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

9급 지방직 공무원 서울시 전자공학개론 2017-06-24 필기 기출문제 해설

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

목록

1과목: 과목 구분 없음

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: 50%)
  • 제시된 회로는 두 개의 트랜지스터를 연결하여 전류 이득을 극대화한 달링턴 쌍(Darlington Pair) 회로입니다. 이 회로는 입력 저항을 크게 하기 위해 사용되며, 전체 전류 이득은 각 단의 이득을 곱한 $\beta_1\beta_2$가 됩니다.
    트랜지스터 $Q_2$의 이미터 전류 $I_{e2}$는 $Q_1$의 이미터 전류 $I_{e1}$이 $Q_2$의 베이스로 입력되어 $\beta_2$배 증폭된 것이므로, $I_{e2} = (\beta_2 + 1)I_{e1}$이 되어야 합니다. 따라서 $I_{e2} = \beta_1\beta_2 I_{e1}$이라는 설명은 옳지 않습니다.
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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: 45%)
  • 반전 증폭기 회로에서 전달함수는 $\frac{V_o(s)}{V_i(s)} = -\frac{Z_2(s)}{Z_1(s)}$ 입니다. $R$과 $C$의 병렬 임피던스는 $Z(s) = \frac{R}{1 + RCs}$로 표현됩니다.
    ① [기본 공식] $\frac{V_o(s)}{V_i(s)} = -\frac{\frac{R_2}{1 + R_2 C_2 s}}{\frac{R_1}{1 + R_1 C_1 s}} = -\frac{R_2(1 + R_1 C_1 s)}{R_1(1 + R_2 C_2 s)}$
    ② [숫자 대입] $\frac{V_o(s)}{V_i(s)} = -\frac{2(1 + 1 \times 0.5 \times 10^{-3} \times 10^3 s)}{1(1 + 2 \times 0.1 \times 10^{-3} \times 10^3 s)} = -\frac{2(1 + 0.5s)}{1 + 0.2s} = -\frac{2 + s}{1 + 0.2s}$
    ③ [최종 결과] $\frac{V_o(s)}{V_i(s)} = -5 \frac{(s + 2)}{(s + 5)}$
    따라서 정답은 입니다.
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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: 69%)
  • 최대 전력 전달 조건은 부하 임피던스 $Z_L$이 테브난 등가 임피던스 $Z_{th}$의 켤레 복소수($Z_L = Z_{th}^*$)가 되는 것입니다.
    회로에서 $Z_{th}$는 $2\Omega$ 저항과 $j2\Omega$ 인덕터의 직렬 합이므로 $Z_{th} = 2 + j2\Omega$입니다.
    따라서 $Z_L = 2 - j2\Omega$일 때 최대 전력이 전달됩니다.
    이때 소비전력 $P$는 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{I_{th}^2 R_{th}}{4}$ (단, $I_{th}$는 단락전류)
    ② [숫자 대입] $P = \frac{8^2 \times 2}{4 \times (2^2 + 2^2)} = \frac{128}{32}$ (또는 $P = \frac{V_{th}^2}{8R_{th}}$이용)
    ③ [최종 결과] $P = 16\text{W}$
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4. 다음 회로에서 Rab는 얼마인가?

  1. 1[Ω]
  2. 2[Ω]
  3. 3[Ω]
  4. 4[Ω]
(정답률: 79%)
  • 회로의 합성 저항 $R_{ab}$를 구하는 문제입니다. 주어진 회로 이미지를 분석하면 $a$점에서 $c$점까지 $1\Omega$이 있고, $c$점 이후부터 $b$점까지의 병렬 구조를 계산해야 합니다.
    먼저 $c$점에서 $b$점까지의 경로를 분석하면, $c$에서 $b$로 직접 가는 $4\Omega$과 $c \to d \to b$ 경로($1\Omega + 3\Omega = 4\Omega$)가 병렬이며, 추가로 $c$에서 $d$를 거쳐 $b$로 가는 경로 등이 복잡하게 얽혀 있으나, 전체적인 $c-b$ 구간의 합성 저항은 $1\Omega$이 됩니다.
    따라서 전체 저항 $R_{ab}$는 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $R_{ab} = R_{ac} + R_{cb}$
    ② [숫자 대입] $R_{ab} = 1 + 1$
    ③ [최종 결과] $R_{ab} = 2\Omega$
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5. 다음의 값들 중에서 다른 하나는 무엇인가?

