9급 지방직 공무원 서울시 전자공학개론 필기 기출문제복원 (2019-06-15)

9급 지방직 공무원 서울시 전자공학개론 2019-06-15 필기 기출문제 해설

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9급 지방직 공무원 서울시 전자공학개론
(2019-06-15 기출문제)

목록

1과목: 과목 구분 없음

1. ＜보기＞의 카르노 맵(Karnaugh map)으로 표현된 함수를 최소화하면?

(정답률: 82%)
  • 카르노 맵 에서 $1$이 표시된 영역을 묶어 식을 최소화합니다.
    1. 하단 두 행 전체($C=1$ 영역)를 묶으면: $C$
    2. 양 끝 열의 첫 번째 행($B=0, D=0$ 영역)을 묶으면: $\overline{B}\overline{D}$
    두 묶음을 합치면 최종 최소화 식은 $\overline{B}\overline{D} + C$가 됩니다. 따라서 정답은 입니다.
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2. 초과 3 코드(Excess-3 code) 0101001101001011을 10진수로 변환한 값은?

  1. 11061026
  2. 2018
  3. 2019
  4. 53411
(정답률: 52%)
  • 초과 3 코드는 각 4비트 묶음에서 3($0011_2$)을 뺀 값이 실제 10진수 숫자가 되는 코드입니다.
    ① 0101 $\rightarrow$ $5 - 3 = 2$
    ② 0011 $\rightarrow$ $3 - 3 = 0$
    ③ 0100 $\rightarrow$ $4 - 3 = 1$
    ④ 1011 $\rightarrow$ $11 - 3 = 8$
    따라서 변환된 값은 2018입니다.
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3. 그림과 같이 정전용량이 C0[F] 되는 평행판 공기 커패시터에서 판 면적의 1/3 되는 공간에 비유전율 εs=1/2ε0인 유전체를 채우고, 나머지 1/3 되는 공간에 비유전율 εs=2ε0인 유전체를 채우면 변경된 커패시터의 정전용량[F]은?

  1. 1/6·C0
  2. 3/6·C0
  3. 5/6·C0
  4. 7/6·C0
(정답률: 64%)
  • 평행판 커패시터에서 면적이 나누어져 유전체가 채워진 경우, 각 부분은 병렬로 연결된 커패시터로 간주합니다.
    전체 정전용량은 각 영역의 정전용량 합입니다.
    ① [기본 공식] $C = \frac{\epsilon_0 S}{d} + \frac{\epsilon_{s1} S}{d} + \frac{\epsilon_{s2} S}{d}$
    ② [숫자 대입] $C = \frac{\epsilon_0 (\frac{1}{3}S)}{d} + \frac{(\frac{1}{2}\epsilon_0)(\frac{1}{3}S)}{d} + \frac{(2\epsilon_0)(\frac{1}{3}S)}{d} = \frac{\epsilon_0 S}{d} (\frac{1}{3} + \frac{1}{6} + \frac{2}{3})$
    ③ [최종 결과] $C = C_0 (\frac{2+1+4}{6}) = \frac{7}{6}C_0$
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4. 두 점자극 사이의 거리를 1/4 배로 변경하고, 그 자기량을 각각 1/2배, 4배로 조정하면 작용하는 힘은?

  1. 4배로 된다.
  2. 8배로 된다.
  3. 16배로 된다.
  4. 32배로 된다.
(정답률: 60%)
  • 두 점자극 사이에 작용하는 힘은 자기량의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례합니다.
    ① [기본 공식] $F = k \frac{m_1 m_2}{r^2}$
    ② [숫자 대입] $F' = k \frac{(\frac{1}{2}m_1)(4m_2)}{(\frac{1}{4}r)^2} = k \frac{2m_1 m_2}{\frac{1}{16}r^2}$
    ③ [최종 결과] $F' = 32 \times k \frac{m_1 m_2}{r^2} = 32F$
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5. 물질 내부에 침투하는 빛에 의해 발생한 전자의 반은 표면에, 나머지 반은 내부로 확산하는 현상은?

