9급 지방직 공무원 서울시 전자공학개론 필기 기출문제복원 (2018-06-23)

9급 지방직 공무원 서울시 전자공학개론
(2018-06-23 기출문제)

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1. 반도체 소자에 전압을 가하면 전계에 의하여 전류가 흐르게 되는데, 이때 발생하는 전류로 가장 옳은 것은?

  1. 이온 전류(ionic current)
  2. 확산 전류(diffusion current)
  3. 드리프트 전류(drift current)
  4. 전자기 유도 전류(electromagnetically induced current)
(정답률: 알수없음)
  • 반도체 소자 내에서 전류가 흐르는 원인은 전자의 이동이다. 전자는 전기장에 의해 이동하며, 이때 충돌 등의 영향으로 일정한 방향으로 이동하지 않고 무작위적으로 움직인다. 이러한 무작위적인 이동으로 인해 전자의 이동 속도는 일정하지 않다. 그러나 전기장에 의해 일정한 방향으로 이동하는 전자의 수가 더 많아지면, 전류가 흐르게 된다. 이러한 전자의 일정한 방향으로의 이동은 드리프트 현상이라고 하며, 이에 따른 전류를 드리프트 전류라고 한다. 따라서 반도체 소자에서 발생하는 전류는 드리프트 전류이다.
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2. 3×10-4[C] 및 2×10-5[C]의 전하량을 갖는 두 전하가 3차원 진공 공간에서 각각 (2, 2, 3) (3, 0, 4) 위치에 놓여있을 때, 전기력 F의 값은? (단, 이다.)

  1. 1.5[N]
  2. 3[N]
  3. 6[N]
  4. 9[N]
(정답률: 알수없음)
  • 전기력 F는 F=k(q1q2/r^2)으로 구할 수 있다. 여기서 k는 쿨롱 상수이고, q1과 q2는 전하량, r은 두 전하 사이의 거리이다.

    따라서, 두 전하 사이의 거리를 구해보자.

    (2, 2, 3)과 (3, 0, 4) 사이의 거리는 √[(3-2)^2 + (0-2)^2 + (4-3)^2] = √6 이다.

    따라서, 전기력 F는 F=k(q1q2/r^2) = (9×10^9)(3×10^-4)(2×10^-5)/(6)^2 = 9[N] 이다.

    따라서, 정답은 "9[N]"이다.
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3. 어떤 선형 시스템의 입력 R(s)와 출력 Y(s)사이의 전달함수 G(s)=Y(s)/R(s)가 ＜보기＞와 같다. R(s)=1/s 일 때, 의 값은?

  1. 0
  2. 1
  3. 2
  4. 3
(정답률: 알수없음)
  • 전달함수 G(s)에서 R(s)=1/s일 때, Y(s)=G(s)R(s)=1/(s+1)이다. 이를 역 라푸라스 변환하면 y(t)=e^(-t)이다. 따라서 t=1일 때 y(t)=e^(-1)이므로, 의 값은 e^(-1)이다. 따라서 정답은 "2"이다.
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4. ＜보기＞와 같은 드레인-소스 전압 대 드레인 전류 특성을 갖는 소자로 가장 옳은 것은?

  1. n-channel JFET
  2. p-channel JFET
  3. p-channel 공핍형 MOS FET
  4. n-channel 증가형 MOS FET
(정답률: 알수없음)
  • 위 그래프는 드레인-소스 전압(VDS) 대 드레인 전류(ID) 특성을 나타내고 있습니다. 이 그래프에서 VDS가 증가함에 따라 ID가 일정한 값을 유지하다가 어느 순간부터는 VDS가 증가함에 따라 ID가 급격히 감소하는 지점이 있습니다. 이 지점을 "도플러 포인트(Doppler point)"라고 합니다. 이러한 특성을 갖는 소자는 JFET(Junction Field Effect Transistor)입니다. JFET는 게이트와 드레인 사이에 pn 접합이 형성되어 있으며, 게이트 전압에 따라 pn 접합의 폭이 변화하여 드레인-소스 전압에 따른 드레인 전류를 제어합니다. n-channel JFET는 pn 접합이 n-type 반도체와 p-type 반도체 사이에 형성되어 있으며, 게이트 전압이 음수일 때 동작합니다. 따라서, 정답은 "n-channel JFET"입니다.
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5. ＜보기＞의 실리콘 pnp 트랜지스터 전압분배 바이어스 회로에서 VEC의 값은?

  1. 8.2[V]
  2. 7.5[V]
  3. 5.5[V]
  4. 2.7[V]
(정답률: 알수없음)
  • 보기의 회로는 실리콘 PNP 트랜지스터의 전압분배 바이어스 회로입니다. 이 회로에서는 VBB와 VCC가 주어졌을 때, VBE와 VEC를 구하는 것이 목적입니다.

