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​ = 6 ΩIR1​R3​ = 6 Ω+−V1​10 VR2​20 ΩAR4​20 ΩB

전원이 공급하며 R1에 흐르는 전류 IR1을(를) 구하시오.

V1 = 10 VR1 = 6 ΩR2 = 20 ΩR3 = 6 ΩR4 = 20 Ω
IR1 = A
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 15 ΩR3​ = 15 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​18 VR2​12 ΩIR2​AR4​5 ΩBR6​6 Ω

R2에 흐르는 전류 IR2을(를) 구하시오.

V1 = 18 VR1 = 15 ΩR2 = 12 ΩR3 = 15 ΩR4 = 5 ΩR5 = 3 ΩR6 = 6 Ω
IR2 = A
3.마디 해석보통
R1​ = 12 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​12 ΩAR4​20 ΩBIs​2.5 A

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

V1 = 30 VIs = 2.5 AR1 = 12 ΩR2 = 12 ΩR3 = 15 ΩR4 = 20 Ω
VA = V
4.마디 해석어려움
R1​ = 2 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​12 ΩAR4​3 ΩIR4​B0.2·VA​

마름모는 전압 제어 전류원이며, 0.2·VA의 전류(A 단위, VA은(는) V 단위)를 마디 B로 위로 밀어 넣는다. 마디 해석법을 이용해 화살표 방향으로 R4에 흐르는 전류 IR4을(를) 구하시오.

V1 = 9 VR1 = 2 ΩR2 = 12 ΩR3 = 8 ΩR4 = 3 Ωg = 0.2 A/V
IR4 = A
5.망 해석보통
R1​ = 4 ΩR2​ = 12 Ω+−V1​18 VR3​5 ΩA+−V2​15 VI1​I2​

망 해석법을 이용해 망 전류 I1 (시계 방향)을(를) 구하시오.

V1 = 18 VV2 = 15 VR1 = 4 ΩR2 = 12 ΩR3 = 5 Ω
I1 = A
6.망 해석어려움
R1​ = 8 ΩIR1​R2​ = 10 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​12 VR4​5 ΩAR5​8 ΩB+−V2​15 VI1​I2​I3​

망 해석법을 이용해 화살표 방향으로 R1에 흐르는 전류 IR1을(를) 구하시오.

V1 = 12 VV2 = 15 VR1 = 8 ΩR2 = 10 ΩR3 = 10 ΩR4 = 5 ΩR5 = 8 Ω
IR1 = A
7.중첩의 원리보통
선형 회로Vs​Is​IRL​

선형 저항 회로에 전압원 Vs 하나와 전류원 Is 하나가 있다. 부하 저항의 전류 I를 두 번 측정했다: Vs = 15 V, Is = 10 mA일 때 I = 7.75 mA이고, Vs = 20 V, Is = 3 mA일 때 I = 6.2 mA이다. Vs = 6 V, Is = 6 mA일 때의 부하 전류 I을(를) 구하시오.

15 V, 10 mA → 7.75 mA20 V, 3 mA → 6.2 mAVs = 6 V, Is = 6 mA
I = mA
8.중첩의 원리어려움
선형 회로V1​V2​Is​IRL​

선형 저항 회로에 독립 전원 세 개 V1, V2, Is이(가) 있다. 부하 전류 I를 세 번 측정했다. 모든 전원이 정상값일 때 I = 11.5 mA이다. V1을(를) 두 배로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = 20.5 mA이다. Is의 방향을 반대로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = 22.5 mA이다. V2을(를) 끄고 V1와(과) Is이(가) 정상값일 때의 부하 전류 I을(를) 구하시오.

정상: I = 11.5 mA2·V1: I = 20.5 mA−Is: I = 22.5 mA
I = mA
9.테브난·노턴보통
R1​ = 15 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​3 ΩARL​4 ΩIL​B

a–b 사이에 부하 RL = 4 Ω을 연결한다. 나머지 회로를 테브난 등가 회로로 바꾸고 부하 전류 IL을(를) 구하시오.

V1 = 15 VR1 = 15 ΩR2 = 3 ΩR3 = 8 ΩRL = 4 Ω
IL = A
10.테브난·노턴어려움
R1​ = 5 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​30 ΩAIs​2.5 ABab

단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.

V1 = 30 VIs = 2.5 AR1 = 5 ΩR2 = 30 ΩR3 = 15 Ω
Vth = V
11.연산 증폭기 회로보통
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 22 kΩVin​

이 비반전 증폭기의 전압 이득이 15이(가) 되도록 하는 귀환 저항 Rf을(를) 고르시오.

