회로이론 1: 벼락치기 팩

공식 모음, 모든 주제의 핵심 풀이 단계, 연습 문제 14개가 들어 있으며 전체 풀이는 맨 뒤에 있습니다.

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1공식과 풀이 방법

저항의 직렬·병렬

저항의 직렬 연결
Req = R1 + R2 + …
저항의 병렬 연결
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + …
두 저항의 병렬
Req = R1R2 / (R1 + R2)
옴의 법칙
V = I·R
전력
P = V·I = I²R = V²/R

방법

  1. 단자에서 가장 먼 회로망 끝에서 시작하세요.
  2. 직렬 저항은 더하고, 병렬 저항은 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …로 합성하세요.
  3. 단계마다 회로를 다시 그리세요.
  4. 단자 사이에 저항이 하나 남을 때까지 반복하세요.

마디 해석

키르히호프 전류 법칙
ΣIin = ΣIout
가지 전류
I = (Va − Vb)/R
기준 마디
Vground = 0

방법

  1. 기준 마디(접지)를 정하고 나머지 마디 전압에 이름을 붙이세요.
  2. 미지의 마디마다 키르히호프 전류 법칙을 쓰세요. 각 가지로 나가는 전류의 합은 들어오는 전류의 합과 같습니다.
  3. 모든 가지 전류를 (Va − Vb)/R로 나타내세요.
  4. 연립방정식을 푼 다음 필요한 전류를 구하세요.

망 해석

키르히호프 전압 법칙
모든 루프에서 ΣV = 0
공유 저항
전류 = I1 − I2
망 안의 전류원
그 망 전류가 정해짐

방법

  1. 회로의 모든 망(창)에 시계 방향 전류를 그리세요.
  2. 각 망을 따라 키르히호프 전압 법칙을 적용하세요. 전압 강하의 합은 0입니다.
  3. 두 망이 공유하는 저항에 흐르는 전류는 두 망 전류의 차입니다.
  4. 방정식을 푸세요. 결과가 음수이면 전류가 반대 방향으로 흐릅니다.

중첩의 원리

중첩의 원리
x = x1 + x2 + … (one source at a time)
제거한 전압원
단락 (0 V)
제거한 전류원
개방 (0 A)
전압 분배
V2 = V·R2/(R1 + R2)
전류 분배
I1 = I·R2/(R1 + R2)

방법

  1. 독립 전원의 수를 세세요. 전원 하나마다 더 간단한 회로를 하나씩 풉니다.
  2. 전원 하나만 남기고 나머지는 끄세요. 전압원은 단락(도선)이 되고, 전류원은 개방(끊어진 부분)이 됩니다.
  3. 간단해진 회로에서 필요한 전압이나 전류를 구하고, 그 방향을 기록하세요.
  4. 모든 전원에 대해 반복한 뒤, 각 기여분을 부호와 함께 더하세요.

테브난·노턴

테브난 전압
Vth = Vopen circuit
테브난 저항
Rth: 모든 전원을 제거하고 a–b에서 본 저항
노턴 전류
IN = Vth/Rth
부하 전류
IL = Vth/(Rth + RL)
최대 전력 전달
RL = Rth, Pmax = Vth²/(4Rth)

방법

  1. 부하를 떼어 내고 두 단자를 a와 b로 표시하세요.
  2. a와 b 사이의 개방 전압을 구하세요. 이것이 Vth입니다.
  3. 모든 독립 전원을 끄고 a–b에서 본 저항을 구하세요. 이것이 Rth입니다.
  4. 부하를 등가 회로에 다시 연결합니다: Vth와 Rth의 직렬.
  5. 노턴 등가 회로로 변환합니다: IN = Vth/Rth, RN = Rth를 병렬로.