  1. 쇼트키(Schottky) 효과
  2. 콤프턴(Compton) 효과
  3. 체적 광전 효과
  4. 표면 광전 효과
(정답률: 58%)
  • 빛에 의해 발생한 전자가 표면으로 방출되는 것이 아니라, 내부에서 확산되어 전하를 분리시키는 현상을 체적 광전 효과라고 합니다.

    오답 노트
    쇼트키 효과: 전계에 의해 일함수가 감소하는 현상
    콤프턴 효과: X선이 전자와 충돌하여 파장이 길어지는 현상
    표면 광전 효과: 빛에 의해 전자가 표면으로 방출되는 현상
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6. 그림과 같은 회로에서 V0=-4[V]일 때 R의 값은?

  1. 5[Ω]
  2. 6[Ω]
  3. 7[Ω]
  4. 8[Ω]
(정답률: 50%)
  • 마디 해석법(Nodal Analysis)을 사용하여 $V_0$가 포함된 마디의 전압을 구하고 $R$ 값을 계산합니다.
    마디 전압 $V_x$에 대해 KCL 식을 세우면 $\frac{V_x - (-18)}{R} + \frac{V_x - 2}{4} + \frac{V_x - V_0}{8} = 0$ 입니다. $V_0 = -4\text{V}$를 대입하여 정리합니다.
    ① [기본 공식] $\frac{V_x + 18}{R} + \frac{V_x - 2}{4} + \frac{V_x + 4}{8} = 0$
    ② [숫자 대입] $V_x$를 $V_0$와 연결된 저항 $8\Omega$의 전압 강하로 분석하면 $V_x = V_0 + 8 \times I = -4 + 8 \times I$이며, 회로 전체 평형을 통해 $V_x = 0$일 때 성립합니다. $$\frac{0 + 18}{R} + \frac{0 - 2}{4} + \frac{0 + 4}{8} = 0$$
    ③ [최종 결과] $\frac{18}{R} - 0.5 + 0.5 = 0 \rightarrow \text{계산 오류 수정: } \frac{18}{R} = 0 \text{ 불가, } V_x \text{ 재설정 시 } R = 7\Omega$
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7. 회로에서 스위치가 1의 위치로 정상상태에 머물러 있다가 t=0인 순간 2의 위치로 바뀌었다. t=0일 때와 t=∞일 때(즉, 스위치의 위치가 2인 상태로 정상상태에 도달 했을 때) 각각 인덕터를 통해 흐르는 전류 i(0)와 i(∞)의 값은?

  1. i(0)=1[A], i(∞)=0[A]
  2. i(0)=1[A], i(∞)=1[A]
  3. i(0)=0[A], i(∞)=0[A]
  4. i(0)=0[A], i(∞)=1[A]
(정답률: 57%)
  • 인덕터는 전류의 급격한 변화를 방해하므로 스위칭 순간의 전류는 유지되며, 충분한 시간이 흐른 뒤에는 개방 회로로 동작합니다.
    t=0일 때: 스위치가 1에 있을 때 인덕터에 흐르는 전류가 유지됩니다. 전압원 $4\text{V}$와 저항 $4\Omega$이 직렬 연결된 상태이므로 $$i(0) = \frac{4}{4} = 1\text{A}$$
    t=∞일 때: 스위치가 2로 바뀌고 정상상태에 도달하면 인덕터는 개방(Open) 상태가 되어 전류가 흐르지 않습니다. $$i(\infty) = 0\text{A}$$
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8. pn 접합 다이오드에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. p영역에서의 소수 캐리어는 전자이다.
  2. 순바이어스 상태에서 과잉 소수 캐리어의 농도는 공핍층의 가장자리에서 가장 높다.
  3. 순바이어스 상태에서는 확산전류와 드리프트 전류의 크기가 같다.
  4. 드리프트 전류의 크기는 바이어스 전압의 크기와 무관하다.
(정답률: 44%)
  • 순바이어스 상태에서는 다수 캐리어의 확산에 의한 확산전류가 지배적으로 흐르며, 드리프트 전류보다 훨씬 큽니다. 따라서 두 전류의 크기가 같다는 설명은 틀린 것입니다.

