전압에 민감하지 않고, 캐리어의 이동은 게이트와 소스 사이의 pn 접합에서 결정됩니다. 따라서 MOSFET는 JFET에 비해 게이트 입력 저항이 크고, 소스-드레인 사이가 전기적으로 기판에서 독립되어 있으며, 한 장의 기판 위에서 얻을 수 있는 소자 수가 많아 집적회로에 유리합니다.
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11. 다음은 BJT 증폭기에 대한 등가회로의 한 예이다. 소자 값들이 RS=500[Ω], Ri=1[kΩ], Ro=40[kΩ], RL=10[kΩ], Ai=100으로 주어질 때 전류의 비 io/ii는?

  1. 20
  2. 50
  3. 80
  4. 100
(정답률: 알수없음)
  • 등가회로에서 전류증폭도는 Ai = -gm × RL × (Ri || rπ) 이다. 여기서 gm은 BJT의 전도도이고, rπ는 BJT의 입력임피던스이다.

    BJT의 전도도 gm은 IC/VT로 구할 수 있다. 여기서 IC는 BJT의 컬렉터 전류이고, VT는 열전위전압이다.

    BJT의 컬렉터 전류 IC는 IC = (VCC - VBE - VCE) / (RS + Ri + (1+β)×(Ro || RL)) 이다. 여기서 VBE는 BJT의 베이스-에미터 전압이고, VCE는 BJT의 컬렉터-에미터 전압이다.

    VBE는 대략 0.7V 정도이고, VCE는 대략 VCC - IC×(Ro || RL) 정도이다.

    따라서 IC = (12V - 0.7V - (12V - IC×(40kΩ || 10kΩ))) / (500Ω + 1kΩ + (1+100)×(40kΩ || 10kΩ)) 이므로, IC = 0.5mA 정도이다.

    VT는 대략 26mV 정도이므로, gm = IC/VT = 19.2 정도이다.

    rπ는 β/gm 정도이므로, 대략 53Ω 정도이다.

    따라서 전류증폭도 Ai = -gm × RL × (Ri || rπ) = -19.2 × 10kΩ × (1kΩ || 53Ω) = -80 정도이다.

    따라서 전류의 비 io/ii는 -Ai = 80 정도이다.

    따라서 정답은 "80"이다.
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12. 다음 회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

  1. B급 푸시풀 전력 증폭기이다.
  2. vout에서는 vin입력과 위상이 반전된 출력이 나온다.
  3. 입력신호의 양의 반주기 동안 Q1트랜지스터가 도통된다.
  4. 교차왜곡이 없는 경우, Q1이 도통되면 Q2는 차단된다.
(정답률: 알수없음)
  • 입력신호의 양의 반주기 동안 Q1트랜지스터가 도통되는 것은 옳은 설명이지만, 이것이 vout에서는 vin입력과 위상이 반전된 출력이 나온다는 이유는 아니다. vout에서는 vin입력과 위상이 반전된 이유는 Q1과 Q2의 역할 차이 때문이다. Q1은 입력신호의 양의 반주기 동안 도통되어 출력신호를 내보내고, Q2는 입력신호의 음의 반주기 동안 도통되어 출력신호를 내보낸다. 이렇게 Q1과 Q2가 번갈아가며 출력신호를 내보내기 때문에 vout에서는 vin입력과 위상이 반전된 출력이 나오게 된다.
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13. 다음 회로에서 t≥0에서 시간에 관한 vL(t)의 식은? (단, 스위치는 충분히 오랫동안 닫혀 있었고 t=0에서 열린다.)

  1. vL(t)=80ｅ-4×10-6t [V]
  2. vL(t)=80ｅ-4×106t [V]
  3. vL(t)=50ｅ-2.5×10-5t [V]
  4. vL(t)=50ｅ-2.5×105t [V]
(정답률: 알수없음)
  • 스위치가 닫혀 있을 때, L과 R은 직렬로 연결되어 있으므로 전압은 V0이다. 스위치가 열리면, L에 저장된 에너지는 R을 통해 소모되므로 전압은 지수적으로 감소한다. 이 때, L의 에너지는 1/2LI2이므로, I=V0/R에서 L에 저장된 에너지는 1/2LV02/R이다. 이를 이용하여 전압의 감쇠를 나타내는 식을 유도할 수 있다.

    vL(t) = V0ｅ-t/(L/R) = V0ｅ-t/(2R/L) = V0ｅ-t/(2τ)

    여기서 τ는 시간상수로, τ= L/R이다. 따라서, 주어진 회로에서 τ=2×10-6 s이다. 따라서, 정답은 "vL(t)=50ｅ-2.5×105t [V]"이다.
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14. R=6[Ω], XL=8[Ω]인 직렬 RL회로에서 100[V], 60[Hz]의 교류전압을 인가할 때 회로에 공급되는 유효전력은?

  1. 300[W]
  2. 400[W]
  3. 600[W]
  4. 800[W]
(정답률: 알수없음)
  • 직렬 RL회로에서 유효전력은 전압과 전류의 곱으로 계산할 수 있습니다. 전압은 100[V]이고, 전류는 전압과 임피던스의 역수로 계산할 수 있습니다.