연산 증폭기 회로

반전 증폭기
Vout = −(Rf/Rin)·Vin
비반전 증폭기
Vout = (1 + Rf/R1)·Vin
가산 증폭기
Vout = −Rf(V1/R1 + V2/R2)
이상적인 연산 증폭기
V+ = V−, Iin = 0

RC·RL 과도 현상

시정수
τ = RC | τ = L/R
응답
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ
직류에서의 커패시터
개방; vC는 갑자기 변할 수 없음
직류에서의 인덕터
단락; iL은 갑자기 변할 수 없음
정상 상태 값
t ≈ 5τ

방법

  1. 스위칭 직후의 초깃값을 구하세요. 커패시터 전압과 인덕터 전류는 갑자기 변할 수 없습니다.
  2. 스위칭 후 충분히 지난 뒤의 최종값을 구하세요. 커패시터는 개방 회로, 인덕터는 단락 회로처럼 동작합니다.
  3. 커패시터나 인덕터에서 본 저항을 이용해 시정수 τ = RC 또는 τ = L/R을 구하세요.
  4. x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ를 쓰세요.

2연습 문제

1.저항의 직렬·병렬보통
R1​ = 4 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​18 VR2​5 ΩIR2​AR4​3 ΩB

R2에 흐르는 전류 IR2을(를) 구하시오.

V1 = 18 VR1 = 4 ΩR2 = 5 ΩR3 = 6 ΩR4 = 3 Ω
IR2 = A
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 5 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​9 VR2​4 ΩAR4​6 ΩBR6​30 Ω

전원 V1이(가) 보는 합성 저항 Req을(를) 구하시오.

V1 = 9 VR1 = 5 ΩR2 = 4 ΩR3 = 8 ΩR4 = 6 ΩR5 = 10 ΩR6 = 30 Ω
Req = Ω
3.마디 해석보통
R1​ = 4 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​4 ΩAR4​15 ΩBIs​1 A

마디 해석법을 이용해 마디 전압 VA (접지 기준)을(를) 구하시오.

V1 = 9 VIs = 1 AR1 = 4 ΩR2 = 4 ΩR3 = 12 ΩR4 = 15 Ω
VA = V
4.마디 해석어려움
R1​ = 30 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​24 VR2​20 ΩAR4​10 ΩBIs​?

마디 A의 전압이 VA = 21 V가 될 때까지 전류원을 조정한다. 마디 해석법을 이용해 전원 전류 Is(방향은 그림과 같음)을(를) 구하시오.

V1 = 24 VR1 = 30 ΩR2 = 20 ΩR3 = 3 ΩR4 = 10 ΩVA = 21 V
Is = A
5.망 해석보통
R1​ = 3 ΩR2​ = 6 Ω+−VR2​+−V1​12 VR3​3 ΩA+−V2​12 VI1​I2​

망 해석법을 이용해 표시된 극성에서 R2 양단의 전압 VR2을(를) 구하시오.

V1 = 12 VV2 = 12 VR1 = 3 ΩR2 = 6 ΩR3 = 3 Ω
VR2 = V
6.망 해석어려움
R1​ = 20 ΩR2​ = 25 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​24 VR4​15 ΩIR4​AR5​2 ΩB+−V2​10 VI1​I2​I3​

망 해석법을 이용해 화살표 방향으로 R4에 흐르는 전류 IR4을(를) 구하시오.

V1 = 24 VV2 = 10 VR1 = 20 ΩR2 = 25 ΩR3 = 3 ΩR4 = 15 ΩR5 = 2 Ω
IR4 = A
7.중첩의 원리보통
R1​ = 2 ΩR3​ = 12 ΩIR3​+−V1​24 VR2​15 ΩAR4​2 ΩBIs​5 A

중첩의 원리를 이용해 R3이(가) 흡수하는 전력 PR3을(를) 구하시오.

V1 = 24 VIs = 5 AR1 = 2 ΩR2 = 15 ΩR3 = 12 ΩR4 = 2 Ω
PR3 = W
8.중첩의 원리어려움
R1​ = 10 ΩIR1​R2​ = 15 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​36 VR3​4 ΩAIs​2 AB+−V2​5 V

중첩의 원리를 이용해 R1이(가) 흡수하는 전력 PR1을(를) 구하시오.

V1 = 36 VIs = 2 AV2 = 5 VR1 = 10 ΩR2 = 15 ΩR3 = 4 ΩR4 = 25 Ω
PR1 = W
9.테브난·노턴보통
R1​ = 15 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​15 ΩAab

단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.

V1 = 15 VR1 = 15 ΩR2 = 15 ΩR3 = 10 Ω
Vth = V
10.테브난·노턴어려움
R1​ = 20 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​6 VR2​3 ΩAIs​1 ABRL​25 ΩIL​

a–b 사이에 부하 RL = 25 Ω을 연결한다. 테브난 등가 회로를 이용해 부하에 전달되는 전력 PL을(를) 구하시오.