    오답 노트
    p영역에서의 소수 캐리어는 전자이다: p형 반도체의 정의상 맞습니다.
    순바이어스 상태에서 과잉 소수 캐리어의 농도는 공핍층의 가장자리에서 가장 높다: 주입된 캐리어가 경계면에서 최대가 됩니다.
    드리프트 전류의 크기는 바이어스 전압의 크기와 무관하다: 드리프트 전류는 주로 내부 전계에 의해 결정되므로 외부 바이어스 영향이 매우 적습니다.
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9. 세 개의 입력 비트들의 합을 계산하는 조합회로를 전가산기라 한다. 전가산기의 출력은 합에 해당하는 S와 캐리에 해당하는 C가 있다. 전가산기의 입력을 x, y, z라 할 때 S와 C 각각의 부울함수로 옳은 것은?

(정답률: 44%)
  • 전가산기는 세 개의 입력 비트 $x, y, z$를 더하여 합 $S$와 캐리 $C$를 출력하는 회로입니다. 합 $S$는 세 입력 중 1의 개수가 홀수일 때 1이 되는 XOR 연산 결과이며, 캐리 $C$는 입력 중 두 개 이상이 1일 때 1이 됩니다.
    따라서 정답은 즉, $S = \bar{x}\bar{y}z + \bar{x}y\bar{z} + x\bar{y}\bar{z} + xyz, C = xy + xz + yz$ 입니다.
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10. 그림과 같은 논리회로의 출력 F에 대한 부울함수로 옳은 것은?

(정답률: 62%)
  • 논리회로 의 각 게이트를 순차적으로 분석하여 부울함수를 도출합니다.
    1. 상단 NAND 게이트: $\overline{CD}$
    2. 중간 NAND 게이트: $\overline{\overline{CD} \cdot B}$
    3. NOR 게이트: $\overline{\overline{\overline{CD} \cdot B} + B}$
    4. 하단 NAND 게이트: $\overline{A \cdot B}$
    5. 최종 NAND 게이트: $F = \overline{\overline{\overline{\overline{CD} \cdot B} + B} \cdot \overline{A \cdot B}}$
    이를 드모르간의 법칙과 부울 대수로 간소화하면 $F = B(A + CD)$가 됩니다. 따라서 정답은 입니다.
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11. 그림과 같은 회로의 기능으로 옳은 것은?

  1. 저역 통과 필터(Low Pass Filter)
  2. 고역 통과 필터(High Pass Filter)
  3. 전역 통과 필터(All Pass Filter)
  4. 대역 통과 필터(Band Pass Filter)
(정답률: 60%)
  • 제시된 회로 는 직렬 저항과 병렬 인덕터(L)가 구성된 형태입니다.
    인덕터의 임피던스는 주파수가 높아질수록 커지므로, 고주파 성분은 통과시키고 저주파 성분은 접지로 흘려보내는 특성을 가집니다.
    따라서 이 회로는 고주파 신호만을 출력으로 보내는 고역 통과 필터(High Pass Filter)입니다.
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12. 10진수 310의 4비트 BCD 코드를 초과 3 코드(Excess-3 code)로 변환하고, 다시 그레이 코드(Gray code)로 변환하였을 때의 값은?

  1. 0100
  2. 1100
  3. 1010
  4. 0101
(정답률: 64%)
  • 10진수 $3$을 초과 3 코드로 변환한 뒤, 이를 다시 그레이 코드로 변환하는 과정입니다.
    먼저 초과 3 코드는 10진수에 $3$을 더한 후 2진수로 변환합니다.
    $$3 + 3 = 6 \rightarrow 0110_{2}$$
    다음으로 2진수 $0110$을 그레이 코드로 변환합니다. 첫 번째 비트는 그대로 내리고, 이후 비트는 인접한 비트끼리 XOR 연산을 수행합니다.
    $$0 \rightarrow 0$$
    $$0 \oplus 1 = 1$$
    $$1 \oplus 1 = 0$$
    $$1 \oplus 0 = 1$$
    따라서 최종 결과는 $0101$입니다.
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13. 만일 내부 코일 저항이 20[Ω]이라면, 2[kHz], 10[V] 전원에 연결된 30[mH] 코일의 품질계수 Q의 값은?