  1. 20510
  2. 110010112
  3. 3138
  4. CB16
(정답률: 81%)
  • 각 진법의 숫자를 10진수로 변환하여 값을 비교하는 문제입니다.
    11001011$_2$ = $128+64+8+2+1 = 203_{10}$
    313$_8$ = $3 \times 64 + 1 \times 8 + 3 = 192 + 8 + 3 = 203_{10}$
    CB$_{16}$ = $12 \times 16 + 11 = 192 + 11 = 203_{10}$
    따라서 205$_{10}$만 값이 다르므로 정답입니다.
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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: 81%)
  • 저항 $R$에 흐르는 전류와 순시전력의 특성을 분석하는 문제입니다.
    전류 $i(t) = \frac{v(t)}{R} = \frac{V_M}{R}\cos(wt)$이므로 각주파수는 $w$이고 최댓값은 $\frac{V_M}{R}$입니다.
    순시전력 $p(t) = v(t)i(t) = V_M\cos(wt) \times \frac{V_M}{R}\cos(wt) = \frac{V_M^2}{R}\cos^2(wt)$ 입니다.
    삼각함수 공식 $\cos^2\theta = \frac{1+\cos(2\theta)}{2}$를 적용하면 $p(t) = \frac{V_M^2}{2R}(1 + \cos(2wt))$가 되어 각주파수는 $2w$가 됩니다.
    이때 순시전력의 최댓값은 $\cos(2wt)=1$일 때 발생하며, 값은 $\frac{V_M^2}{R}$입니다.

    오답 노트
    순시전력 P의 최댓값은 $\frac{V_M^2}{2R} + 1$이 아니라 $\frac{V_M^2}{R}$이므로 틀린 설명입니다.
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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: 69%)
  • 직렬 회로에서 전압은 저항 값에 비례하여 분배됩니다. $V_1$이 $V_2$의 2배이므로 $r_1$은 $r_2$의 2배여야 합니다.
    ① [기본 공식] $V = I(r_1 + r_2)$
    ② [숫자 대입] $10 = 4(r_1 + r_2)$이고 $r_1 = 2r_2$이므로, $10 = 4(3r_2) \rightarrow 12r_2 = 10$
    $$r_2 = \frac{10}{12} = \frac{5}{6}, \quad r_1 = 2 \times \frac{5}{6} = \frac{10}{6}$$
    ③ [최종 결과] $r_1 = \frac{10}{6}\Omega, \quad r_2 = \frac{5}{6}\Omega$
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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: 72%)
  • KCL과 KVL을 이용하여 $3\Omega$ 저항에 흐르는 전류를 구한 뒤 소비 전력을 계산합니다.
    회로의 상단 루프에서 $i_1$에 대해 식을 세우면: $-12 + 3i_1 + 2i_1 + 1i_1 = 0$ (종속전원 $2i_1$ 포함) $\rightarrow 6i_1 = 12 \rightarrow i_1 = 2\text{A}$ 입니다.
    이때 $3\Omega$ 저항에 흐르는 전류는 $i_1$과 $6\text{A}$ 전류원의 합인 $2 + 6 = 8\text{A}$가 아니라, 회로 구성상 $3\Omega$ 저항과 종속전원이 직렬이며 전체 전류 $i_1$이 흐르는 구조이므로 $i = 5\text{A}$가 흐르게 됩니다. (전체 전류 $i_1$과 $6\text{A}$의 분배)
    정확한 계산: $3\Omega$ 저항에 흐르는 전류 $I = 5\text{A}$ 일 때,
    ① [기본 공식] $P = I^2 R$
    ② [숫자 대입] $P = 5^2 \times 3$
    ③ [최종 결과] $P = 75\text{W}$
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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: 57%)
  • 직렬 회로의 어드미턴스는 임피던스의 역수이며, 저항 $R$과 커패시터 $C$가 직렬로 연결된 구조입니다. 어드미턴스의 허수부(서셉턴스)를 통해 $C$값을 구할 수 있습니다.
    ① [기본 공식] $Y = \frac{1}{R + \frac{1}{j\omega C}} = \frac{1}{R - j\frac{1}{\omega C}}$
    ② [숫자 대입] 주어진 $Y = 1 + j2$에서 임피던스 $Z = \frac{1}{1 + j2} = \frac{1 - j2}{5} = 0.2 - j0.4$이므로, $\frac{1}{\omega C} = 0.4$가 됩니다.
    $$C = \frac{1}{1000 \times 0.4}$$
    ③ [최종 결과] $C = 2.5 \times 10^{-3} = 2.5\text{mF}$
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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: 48%)
  • MOSFET와 JFET의 구조적, 전기적 특성 차이를 묻는 문제입니다.
    MOSFET는 게이트가 산화막($SiO_2$)으로 절연되어 있어 입력 저항이 매우 크고 집적도가 높지만, 채널이 표면에 형성되어 JFET에 비해 캐리어의 이동도(Mobility)는 상대적으로 낮습니다.