V1 = 6 VIs = 1 AR1 = 20 ΩR2 = 3 ΩR3 = 30 ΩRL = 25 Ω
PL = W
11.연산 증폭기 회로보통
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 10 kΩVin​

이 비반전 증폭기의 전압 이득이 11이(가) 되도록 하는 귀환 저항 Rf을(를) 고르시오.

R1 = 10 kΩAv = 11
Rf = kΩ
12.연산 증폭기 회로어려움
−+Vout​Rf​ = 10 kΩV1​ = 0.1 VR1​ = 2 kΩV2​ = 0.6 VR2​ = 4.7 kΩIf​

가산 증폭기는 ±15 V 전원의 이상 연산 증폭기를 사용한다. 귀환 저항을 통해 출력 쪽으로 흐르는 전류 If을(를) 구하시오.

V1 = 0.1 VV2 = 0.6 VR1 = 2 kΩR2 = 4.7 kΩRf = 10 kΩ
If = mA
13.RC·RL 과도 현상보통
+−Vs​15 Vt = 0R1​ = 3.3 kΩR2​ = 1 kΩC220 µF+−vC​

전원 Vₛ가 R₁을 통해 커패시터를 충전하며, R₂는 C와 병렬로 연결되어 있습니다. t = 0에서 스위치가 닫힐 때 커패시터는 충전되어 있지 않다. t = 50 ms에서 커패시터 전압 vC을(를) 구하시오.

Vs = 15 VR1 = 3.3 kΩR2 = 1 kΩC = 220 µFt = 50 ms
vC = V
14.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​12 Vt = 0에 열림R1​ = 1 kΩR2​ = 2.2 kΩi2​C47 µF+−vC​

스위치가 오랫동안 닫혀 있었으므로 회로는 정상 상태이다. t = 0에 스위치가 열린다. t = 120 ms에서 R2을(를) 흐르는 전류 i2을(를) 구하시오.

Vs = 12 VR1 = 1 kΩR2 = 2.2 kΩC = 47 µFt = 120 ms
i2 = mA

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: IR2 = 1.604 A

직렬과 병렬 저항: 직렬에서는 각 저항에 같은 전류가 흐르고 R = R₁ + R₂ + …. 병렬에서는 각 저항에 같은 전압이 걸리고 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. 사다리 회로는 하나의 합성 저항이 남을 때까지 한 쌍씩 줄입니다.

R1​ = 4 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​18 VR2​5 ΩAR4​3 ΩB

먼 쪽 끝부터 저항 합치기

전원에서 가장 먼 끝에서 시작해 전원 쪽으로 돌아옵니다. 같은 전류가 흐르는 저항은 직렬, 같은 두 마디 사이의 저항은 병렬입니다.

R3 + R4 = 6 + 3 = 9 Ω
R2 ∥ 9 = 5·9/(5+9) = 3.214 Ω
Req = R1 + 3.214 = 4 + 3.214 = 7.214 Ω

전원 전류

전원은 Req만 보므로 옴의 법칙으로 전원이 내보내는 전류를 구합니다. 이 전류는 R₁에 흐릅니다.

IR1 = V1/Req = 18/7.214 = 2.495 A

R₂에 흐르는 전류

R₁의 전압 강하를 빼면 마디 A의 전압, 즉 R₂ 양단 전압이 됩니다.

VA = V1 − IR1·R1 = 18 − 2.495·4 = 8.02 V
IR2 = VA/R2 = 8.02/5 = 1.604 A

답

IR2 = 1.604 A
2.저항의 직렬·병렬

답: Req = 8.071 Ω

직렬과 병렬 저항: 직렬에서는 각 저항에 같은 전류가 흐르고 R = R₁ + R₂ + …. 병렬에서는 각 저항에 같은 전압이 걸리고 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. 사다리 회로는 하나의 합성 저항이 남을 때까지 한 쌍씩 줄입니다.

R1​ = 5 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 10 Ω+−V1​9 VR2​4 ΩAR4​6 ΩBR6​30 Ω

먼 쪽 끝부터 저항 합치기

전원에서 가장 먼 끝에서 시작해 전원 쪽으로 돌아옵니다. 같은 전류가 흐르는 저항은 직렬, 같은 두 마디 사이의 저항은 병렬입니다.