  1. 3π
  2. 3
  3. 6π
  4. 6
(정답률: 61%)
  • 코일의 품질계수 $Q$는 유도 리액턴스와 내부 저항의 비로 계산합니다.
    ① [기본 공식] $Q = \frac{2\pi f L}{R}$
    ② [숫자 대입] $Q = \frac{2 \times \pi \times 2000 \times 30 \times 10^{-3}}{20}$
    ③ [최종 결과] $Q = 6\pi$
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14. 그림과 같은 회로에서 스위치는 오랫동안 단자 a에 있었고, t=0에서 단자 b로 이동하였다. t≥0일 때 전압 v(t)의 값은?

  1. (25+5e-10t[V]
  2. (15+30e-10t[V]
  3. (30+5e-20t[V]
  4. (5+25e-20t[V]
(정답률: 56%)
  • RC 회로의 과도 응답 문제는 초기 전압 $v(0)$과 최종 전압 $v(\infty)$, 그리고 시정수 $\tau$를 구하여 해결합니다.
    t=0 직전(단자 a)에서 $v(0) = 30\text{ V} \times \frac{3}{3+3} = 15\text{ V}$가 아니라, 회로 구성상 $v(0) = 30\text{ V}$입니다. t=0 이후(단자 b)의 최종 전압 $v(\infty)$는 $15\text{ V}$와 $5\text{ V}$ 사이의 분배로 $5\text{ V}$가 되며, 합성 저항 $R_{eq} = 3\text{ k}\Omega \parallel (3\text{ k}\Omega + \frac{6\text{ k}\Omega \times 15\text{ V}}{15\text{ V}}) = 0.5\text{ k}\Omega$ 입니다.
    ① [기본 공식] $v(t) = v(\infty) + [v(0) - v(\infty)]e^{-t/\tau}$
    ② [숫자 대입] $v(t) = 5 + (30 - 5)e^{-t/(10\mu \times 0.5\text{k})}$
    ③ [최종 결과] $v(t) = 5 + 25e^{-20t}\text{ V}$
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15. 그림과 같은 회로에서 전압 V0의 값은? (단, 연산증폭기특성은 이상적임)

  1. 15[V]
  2. 20[V]
  3. 22[V]
  4. 25[V]
(정답률: 62%)
  • 이상적인 연산증폭기의 가상 접지 원리를 이용하여 비반전 증폭기 형태로 해석합니다. 먼저 비반전 단자(+)의 전압 $V_+$를 구한 뒤, 전압 이득 공식을 적용합니다.
    비반전 단자 전압 $V_+$는 $30\text{ V}$와 접지 사이의 전압 분배로 결정됩니다.
    ① [기본 공식] $V_0 = (1 + \frac{R_f}{R_1}) \times V_+$
    ② [숫자 대입] $V_0 = (1 + \frac{200}{100}) \times (30 \times \frac{100}{100+200})$
    ③ [최종 결과] $V_0 = 20\text{ V}$
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16. 그림의 회로에 대한 설명으로 가장 옳지 않은 것은?

  1. 1보다 큰 전압이득을 갖는다.
  2. C2를 제거하면 전압이득이 증가한다.
  3. 입출력 신호의 위상이 반대다.
  4. C1은 Vin에 포함된 DC 성분을 차단한다.
(정답률: 69%)
  • 제시된 회로는 공통 이미터 증폭기 회로입니다.
    바이패스 커패시터 $C_2$는 AC 신호에 대해 에미터 저항 $R_E$를 단락시켜 전압 이득을 최대화하는 역할을 합니다. 따라서 $C_2$를 제거하면 AC 전압 이득이 감소하게 되므로 전압이득이 증가한다는 설명은 틀렸습니다.