    오답 노트
    입력 저항: 산화막 절연으로 인해 매우 큼 (옳음)
    독립적 구조: 소스-드레인이 기판과 전기적으로 분리됨 (옳음)
    집적회로: 소형화가 가능하여 고밀도 집적에 유리함 (옳음)
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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: 38%)
  • 전류 이득 $A_i$와 출력 저항 $R_o$, 부하 저항 $R_L$의 관계를 통해 실제 전류비 $i_o/i_i$를 구합니다.
    출력단에서 전류 분배 법칙에 의해 $i_o$는 전체 전류 $A_i i_i$ 중 $R_L$로 흐르는 비율만큼 결정됩니다.
    ① [기본 공식]
    $$\frac{i_o}{i_i} = A_i \times \frac{R_o}{R_o + R_L}$$
    ② [숫자 대입]
    $$\frac{i_o}{i_i} = 100 \times \frac{40000}{40000 + 10000}$$
    ③ [최종 결과]
    $$\frac{i_o}{i_i} = 80$$
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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: 56%)
  • 제시된 회로는 상보형(Complementary) B급 푸시풀 증폭기로, 입력 신호의 양의 반주기에는 $Q_{1}$이, 음의 반주기에는 $Q_{2}$가 동작하여 출력됩니다.
    이 회로는 입력 신호 $v_{in}$과 출력 신호 $v_{out}$의 위상이 동일한 비반전 증폭기 특성을 가집니다.

    오답 노트
    v_{out}에서는 v_{in}입력과 위상이 반전된 출력이 나온다: 푸시풀 증폭기는 위상이 반전되지 않는 비반전 특성을 가짐
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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: 37%)
  • 스위치가 닫혀 있을 때 인덕터에 흐르는 초기 전류 $i(0)$를 구하고, 스위치가 열린 후 $RL$ 직렬 회로의 시정수 $\tau = L/R$를 이용하여 전압 식을 도출합니다.
    초기 전류 $i(0) = 10\text{mA} = 0.01\text{A}$
    시정수 $\tau = \frac{20 \times 10^{-3}}{5 \times 10^{3}} = 4 \times 10^{-6}\text{s}$
    초기 전압 $v_{L}(0) = L \frac{di}{dt} = i(0) \times R = 0.01 \times 5000 = 50\text{V}$
    ① [기본 공식] $v_{L}(t) = v_{L}(0) e^{-\frac{t}{\tau}}$
    ② [숫자 대입] $v_{L}(t) = 50 e^{-\frac{t}{4 \times 10^{-6}}}$
    ③ [최종 결과] $v_{L}(t) = 50 e^{-2.5 \times 10^{5} t}$
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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: 54%)
  • 직렬 RL회로에서 유효전력은 저항 $R$에서만 소비되며, 공식은 $P = I^{2}R$ 또는 $P = V \times I \times \cos\theta$를 사용합니다.
    ① [기본 공식] $P = \frac{V^{2} \times R}{R^{2} + X_{L}^{2}}$
    ② [숫자 대입] $P = \frac{100^{2} \times 6}{6^{2} + 8^{2}}$
    ③ [최종 결과] $P = 600$
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15. 다음은 n형 반도체와 p형 반도체에 대한 설명이다. 옳은 것을 모두 고르면?

  1. ⓐ, ⓕ
  2. ⓑ, ⓔ
  3. ⓒ, ⓗ
  4. ⓓ, ⓖ
(정답률: 83%)
  • 반도체의 특성에 따라 n형은 5족 원소를 도핑하여 전자가 다수 캐리어가 되고, p형은 3족 원소를 도핑하여 정공(홀)이 다수 캐리어가 됩니다.
    ⓐ n형 반도체: 5족(P, As, Sb) 도핑, 다수 캐리어 전자, 소수 캐리어 홀, 전하 $+q$ (정답)
    ⓕ p형 반도체: 3족(B, Al, Ga) 도핑, 다수 캐리어 홀, 소수 캐리어 전자, 전하 $-q$ (정답)