R5 + R6 = 10 + 30 = 40 Ω
R4 ∥ 40 = 5.217 Ω
R3 + 5.217 = 13.22 Ω
R2 ∥ 13.22 = 3.071 Ω
Req = R1 + 3.071 = 5 + 3.071 = 8.071 Ω

답

Req = 8.071 Ω
3.마디 해석

답: VA = 3.155 V

마디 해석법: 기준 마디를 정하고, 모르는 마디 전압에 이름을 붙인 다음, 옴의 법칙 (I = ΔV/R)을 써서 각 미지 마디에서 키르히호프 전류 법칙을 세우고 연립 방정식을 풉니다.

R1​ = 4 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​4 ΩAR4​15 ΩBIs​1 A

마디 설정

접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 9 V). 미지수: VA, VB.

마디 A에서 KCL

저항을 통해 A에서 나가는 전류는 전원이 A(으)로 밀어 넣는 전류와 같습니다.

VA/R2 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R3 = 0
VA/4 + (VA − 9)/4 + (VA − VB)/12 = 0
0.5833·VA − 0.08333·VB = 2.25

마디 B에서 KCL

저항을 통해 B에서 나가는 전류는 전원이 B(으)로 밀어 넣는 전류와 같습니다.

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/15 + (VB − VA)/12 = (−1)
−0.08333·VA + 0.15·VB = −1

풀기

Δ = (0.5833)(0.15) − (−0.08333)(−0.08333) = 0.08056
VA = Δ1/Δ = 0.2542/0.08056 = 3.155 V
VB = Δ2/Δ = −0.3958/0.08056 = −4.914 V

답

VA = 3.155 V
4.마디 해석

답: Is = 3.335 A

마디 해석법: 기준 마디를 정하고, 모르는 마디 전압에 이름을 붙인 다음, 옴의 법칙 (I = ΔV/R)을 써서 각 미지 마디에서 키르히호프 전류 법칙을 세우고 연립 방정식을 풉니다.

마디 A에서의 KCL

VA를 알고 있으므로 이 방정식에서 VB가 나옵니다.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(21 − 24)/30 + 21/20 = (VB − 21)/3
0.95 = (VB − 21)/3 → VB = 23.85 V

마디 B에서의 KCL

저항을 통해 B에서 나가는 전류는 전원이 B로 밀어 넣는 전류와 같습니다.

Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (23.85 − 21)/3 + 23.85/10 = 3.335 A

답

Is = 3.335 A
5.망 해석

답: VR2 = −4.8 V

망 해석법: 평면 회로의 각 창에 고유한 루프 전류를 주고, 각 루프에서 키르히호프 전압 법칙(전압 강하의 합 = 전압 상승의 합)을 세워 풉니다. 가지 전류는 망 전류이거나, 공유 가지에서는 두 망 전류의 차입니다.

R1​ = 3 ΩR2​ = 6 Ω+−V1​12 VR3​3 ΩA+−V2​12 VI1​I2​

망 전류 정하기

각 창마다 시계 방향 전류를 그립니다: I1, I2. 두 망이 공유하는 저항에는 두 전류의 차가 흐릅니다.

망 1의 KVL

시계 방향으로 돌면 저항의 전압 강하 합은 전원의 전압 상승 합과 같습니다 (진행 방향으로 −에서 +).

R1·I1 + R3(I1 − I2) = V1
3·I1 + 3(I1 − I2) = 12
6·I1 − 3·I2 = 12

망 2의 KVL

시계 방향으로 돌면 저항의 전압 강하 합은 전원의 전압 상승 합과 같습니다 (진행 방향으로 −에서 +).

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
6·I2 + 3(I2 − I1) = (−12)
−3·I1 + 9·I2 = −12

풀기

Δ = (6)(9) − (−3)(−3) = 45
I1 = Δ1/Δ = 72/45 = 1.6 A
I2 = Δ2/Δ = −36/45 = −0.8 A

답

IR2 = I2 = −0.8 A
VR2 = IR2·R2 = −0.8·6 = −4.8 V

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

6.망 해석

답: IR4 = 0.5824 A

망 해석법: 평면 회로의 각 창에 고유한 루프 전류를 주고, 각 루프에서 키르히호프 전압 법칙(전압 강하의 합 = 전압 상승의 합)을 세워 풉니다. 가지 전류는 망 전류이거나, 공유 가지에서는 두 망 전류의 차입니다.