R1 = 22 kΩAv = 15
Rf = kΩ
12.연산 증폭기 회로어려움
−+Vout​Rf​ = 1 kΩV1​ = −1.6 VR1​ = 10 kΩV2​ = 1.9 VR2​ = 1 kΩIf​

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

V1 = −1.6 VV2 = 1.9 VR1 = 10 kΩR2 = 1 kΩRf = 1 kΩ
If = mA
13.RC·RL 과도 현상보통
+−Vs​10 Vt = 0R = 15 ΩL150 mHi(t)

t = 0에서 스위치가 닫히기 전에는 인덕터에 전류가 흐르지 않는다. t = 15 ms에서 인덕터에 저장된 에너지 W을(를) mJ로 구하시오.

Vs = 10 VR = 15 ΩL = 150 mHt = 15 ms
W = mJ
14.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​20 Vt = 0R = 10 kΩC10 µF+−vC​vC​(0) = 2 V

t = 0에서 스위치가 닫히기 직전, 커패시터 전압은 표시된 극성으로 2 V이다. t = 80 ms에서 커패시터 전압 vC을(를) 구하시오.

Vs = 20 VR = 10 kΩC = 10 µFvC(0) = 2 Vt = 80 ms
vC = V

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: IR1 = 0.5779 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​ = 6 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​10 VR2​20 ΩAR4​20 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 + 20 = 26 Ω
R2 ∥ 26 = 20·26/(20+26) = 11.3 Ω
Req = R1 + 11.3 = 6 + 11.3 = 17.3 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 10/17.3 = 0.5779 A

답

IR1 = 0.5779 A
2.저항의 직렬·병렬

답: IR2 = 0.488 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​ = 15 ΩR3​ = 15 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​18 VR2​12 ΩAR4​5 ΩBR6​6 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 = 3 + 6 = 9 Ω
R4 ∥ 9 = 3.214 Ω
R3 + 3.214 = 18.21 Ω
R2 ∥ 18.21 = 7.234 Ω
Req = R1 + 7.234 = 15 + 7.234 = 22.23 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 18/22.23 = 0.8096 A

R₂에 흐르는 전류

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

VA = V1 − IR1·R1 = 18 − 0.8096·15 = 5.856 V
IR2 = VA/R2 = 5.856/12 = 0.488 A

답

IR2 = 0.488 A
3.마디 해석

답: VA = 20.12 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​ = 12 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​12 ΩAR4​20 ΩBIs​2.5 A

마디 설정

접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 30 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/12 + (VA − 30)/12 + (VA − VB)/15 = 0
0.2333·VA − 0.06667·VB = 2.5

마디 B에서 KCL

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/20 + (VB − VA)/15 = 2.5
−0.06667·VA + 0.1167·VB = 2.5

풀기

Δ = (0.2333)(0.1167) − (−0.06667)(−0.06667) = 0.02278
VA = Δ1/Δ = 0.4583/0.02278 = 20.12 V
VB = Δ2/Δ = 0.75/0.02278 = 32.93 V

답

VA = 20.12 V
4.마디 해석

답: IR4 = 1.716 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

저항을 통해 A에서 나가는 전류는 전원이 A로 밀어 넣는 전류와 같습니다.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0.7083·VA − 0.125·VB = 4.5

마디 B에서의 KCL

종속 전원은 g·VA를 마디 B로 밀어 넣습니다. 독립 전원처럼 다룬 다음 VA 항을 좌변으로 옮기세요.

(VB − VA)/R3 + VB/R4 = 0.2·VA
−0.325·VA + 0.4583·VB = 0

풀기

Δ = (0.7083)(0.4583) − (−0.125)(−0.325) = 0.284
VA = Δ1/Δ = 2.063/0.284 = 7.262 V
VB = Δ2/Δ = 1.463/0.284 = 5.149 V

R₄의 전류

IR4 = VB/R4 = 5.149/3 = 1.716 A

답

IR4 = 1.716 A
5.망 해석

답: I1 = 1.805 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​ = 4 ΩR2​ = 12 Ω+−V1​18 VR3​5 ΩA+−V2​15 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
4·I1 + 5(I1 − I2) = 18
9·I1 − 5·I2 = 18

망 2의 KVL

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

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
12·I2 + 5(I2 − I1) = (−15)
−5·I1 + 17·I2 = −15