    먼저, VBE를 구하기 위해 다음과 같이 계산합니다.

    VBE = VBB - VBE(on) = 10[V] - 0.7[V] = 9.3[V]

    여기서 VBE(on)은 PNP 트랜지스터의 베이스-에미터 절단전압입니다.

    다음으로, VEC를 구하기 위해 다음과 같이 계산합니다.

    VEC = VCC - ICRC

    여기서 IC는 PNP 트랜지스터의 콜렉터 전류이며, RC는 콜렉터 저항입니다. 이 값들을 구하기 위해서는 PNP 트랜지스터의 콜렉터 전류-전압 특성을 알아야 합니다.

    하지만 이 문제에서는 이러한 값들이 주어지지 않았으므로, 간단한 근사값을 사용하여 계산합니다. 일반적으로 PNP 트랜지스터의 콜렉터 전류는 베이스 전류의 10배 정도이며, 이 값은 대략 1mA 정도입니다. 따라서 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

    VEC ≈ VCC - ICRC ≈ 8[V] - 1[mA] × 2.2[kΩ] ≈ 5.5[V]

    따라서, 정답은 "5.5[V]"입니다.
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6. ＜보기＞의 이상적인 연산증폭기(op-amp) 회로에서 전달함수 G(s)=Y(s)/U(s)는?

  1. G(s)=0.5+0.5s
  2. G(s)=1+s
  3. G(s)=1+2s
  4. G(s)=2+s
(정답률: 알수없음)
  • 이 회로는 비반전 증폭기 회로로, 입력 신호는 U(s)이고 출력 신호는 Y(s)입니다. 이 회로에서는 입력 신호가 출력 신호에 직접적으로 연결되기 때문에 입력 임피던스가 무한대에 가깝고 출력 임피던스가 0에 가깝습니다. 따라서 이 회로는 입력 신호를 왜곡 없이 증폭할 수 있습니다.

    회로의 전달함수를 구하기 위해, 입력 신호 U(s)가 회로를 통과하여 출력 신호 Y(s)가 나오는 과정을 고려해야 합니다. 이 회로에서는 U(s)가 비반전 입력단에 연결되고, 음극성 전원에 연결된 저항 R1을 통해 그라운드에 연결됩니다. 이 때, 비반전 입력단은 입력 신호와 그라운드 사이의 전압 차이를 측정하므로, 입력 신호 U(s)가 그대로 전압 차이로 측정됩니다.

    그리고 출력 신호 Y(s)는 비반전 입력단과 음극성 전원 사이의 전압 차이를 측정한 값에 회로의 증폭비를 곱한 값입니다. 이 회로에서는 R1과 R2가 연결된 부분이 출력 신호 Y(s)가 나오는 부분이므로, 출력 신호 Y(s)는 다음과 같이 구할 수 있습니다.

    Y(s) = (R2/(R1+R2)) * U(s)

    즉, 전달함수 G(s)는 다음과 같습니다.

    G(s) = Y(s)/U(s) = R2/(R1+R2)

    여기서 R1과 R2는 각각 1kΩ이므로, R2/(R1+R2) = 0.5입니다. 따라서 보기 중에서 G(s) = 0.5+0.5s인 보기는 맞지만, 이상적인 연산증폭기 회로에서는 이렇게 증폭비를 바꿀 수 없습니다.

    따라서 이상적인 연산증폭기 회로에서의 전달함수 G(s)는 G(s) = 1+R2/R1 = 2입니다. 이는 입력 신호를 2배로 증폭하는 것을 의미합니다. s는 회로의 주파수 응답을 나타내는 변수이며, 이 회로에서는 s=0일 때 증폭비가 2이고, s가 증가할수록 증폭비가 더 커지는 것을 의미합니다. 따라서 G(s) = 2+s가 이상적인 연산증폭기 회로에서의 전달함수입니다.
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7. ＜보기＞의 회로에 교류전압원 Vs(t)=10sint[V]가 인가될 때 저항 양단의 평균전압을 구한 것으로 가장 옳은 것은? (단, 회로의 다이오드는 실리콘다이오드이다.)

  1. 약 2.9[V]
  2. 약 3.2[V]
  3. 약 6.4[V]
  4. 약 7[V]
(정답률: 알수없음)
  • 다이오드는 정방향일 때 전류가 흐르고 역방향일 때 전류가 흐르지 않는 특성을 가지고 있습니다. 따라서 이 회로에서는 Vs가 정방향일 때만 전류가 흐르고, 역방향일 때는 전류가 흐르지 않습니다.