R1​ = 20 ΩR2​ = 25 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​24 VR4​15 ΩAR5​2 ΩB+−V2​10 VI1​I2​I3​

망 전류 정하기

각 창마다 시계 방향 전류를 그립니다: I1, I2, I3. 두 망이 공유하는 저항에는 두 전류의 차가 흐릅니다.

망 1의 KVL

시계 방향으로 돌면 저항의 전압 강하 합은 전원의 전압 상승 합과 같습니다 (진행 방향으로 −에서 +).

R1·I1 + R4(I1 − I2) = V1
20·I1 + 15(I1 − I2) = 24
35·I1 − 15·I2 = 24

망 2의 KVL

시계 방향으로 돌면 저항의 전압 강하 합은 전원의 전압 상승 합과 같습니다 (진행 방향으로 −에서 +).

R2·I2 + R4(I2 − I1) + R5(I2 − I3) = 0
25·I2 + 15(I2 − I1) + 2(I2 − I3) = 0
−15·I1 + 42·I2 − 2·I3 = 0

망 3의 KVL

시계 방향으로 돌면 저항의 전압 강하 합은 전원의 전압 상승 합과 같습니다 (진행 방향으로 −에서 +).

R3·I3 + R5(I3 − I2) = −V2
3·I3 + 2(I3 − I2) = (−10)
−2·I2 + 5·I3 = −10

풀기

Δ = 계수 행렬의 행렬식 = 6085
I1 = Δ1/Δ = 4644/6085 = 0.7632 A
I2 = Δ2/Δ = 1100/6085 = 0.1808 A
I3 = Δ3/Δ = −11730/6085 = −1.928 A

답

IR4 = I1 − I2 = 0.5824 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

7.중첩의 원리

답: PR3 = 6.031 W

중첩의 원리: 선형 회로에서 모든 전압이나 전류는 각 독립 전원이 단독으로 작용할 때의 응답을 합한 것입니다. 전원을 끄려면 이상 전압원은 단락으로, 이상 전류원은 개방으로 바꿉니다. 저항은 그대로 둡니다.

R1​ = 2 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​24 VR2​15 ΩAR4​2 ΩB개방

경우 1 · V1만 작용

Iₛ가 개방되므로 R₃와 R₄는 A에서 접지까지 하나의 직렬 가지를 이루고, 이 가지는 R₂와 병렬입니다.

R3+R4 = 12+2 = 14 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 15·14/(15+14) = 7.241 Ω
VA = 24·7.241/(2+7.241) = 18.81 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 18.81·2/14 = 2.687 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (18.81 − 2.687)/12 = 1.343 A
R1​ = 2 ΩR3​ = 12 Ω단락R2​15 ΩAR4​2 ΩBIs​5 A

경우 2 · Is만 작용

V₁이 단락되므로 R₁은 R₂와 병렬입니다. Iₛ는 B에서 R₄와 R₃를 지나는 경로로 나뉩니다.

R1 ∥ R2 = 2·15/(2+15) = 1.765 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 2 ∥ 13.76 = 1.746 Ω
VB = Is·Req = 5·1.746 = 8.731 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 8.731·1.765/13.76 = 1.119 V
IR3″ = (VA − VB)/R3 = (1.119 − 8.731)/12 = −0.6343 A

전류 기여분 더하기

IR3 = IR3′ + IR3″ = 1.343 + (−0.6343) = 0.709 A

저항의 전력

전력은 전류의 제곱에 의존하므로 중첩의 원리를 따르지 않습니다. 전류를 먼저 더한 다음 제곱하세요.

PR3 = IR3²·R3 = 0.709²·12 = 6.031 W

답

PR3 = 6.031 W

각 경우의 전력을 더하면 26.48 W가 되는데, 이는 틀린 값입니다.