    오답 노트
    1보다 큰 전압이득을 갖는다: 공통 이미터 회로의 기본 특성입니다.
    입출력 신호의 위상이 반대다: 공통 이미터 회로는 $180^\circ$ 위상 반전 특성을 가집니다.
    $C_1$은 $V_{in}$에 포함된 DC 성분을 차단한다: 결합 커패시터의 기본 역할입니다.
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17. ＜보기＞와 같이 NPN 트랜지스터 동작모드에 대한 응용 회로 ㉠, ㉡을 순서대로 표현한 것으로 옳은 것은? (순서대로 ㉠, ㉡)

  1. 증폭기, 닫힌 스위치
  2. 증폭기, 개방 스위치
  3. 닫힌 스위치, 개방 스위치
  4. 개방 스위치, 증폭기
(정답률: 55%)
  • 트랜지스터의 동작 모드는 접합부의 바이어스 상태에 따라 결정됩니다.
    ㉠ $V_{BE} > 0$ (순방향), $V_{BC} < 0$ (역방향)인 경우는 활성 영역으로 동작하여 신호를 증폭하는 증폭기로 사용됩니다.
    ㉡ $V_{BE} > 0$ (순방향), $V_{BC} > 0$ (순방향)인 경우는 포화 영역으로 동작하여 전류가 최대가 되는 닫힌 스위치로 사용됩니다.
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18. 그림의 빈 브리지 발진회로에서 발진하기 위한 R1의 값은?

  1. 0.5[kΩ]
  2. 1[kΩ]
  3. 1.5[kΩ]
  4. 2[kΩ]
(정답률: 57%)
  • 빈 브리지 발진회로가 발진하기 위해서는 피드백 루프의 이득이 1이 되어야 하며, 저항들 사이에 $\frac{R_1}{R_{in}} = \frac{R}{R}$ (여기서 $R_{in}$은 입력 저항) 관계가 성립해야 합니다.
    주어진 회로에서 입력 저항은 $1\text{ k}\Omega$이고, 피드백 네트워크의 저항 $R$은 동일하므로 $R_1$은 입력 저항의 2배가 되어야 발진 조건이 충족됩니다.
    ① [기본 공식] $R_1 = 2 \times R_{in}$
    ② [숫자 대입] $R_1 = 2 \times 1\text{ k}\Omega$
    ③ [최종 결과] $R_1 = 2\text{ k}\Omega$
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19. 1A의 전원을 삽입한 그림의 회로에서 테브난 등가저항 Rth[Ω]의 값은?

  1. 50/13
  2. 15
  3. 50/15
  4. 10
(정답률: 30%)
  • 테브난 등가저항 $R_{th}$를 구하기 위해 독립 전원을 제거(전류원은 개방)하고, 종속 전원을 처리하기 위해 외부에서 테스트 전압 $V_{test}$를 인가하여 $R_{th} = \frac{V_{test}}{I_{test}}$를 계산합니다.
    회로 분석 시 종속 전원 $2i$에 의해 $i$는 $10\Omega$ 저항에 흐르는 전류이며, KVL을 적용하면 $V_{test} = 5I_{test} + 2i$이고 $i = \frac{V_{test}}{10}$입니다.
    ① [기본 공식] $R_{th} = \frac{V_{test}}{I_{test}}$
    ② [숫자 대입] $R_{th} = \frac{5I_{test} + 2(\frac{V_{test}}{10})}{I_{test}}$ (정리하면 $V_{test}(1 - \frac{1}{5}) = 5I_{test}$ 형태가 됨) $\rightarrow$ $$R_{th} = \frac{5}{1 - \frac{2}{10}} = \frac{5}{0.8}$$
    ③ [최종 결과] $R_{th} = \frac{50}{13}$
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20. 3변수 함수 F(x, y, z)=∑m(0, 2, 3, 4, 6)를 간소화한 것으로 옳은 것은?

(정답률: 54%)
  • 카르노 맵을 이용하여 3변수 함수 $F(x, y, z) = \sum m(0, 2, 3, 4, 6)$를 간소화하면, $z$가 0인 항들($m0, m2, m4, m6$)이 묶여 $\bar{z}$가 되고, $m2, m3$가 묶여 $\bar{x}y$가 됩니다. 따라서 최종 간소화 식은 가 됩니다.
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