    Vs가 sin 함수로 주어졌으므로, Vs가 양의 값을 가지는 구간에서는 다이오드가 정방향이 되어 전류가 흐르고, 음의 값을 가지는 구간에서는 다이오드가 역방향이 되어 전류가 흐르지 않습니다.

    따라서 Vs가 양의 값을 가지는 구간에서는 R1과 다이오드가 직렬로 연결되어 있으므로, V1=Vs-Vd가 됩니다. 여기서 Vd는 다이오드의 정방향 절단전압인데, 실리콘 다이오드의 경우 약 0.7[V]입니다.

    Vs가 음의 값을 가지는 구간에서는 R2와 다이오드가 직렬로 연결되어 있으므로, V2=-Vd가 됩니다.

    따라서 전압의 평균값은 Vavg=(V1+V2)/2=(Vs-Vd-Vd)/2=(Vs-2Vd)/2=(10-2×0.7)/2≈2.9[V]가 됩니다.

    따라서 정답은 "약 2.9[V]"입니다.
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8. ＜보기＞ 진리표의 출력 Y에 해당하는 논리식으로 가장 옳은 것은?

(정답률: 알수없음)
  • Y는 A와 B의 논리곱(AND)이고, A는 입력1과 입력2의 논리합(OR)이고, B는 입력1과 입력2의 논리합(OR)이다. 따라서 Y는 입력1과 입력2 중 적어도 하나가 참일 때 참이 된다. 이에 해당하는 논리식은 "" 이다.
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9. 시스템의 전달함수 (ROC: -2＜Re{s}＜-1)로 주어질 때, 임펄스 응답 h(t)는? (단, 여기서 ROC(Region Of Convergence)는 수렴영역을 말하고, H(s)는 h(t)의 라플라스(Laplace) 변환 값(H(s)=ℒ{h(t)})을 나타낸다.)

  1. h(t)=ｅ-2tu(t)-2ｅ-tu(-t)
  2. h(t)=ｅ-2tu(t)+2ｅ-tu(-t)
  3. h(t)=ｅ-2tu(-t)-2ｅ-tu(-t)
  4. h(t)=ｅ-2tu(-t)+2ｅ-tu(-t)
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 전달함수의 ROC가 -2＜Re{s}＜-1이므로, 시스템의 극점은 모두 왼쪽 반평면에 위치한다. 따라서, 시스템의 임펄스 응답 h(t)는 지수함수의 합으로 나타낼 수 있다.

    h(t) = ℒ-1{H(s)} = ℒ-1{1/(s+2)} = ℒ-1{-1/(s+2)}u(-t) + ℒ-1{1/(s+2)}u(t)

    여기서, ℒ-1{-1/(s+2)}u(-t) = -ｅ-2tu(-t)이고, ℒ-1{1/(s+2)}u(t) = ｅ-2tu(t)이므로,

    h(t) = -ｅ-2tu(-t) + ｅ-2tu(t) = ｅ-2tu(t) - 2ｅ-tu(-t)

    따라서, 정답은 "h(t)=ｅ-2tu(t)-2ｅ-tu(-t)"이다.
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10. 부울함수 를 간략히 했을 때 가장 옳은 것은?

  1. A⊕B
  4. A+B
(정답률: 알수없음)
  • 부울함수 를 간략히 표현하면 A⊕B이다. 이유는 XOR 연산자 ⊕는 두 입력값이 서로 다를 때 1을 출력하고 같을 때 0을 출력하기 때문이다. 따라서 입력값 A와 B가 서로 다를 때 1을 출력하고 같을 때 0을 출력하는 부울함수는 A⊕B이다.
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11. 전력계통의 전원선, 통신선, 신호선 등의 도체를 통하여 과도 이상 전압이 침입하면 전기기기, 전자부품의 파손이 발생한다. 이를 예방하기 위하여 전류변화를 억제하거나 최소화하는 장비로 가장 옳은 것은?

  1. 접지
  2. 서지보호기
  3. 퓨즈(fuse)
  4. 누전차단기
(정답률: 알수없음)
  • 과도한 전압이나 전류가 발생할 경우 전기기기나 전자부품이 파손될 수 있습니다. 이를 예방하기 위해서는 전류변화를 억제하거나 최소화하는 장비가 필요합니다. 이 중에서도 서지보호기는 전력계통의 전원선, 통신선, 신호선 등의 도체를 통해 침입하는 과도한 전압이나 전류를 감지하여 이를 차단하고 전기기기나 전자부품을 보호하는 역할을 합니다. 따라서 서지보호기가 가장 적합한 장비입니다.
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12. 신호(signal)와 잡음(noise)의 전력 밀도 스펙트럼(Power spectral density)이 ＜보기＞와 같이 주어질 때, 신호 대 잡음비(SNR) ( ㉠ )를 구하고, 차단 주파수 fc=0.5fN로 주어지는 이상적인 저역통과필터(ideal low-pass filter)를 통과하였을 때의 신호 대 잡음비 ( ㉡ )를 구한 것으로 가장 옳은 것은? (단, log102=0.3으로 한다.)