8.중첩의 원리

답: PR1 = 51.68 W

중첩의 원리: 선형 회로에서 모든 전압이나 전류는 각 독립 전원이 단독으로 작용할 때의 응답을 합한 것입니다. 전원을 끄려면 이상 전압원은 단락으로, 이상 전류원은 개방으로 바꿉니다. 저항은 그대로 둡니다.

R1​ = 10 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​36 VR3​4 ΩA개방B단락

경우 1 · V1만 작용

V₂는 단락, Iₛ는 개방됩니다. A에서 보면 R₃는 직렬인 R₂+R₄와 병렬입니다.

R3 ∥ (R2+R4) = 4 ∥ 40 = 3.636 Ω
VA = 36·3.636/(10+3.636) = 9.6 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 9.6·25/40 = 6 V
IR1′ = (V1 − VA)/R1 = (36 − 9.6)/10 = 2.64 A
R1​ = 10 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 25 Ω단락R3​4 ΩAIs​2 AB단락

경우 2 · Is만 작용

두 전압원이 모두 단락됩니다. Iₛ는 B에서 R₄(이제 접지로)와, R₁ ∥ R₃와 직렬인 R₂로 나뉩니다.

R1 ∥ R3 = 2.857 Ω, 따라서 왼쪽 경로는 R2+2.857 = 17.86 Ω
Req = R4 ∥ 17.86 = 10.42 Ω
VB = Is·Req = 2·10.42 = 20.83 V
VA = VB·2.857/17.86 = 3.333 V
IR1″ = (V1 − VA)/R1 = (0 − 3.333)/10 = −0.3333 A
R1​ = 10 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 25 Ω단락R3​4 ΩA개방B+−V2​5 V

경우 3 · V2만 작용

V₁은 단락, Iₛ는 개방됩니다. R₁ ∥ R₃가 A에 연결되고, R₂와 직렬로 B로 돌아갑니다.

R1 ∥ R3 = 10·4/(10+4) = 2.857 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 5·17.86/42.86 = 2.083 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 2.083·2.857/17.86 = 0.3333 V
IR1‴ = (V1 − VA)/R1 = (0 − 0.3333)/10 = −0.03333 A

전류 기여분 더하기

IR1 = IR1′ + IR1″ + IR1‴ = 2.64 + (−0.3333) + (−0.03333) = 2.273 A

저항의 전력

전력은 전류의 제곱에 의존하므로 중첩의 원리를 따르지 않습니다. 전류를 먼저 더한 다음 제곱하세요.

PR1 = IR1²·R1 = 2.273²·10 = 51.68 W

답

PR1 = 51.68 W

각 경우의 전력을 더하면 70.82 W가 되는데, 이는 틀린 값입니다.

9.테브난·노턴

답: Vth = 7.5 V

테브난 정리: 모든 선형 2단자 회로는 하나의 전압원 Vth와 저항 Rth의 직렬 회로처럼 동작합니다. 노턴 정리는 같은 회로를 전류원 IN = Vth/Rth와 Rth의 병렬 회로로 나타냅니다.

R1​ = 15 ΩR3​ = 10 Ω단락R2​15 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

전압원은 단락으로, 전류원은 개방으로 바꾼 뒤 a–b에서 회로를 들여다봅니다.

R1 ∥ R2 = 15·15/(15+15) = 7.5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 7.5 + 10 = 17.5 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​15 VR2​15 ΩAab+−Vth​

개방 전압 Vth 구하기

a–b가 개방되면 R₃에 전류가 흐르지 않으므로 전압 강하가 없고 V_b = V_A입니다. R₁과 R₂는 전압 분배기를 이룹니다.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 15·15/(15+15) = 7.5 V
10.테브난·노턴

답: PL = 8.399 W

테브난 정리: 모든 선형 2단자 회로는 하나의 전압원 Vth와 저항 Rth의 직렬 회로처럼 동작합니다. 노턴 정리는 같은 회로를 전류원 IN = Vth/Rth와 Rth의 병렬 회로로 나타냅니다.

R1​ = 20 ΩR3​ = 30 Ω단락R2​3 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

전압원은 단락으로, 전류원은 개방으로 바꾼 뒤 a–b에서 회로를 들여다봅니다.