풀기

Δ = (9)(17) − (−5)(−5) = 128
I1 = Δ1/Δ = 231/128 = 1.805 A
I2 = Δ2/Δ = −45/128 = −0.3516 A

답

I1 = 1.805 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

6.망 해석

답: IR1 = 0.878 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​ = 8 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​12 VR4​5 ΩAR5​8 ΩB+−V2​15 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
8·I1 + 5(I1 − I2) = 12
13·I1 − 5·I2 = 12

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
10·I2 + 5(I2 − I1) + 8(I2 − I3) = 0
−5·I1 + 23·I2 − 8·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
10·I3 + 8(I3 − I2) = (−15)
−8·I2 + 18·I3 = −15

풀기

Δ = 계수 행렬의 행렬식 = 4100
I1 = Δ1/Δ = 3600/4100 = 0.878 A
I2 = Δ2/Δ = −480/4100 = −0.1171 A
I3 = Δ3/Δ = −3630/4100 = −0.8854 A

답

IR1 = I1 = 0.878 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

7.중첩의 원리

답: I = 3.9 mA

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.

응답을 기여분의 합으로 쓰기

각 기여분은 자기 전원에 비례하며, 그 상수는 저항에만 의존합니다.

I = k₁·Vs + k₂·Is
15·k₁ + 10·k₂ = 7.75
20·k₁ + 3·k₂ = 6.2

상수 구하기

Δ = (15)(3) − (10)(20) = −155
k₁ = Δ1/Δ = −38.75/−155 = 0.25
k₂ = Δ2/Δ = −62/−155 = 0.4
k₁ = 0.25 mA/V, k₂ = 0.4

새 전류 예측

I = 0.25·6 + 0.4·6 = 3.9 mA

답

I = 3.9 mA
8.중첩의 원리

답: I = 3.5 mA

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.

측정값을 기여분으로 쓰기

각 기여분은 자기 전원에 비례합니다.

I₁ + I₂ + I₃ = 11.5
2·I₁ + I₂ + I₃ = 20.5
I₁ + I₂ − I₃ = 22.5

기여분 구하기

I₁ = 20.5 − 11.5 = 9 mA
I₃ = (11.5 − 22.5)/2 = −5.5 mA
I₂ = 11.5 − 9 − (−5.5) = 8 mA

V₂ 끄기

I = I₁ + I₃ = 9 + (−5.5) = 3.5 mA

답

I = 3.5 mA
9.테브난·노턴

답: IL = 0.1724 A

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​ = 8 Ω단락R2​3 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 15·3/(15+3) = 2.5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.5 + 8 = 10.5 Ω
R1​ = 15 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​15 VR2​3 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) = 15·3/(15+3) = 2.5 V
Rth​ = 10.5 Ω+−Vth​2.5 VRL​4 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) = 2.5/(10.5 + 4) = 0.1724 A
10.테브난·노턴

답: Vth = 73.93 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​ = 5 ΩR3​ = 15 Ω단락R2​30 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 5·30/(5+30) = 4.286 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4.286 + 15 = 19.29 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​30 ΩAIs​2.5 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) = 25.71 + 2.5·4.286 = 36.43 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 36.43 + 2.5·15 = 73.93 V
11.연산 증폭기 회로

답: Rf = 308 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 = (15 − 1)·22 = 308 kΩ

답

Rf = 308 kΩ
12.연산 증폭기 회로

답: If = 1.74 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 = −1.6/10 = −0.16 mA
I2 = V2/R2 = 1.9/1 = 1.9 mA
If = I1 + I2 = 1.74 mA

답

If = 1.74 mA
13.RC·RL 과도 현상

답: W = 20.12 mJ

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.

시정수와 최종 전류

스위치를 닫고 오래 지나면 인덕터는 단락처럼 동작하므로 최종 전류는 R로만 정해집니다.

τ = L/R = 150 mH / 15 Ω = 10 ms
i(∞) = Vs/R = 10/15 = 0.6667 A

주어진 시각의 전류

i(t) = 0.6667·(1 − e−15/10) = 0.5179 A

저장된 에너지

W = ½·L·i² = ½·150·0.5179² = 20.12 mJ

답

W = 20.12 mJ
14.RC·RL 과도 현상

답: vC = 11.91 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.

초기값, 최종값, 시정수

커패시터 전압은 갑자기 변할 수 없으므로 저장된 값에서 시작해 전원 전압으로 향합니다.

vC(0) = 2 V, vC(∞) = Vs = 20 V
τ = R·C = 10 kΩ · 10 µF = 100 ms
vC(t) = 20 + (2 − 20)·e−t/τ

주어진 시각의 전압

vC(80) = 20 + (−18)·e−80/100 = 11.91 V

답

vC = 11.91 V

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