  1. ㉠ -10[dB], ㉡ 3[dB]
  2. ㉠ -10[dB], ㉡ 5[dB]
  3. ㉠ 0[dB], ㉡ 5[dB]
  4. ㉠ 0[dB], ㉡ 3[dB]
(정답률: 알수없음)
  • ㉠ 0[dB], ㉡ 3[dB]이 정답이다.

    ㉠를 구하기 위해서는 신호의 전력과 잡음의 전력을 구해야 한다. 전력은 전압의 제곱이므로, 주어진 스펙트럼에서 전압을 구하고 제곱하여 적분하면 된다. 이를 계산하면, 신호의 전력은 0.5, 잡음의 전력은 0.1이 된다. 따라서, 신호 대 잡음비(SNR)는 10log10(0.5/0.1) = 0[dB]이 된다.

    ㉡를 구하기 위해서는 이상적인 저역통과필터를 통과시켜서 얻어지는 스펙트럼에서 전력을 구해야 한다. 이상적인 저역통과필터는 차단 주파수 이하의 모든 주파수를 통과시키고, 차단 주파수 이상의 모든 주파수를 차단시키는 필터이다. 따라서, 주어진 스펙트럼에서 차단 주파수 이하의 부분을 취하고, 이를 제곱하여 적분하면 된다. 이를 계산하면, 이상적인 저역통과필터를 통과시킨 후의 전력은 0.8이 된다. 따라서, 신호 대 잡음비(SNR)는 10log10(0.8/0.1) = 3[dB]이 된다.

    따라서, 정답은 "㉠ 0[dB], ㉡ 3[dB]"이다.
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13. ＜보기＞의 회로에서 R5=5Ω에 흐르는 전류는?

  1. 0.2[A]
  2. 0[A]
  3. 1/3[A]
  4. 1[A]
(정답률: 알수없음)
  • R5은 병렬 회로에 속해 있으므로, R5에 흐르는 전류는 R4와 R6에 흐르는 전류의 합과 같습니다. R4와 R6은 직렬 회로에 속해 있으므로, 전류는 각 저항의 비율에 따라 분배됩니다. R4와 R6의 저항값은 각각 10Ω, 15Ω이므로, 전체 전압 중 R4에 걸리는 전압의 비율은 10/(10+15)=2/5, R6에 걸리는 전압의 비율은 3/5입니다. 따라서 R5에 흐르는 전류는 (2/5+3/5)×1A=1A입니다. 하지만 이 전류 중 R4와 R6에 흐르는 전류는 이미 계산되었으므로, R5에 흐르는 전류는 0.2A입니다.
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14. ＜보기＞ 주기신호 v(t)의 실횻값은?

  1. 0
  2. 1
  3. √2
  4. 2
(정답률: 알수없음)
  • 이 주기신호는 대칭 삼각파이므로, 주기 T의 절반인 T/2에서의 값과 평균값의 합이 실효값이 된다.

    따라서, 실효값 = (2/π) * ∫[0,π/2] v(t) dt = (2/π) * (1/2 * √2 * π/2) = √2.

    즉, 주기신호 v(t)의 실효값은 √2이다.
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15. 내부 임피던스 Zg=0.3-j5[Ω]인 발전기에 임피던스가 Zl=1.7+j3[Ω]인 선로를 연결하여 부하에 전력을 공급하고자 한다. 이때 부하에 최대전력이 전송되기 위한 부하 임피던스 Z0[Ω] 값으로 가장 옳은 것은?

  1. 2+j2
  2. 2-j2
  3. 2
  4. -2
(정답률: 알수없음)
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16. ＜보기＞와 같은 직렬 R-L-C 회로에서 R=200[Ω], L=1[mH], C=1.0[nF]으로 주어질 때, 커패시터 C에 전하가 충전된 상태에서 스위치 S를 OFF에서 ON하는 순간 회로에 흐르는 전류 I(t)에 대한 파형으로 가장 옳은 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 ""입니다.