R1 ∥ R2 = 20·3/(20+3) = 2.609 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.609 + 30 = 32.61 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​6 VR2​3 ΩAIs​1 ABab+−Vth​

개방 전압 Vth 구하기

a–b가 개방되면 Iₛ가 흐를 수 있는 경로는 R₃를 거쳐 마디 A로 가는 것뿐입니다. V₁과 Iₛ의 중첩으로 V_A를 구한 뒤 R₃의 전압 강하를 더합니다.

VA = V1·R2/(R1+R2) + Is·(R1∥R2) = 0.7826 + 1·2.609 = 3.391 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 3.391 + 1·30 = 33.39 V
Rth​ = 32.61 Ω+−Vth​33.39 VRL​25 ΩIL​

부하를 테브난 등가 회로에 연결하기

테브난 전원과 직렬 R_th는 a–b에서 원래 회로와 똑같이 동작하므로, 부하는 단순한 직렬 루프를 보게 됩니다.

IL = Vth/(Rth + RL) = 33.39/(32.61 + 25) = 0.5796 A
PL = IL²·RL = 0.5796²·25 = 8.399 W
11.연산 증폭기 회로

답: Rf = 100 kΩ

이상 연산 증폭기 규칙: 부귀환이 있으면 연산 증폭기는 두 입력이 같은 전압(V₋ = V₊)이 되도록 출력을 조절하고, 어느 입력으로도 전류가 흘러 들어가지 않습니다. 이 두 사실로 반전 입력에서 KCL을 세우면 출력이 나옵니다.

비반전 증폭기의 이득

V₋ = V₊ = Vin이고 R₁의 전류는 Rf에도 흐르므로 Vout = Vin·(1 + Rf/R₁).

Av = 1 + Rf/R1
Rf = (11 − 1)·10 = 100 kΩ

답

Rf = 100 kΩ
12.연산 증폭기 회로

답: If = 0.1777 mA

이상 연산 증폭기 규칙: 부귀환이 있으면 연산 증폭기는 두 입력이 같은 전압(V₋ = V₊)이 되도록 출력을 조절하고, 어느 입력으로도 전류가 흘러 들어가지 않습니다. 이 두 사실로 반전 입력에서 KCL을 세우면 출력이 나옵니다.

입력 전류

V₋ = 0이므로 각 입력 저항에는 입력 전압 전체가 걸립니다.

I1 = V1/R1 = 0.1/2 = 0.05 mA
I2 = V2/R2 = 0.6/4.7 = 0.1277 mA
If = I1 + I2 = 0.1777 mA

답

If = 0.1777 mA
13.RC·RL 과도 현상

답: vC = 0.8941 V

1차 과도 현상: 커패시터나 인덕터가 하나인 회로에서 모든 전압과 전류는 초기값에서 최종값으로 지수적으로 변합니다: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, τ = RC 또는 τ = L/R. 약 5τ 뒤에 회로가 정상 상태가 됩니다.

커패시터에서 본 테브난 등가 회로

Rth를 구하려면 전원을 단락하고, 최종 전압을 구하려면 커패시터를 개방하세요.

Rth = R1 ∥ R2 = 3.3·1/(3.3 + 1) = 0.7674 kΩ
vC(∞) = 15·1/(3.3 + 1) = 3.488 V

시정수

τ = Rth·C = 0.7674·220 = 168.8 ms

충전 곡선

vC(t) = 3.488·(1 − e−50/168.8) = 0.8941 V

답

vC = 0.8941 V
14.RC·RL 과도 현상

답: i2 = 1.175 mA

1차 과도 현상: 커패시터나 인덕터가 하나인 회로에서 모든 전압과 전류는 초기값에서 최종값으로 지수적으로 변합니다: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e−t/τ, τ = RC 또는 τ = L/R. 약 5τ 뒤에 회로가 정상 상태가 됩니다.

초기 커패시터 전압

정상 상태에서 커패시터는 개방 회로이므로 R₁과 R₂가 전압 분배기를 이룹니다. 스위치가 열릴 때 커패시터 전압은 급변할 수 없습니다.

vC(0) = 12·2.2/(1 + 2.2) = 8.25 V

스위치가 열린 뒤의 시정수

τ = R2·C = 2.2·47 = 103.4 ms

방전

vC(t) = 8.25·e−120/103.4 = 2.585 V
i2 = vC/R2 = 2.585/2.2 = 1.175 mA

답

i2 = 1.175 mA

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