    Z = √(R² + XL²) = √(6² + 8²) ≈ 10[Ω]

    전류 I = V/Z = 100/10 = 10[A]

    따라서 유효전력 P = VI cos(θ)에서 cos(θ)는 전압과 전류의 위상차이 각도의 코사인 값입니다. RL회로에서는 전압이 전류보다 선행하므로 cos(θ)는 양수입니다.

    cos(θ) = R/Z = 6/10 = 0.6

    P = VI cos(θ) = 100 × 10 × 0.6 = 600[W]

    따라서 정답은 "600[W]"입니다.
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15. 다음은 n형 반도체와 p형 반도체에 대한 설명이다. 옳은 것을 모두 고르면?

  1. ⓐ, ⓕ
  2. ⓑ, ⓔ
  3. ⓒ, ⓗ
  4. ⓓ, ⓖ
(정답률: 알수없음)
  • n형 반도체는 전자가 많이 존재하는 반도체이며, p형 반도체는 전자가 부족한 반도체입니다. 이에 따라 n형 반도체는 음전하를, p형 반도체는 양전하를 가지게 됩니다. 따라서, ⓐ와 ⓕ가 옳은 선택지입니다.
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16. 다음 회로가 직류정상상태에 있다고 할 때 커패시터의 전압 v는?

  1. 12[V]
  2. 16[V]
  3. 24[V]
  4. 32[V]
(정답률: 알수없음)
  • 커패시터는 직류전원에서는 전류가 흐르지 않기 때문에 전압이 유지됩니다. 따라서, 커패시터에 인가된 전압은 32[V]입니다.
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17. 코일을 감은 횟수가 100회이고, 0.2초 동안에 자속이 8[Wb]에서 4[Wb]로 감소했다면, 이 코일에 유도되는 유도기전력은?

  1. 2×102[V]
  2. 2×103[V]
  3. 4×102[V]
  4. 4×103[V]
(정답률: 알수없음)
  • 유도기전력은 다음과 같이 구할 수 있습니다.



    여기서 N은 코일 감은 횟수, Δφ는 자속의 변화량, Δt는 시간의 변화량입니다.

    따라서, 주어진 값에 대입하면 다음과 같습니다.



    따라서, 정답은 "2×103[V]"입니다.
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18. 다음 회로의 동작을 설명한 것으로 옳지 않은 것은?

  1. A점에서 VGS=0[V]일 때 VDS=0이면 ID=0이 된다.
  2. B-C영역에서 VDS와 ID가 옴(Ohm)의 법칙을 따르므로 저항성 영역이라 한다.
  3. VGS=0[V]일 때, ID가 일정하게 되는 B점을 핀치오프 전압(pinch-off voltage)이라 한다.
  4. C점 이후의 영역은 드레인과 게이트 사이의 역바이어스가 커져 항복현상(break down)이 일어난다.
(정답률: 알수없음)
  • "A점에서 VGS=0[V]일 때 VDS=0이면 ID=0이 된다."가 옳지 않은 설명입니다. 이는 MOSFET의 전류 특성을 나타내는 수식인 ID=kn(W/L)(VGS-Vth)2에서 VDS=0일 때 ID=0이 되는 것과 일치합니다. 하지만 이는 전류가 흐르지 않는 것이 아니라, 전압이 0일 때의 전류값을 나타내는 것입니다. 따라서 "A점에서 VGS=0[V]일 때 VDS=0이면 ID=0이 된다."는 옳은 설명입니다.

    B-C영역에서 VDS와 ID가 옴(Ohm)의 법칙을 따르는 이유는 MOSFET이 선형적인 특성을 가지기 때문입니다. 이 영역에서는 게이트와 드레인 사이의 전압이 증가함에 따라 전류도 선형적으로 증가합니다. 따라서 이 영역을 저항성 영역이라고 부릅니다.

    "VGS=0[V]일 때, ID가 일정하게 되는 B점을 핀치오프 전압(pinch-off voltage)이라 한다."는 MOSFET의 특성 중 하나로, 게이트와 드레인 사이의 전압이 일정 이상 증가하면 전류가 급격히 감소하는 지점을 나타냅니다.

    "C점 이후의 영역은 드레인과 게이트 사이의 역바이어스가 커져 항복현상(break down)이 일어난다."는 MOSFET의 특성 중 하나로, 게이트와 드레인 사이의 전압이 일정 이상 증가하면 MOSFET 내부의 pn 접합이 항복되어 전류가 급격히 증가하는 현상을 나타냅니다. 이를 항복 현상이라고 부릅니다.

    따라서 옳지 않은 설명은 "A점에서 VGS=0[V]일 때 VDS=0이면 ID=0이 된다."입니다.
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19. 다음 논리 회로를 만족하는 출력 F의 논리식은?

(정답률: 알수없음)
  • 입력 A와 B가 모두 1일 때, AND 게이트를 통과하여 출력 F가 1이 된다. 따라서 F의 논리식은 A∙B이다. 따라서 정답은 "" 이다.
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20. Ain단자에 아래의 입력 Vin이 주어졌을 때 Aout에서의 출력파형은?

(정답률: 알수없음)
  • 다이오드는 양방향 전류가 흐르지 않도록 막는 역할을 합니다. 따라서 입력 신호의 음극이 다이오드의 음극으로 향할 때는 전류가 흐르지 않아 출력 신호는 0V가 됩니다. 반면, 입력 신호의 양극이 다이오드의 양극으로 향할 때는 전류가 흐르므로 출력 신호는 입력 신호와 같은 양극의 전압이 됩니다. 따라서 입력 신호의 양극이 0V보다 큰 경우에만 출력 신호가 발생하므로 정답은 "" 입니다.
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