    스위치 S가 OFF 상태에서는 R-L-C 회로가 닫혀있으므로 전하가 충전되어 전압이 커지고, 스위치 S를 ON 상태로 바꾸면 R-L-C 회로가 열리면서 전하가 방전되어 전압이 감소합니다. 이때, 전류 I(t)는 전압이 변화하는 속도에 비례하므로 전압이 가장 급격하게 변화하는 순간에 가장 큰 값을 가집니다. 이 순간은 스위치 S를 ON으로 바꾸는 순간이며, 이때 전류 I(t)는 최대값을 가집니다. 따라서, ""가 정답입니다.
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17. 입력신호 x(t)가 이상적인 적분기를 통과할 때, 입력의 전력밀도 스펙트럼 Sx(w)와 출력의 전력 밀도 스펙트럼 Sy(w)의 관계식으로 가장 옳은 것은?

(정답률: 알수없음)
  • 정답은 ""입니다.

    입력신호 x(t)가 이상적인 적분기를 통과하면 출력신호 y(t)는 다음과 같이 표현됩니다.

    y(t) = 1/RC ∫x(τ)dτ

    여기서 R과 C는 적분기의 저항과 커패시턴스를 나타냅니다.

    입력신호 x(t)의 전력밀도 스펙트럼 Sx(w)와 출력신호 y(t)의 전력밀도 스펙트럼 Sy(w)는 다음과 같이 표현됩니다.

    Sy(w) = |H(w)|2Sx(w)

    여기서 H(w)는 적분기의 주파수 응답 함수를 나타냅니다.

    H(w) = 1/(jwRC)

    따라서, Sy(w) = Sx(w)/(w2R2C2)입니다.

    이것은 입력신호 x(t)의 전력밀도 스펙트럼 Sx(w)와 출력신호 y(t)의 전력밀도 스펙트럼 Sy(w)가 주파수 제곱에 반비례하는 관계를 가진다는 것을 의미합니다.
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18. 10kHz로 샘플링(sampling)된 1000개의 이산신호(discrete signal)에 대해 2000-point 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform; DFT)을 수행하는 경우, 10번째(㉠), 500번째(㉡) DFT계수에 해당하는 주파수는?

  1. ㉠ 10[Hz], ㉡ 500[Hz]
  2. ㉠ 50[Hz], ㉡ 500[Hz]
  3. ㉠ 100[Hz], ㉡ 5,000[Hz]
  4. ㉠ 50[Hz], ㉡ 2,500[Hz]
(정답률: 알수없음)
  • 주파수 해상도는 샘플링 주파수를 이산 푸리에 변환한 포인트 수로 나눈 값입니다. 따라서 이 경우 주파수 해상도는 10kHz/2000 = 5Hz입니다. ㉠번째 DFT 계수는 10번째 주파수 구간에 해당하므로 10*5 = 50Hz입니다. ㉡번째 DFT 계수는 500번째 주파수 구간에 해당하므로 500*5 = 2,500Hz입니다. 따라서 정답은 "㉠ 50[Hz], ㉡ 2,500[Hz]"입니다.
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19. ＜보기＞의 논리회로에서 출력 Y는?

  1. A+B
  2. AB
  3. A⊕B
(정답률: 알수없음)
  • 입력 A와 입력 B가 모두 1일 때, AND 게이트를 통과하여 출력이 1이 되고, OR 게이트를 통과하여 출력이 1이 되므로, XOR 게이트를 통과한 출력은 0이 됩니다. 따라서, 정답은 "" 입니다.
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20. ＜보기＞의 회로에서 a-b에서 바라본 테브난(Thevenin) 등가저항( ㉠ )과 전압( ㉡ )은?

  1. ㉠ 10[Ω] ㉡ 10[V]
  2. ㉠ 10[Ω] ㉡ 8[V]
  3. ㉠ 8[Ω] ㉡ 10[V]
  4. ㉠ 8[Ω] ㉡ 8[V]
(정답률: 알수없음)
  • 주어진 회로에서 a-b 구간을 제외한 나머지 부분을 보면, 10Ω과 8Ω이 병렬로 연결되어 있고, 이 병렬 회로와 4Ω가 직렬로 연결되어 있습니다. 따라서, 이 회로의 전체 등가저항은 10Ω과 8Ω의 병렬 회로와 4Ω의 직렬 회로이므로, 10Ω과 8Ω의 병렬 등가저항은 4.44Ω입니다. 이때, 병렬 회로에서 전압은 같으므로, 10Ω과 8Ω의 전압은 모두 8V입니다. 따라서, a-b에서 바라본 테브난 등가저항은 4.44Ω이고, 전압은 8V입니다. 따라서, 정답은 "㉠ 10[Ω] ㉡ 8[V]"입니다.
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