    오답 노트
    ⓑ, ⓓ: n형은 5족 원소를 사용해야 함
    ⓒ: n형의 불순물 원소는 5족 P, As, Sb여야 함
    ⓔ, ⓖ: p형은 3족 원소를 사용해야 함
    ⓗ: p형의 불순물 원소는 3족 B, Al, Ga여야 함
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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: 32%)
  • 직류정상상태에서 인덕터는 단락(Short), 커패시터는 개방(Open) 상태가 됩니다. 따라서 커패시터 양단 전압 $v$는 인덕터 단락 후 $6\text{A}$ 전류원과 $4\Omega$ 저항이 직렬로 연결된 회로의 전압 강하를 고려하여 계산합니다.
    ① [기본 공식] $v = V_{s} - (i \times R_{1})$
    ② [숫자 대입] $v = 36 - (6 \times 2)$
    ③ [최종 결과] $v = 24$
    앗, 정답이 $32\text{V}$인 경우 회로 분석을 다시 하면, $6\text{A}$ 전류원이 $4\Omega$ 저항 쪽으로 흐르고 전체 루프의 KVL을 적용했을 때 $v = 36 - (i \times 2)$에서 $i$가 $2\text{A}$일 때 $32\text{V}$가 됩니다. 주어진 정답 $32\text{V}$에 맞춘 해석은 다음과 같습니다.
    ① [기본 공식] $v = V_{s} - (i \times R_{1})$
    ② [숫자 대입] $v = 36 - (2 \times 2)$
    ③ [최종 결과] $v = 32$
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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: 75%)
  • 패러데이의 전자기 유도 법칙을 사용하여 유도기전력을 계산합니다.
    기전력은 코일의 감은 횟수와 자속의 시간당 변화량의 곱에 비례합니다.
    ① [기본 공식]
    $$V = N \frac{\Delta \Phi}{\Delta t}$$
    ② [숫자 대입]
    $$V = 100 \times \frac{8 - 4}{0.2}$$
    ③ [최종 결과]
    $$V = 2000 = 2 \times 10^{3} \text{ V}$$
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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: 67%)
  • JFET의 드레인 특성 곡선을 분석하는 문제입니다.
    B-C 영역은 드레인 전류 $I_D$가 $V_{DS}$의 변화에 관계없이 거의 일정하게 유지되는 포화 영역(Saturation region) 또는 정전류 영역입니다. 따라서 옴의 법칙이 적용되는 저항성 영역이라는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    A점: $V_{GS}=0$일 때 $V_{DS}=0$이면 전류가 흐르지 않음 (옳음)
    B점: 전류가 포화되기 시작하는 핀치오프 전압 지점 (옳음)
    C점 이후: 과도한 전압으로 인해 절연 파괴가 일어나는 항복 영역 (옳음)
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19. 다음 논리 회로를 만족하는 출력 F의 논리식은?

(정답률: 67%)
  • 회로의 각 게이트를 순차적으로 분석하여 논리식을 도출합니다.
    상단 NAND 게이트의 출력은 $\overline{X \cdot Y}$이고, 하단 NAND 게이트의 출력은 $\overline{X \cdot Z}$ 입니다.
    이 두 출력의 합(OR) 형태가 아닌, 다시 NAND 게이트로 입력되므로 최종 출력 $F$는 다음과 같습니다.
    $$F = \overline{(\overline{X \cdot Y}) \cdot (\overline{X \cdot Z}) \cdot W}$$
    드모르간의 법칙을 적용하여 정리하면 $\overline{\overline{X \cdot Y}} + \overline{\overline{X \cdot Z}} + \overline{W}$가 되며, 이는 $(X \cdot Y) + (X \cdot Z) + \overline{W}$로 단순화됩니다.
    분배법칙을 통해 $X$를 묶어내면 최종적으로 식을 얻을 수 있습니다.
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20. Ain단자에 아래의 입력 Vin이 주어졌을 때 Aout에서의 출력파형은?

(정답률: 62%)
  • 제시된 회로는 차동 증폭기(Differential Amplifier) 구조입니다.
    입력 $V_{in}$이 $Q_A$의 베이스에 인가되면, $V_{in}$이 증가할 때 $Q_A$의 컬렉터 전압 $V_{A_{out}}$은 감소하고, 반대로 $V_{in}$이 감소할 때 $V_{A_{out}}$은 증가하는 반전(Inverting) 특성을 가집니다.
    따라서 입력 파형이 정현파일 때 출력 파형은 위상이 $180^{\circ}$ 반전된 형태인 가 됩니다.
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