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​ = 12 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAR4​10 ΩB

전원 V1이(가) 보는 합성 저항 Req을(를) 구하시오.

V1 = 30 VR1 = 4 ΩR2 = 6 ΩR3 = 12 ΩR4 = 10 Ω
Req = Ω
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 4 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​36 VR2​3 ΩAR4​6 ΩBR6​8 Ω

전원 V1이(가) 보는 합성 저항 Req을(를) 구하시오.

V1 = 36 VR1 = 4 ΩR2 = 3 ΩR3 = 30 ΩR4 = 6 ΩR5 = 3 ΩR6 = 8 Ω
Req = Ω
3.마디 해석보통
R1​ = 6 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​15 ΩAR4​6 ΩBIs​3 A

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

V1 = 24 VIs = 3 AR1 = 6 ΩR2 = 15 ΩR3 = 20 ΩR4 = 6 Ω
VA = V
4.마디 해석어려움
R1​ = 15 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​24 VR3​12 ΩAR5​15 ΩBIs​3 A+−V2​18 V

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

V1 = 24 VIs = 3 AV2 = 18 VR1 = 15 ΩR2 = 20 ΩR3 = 12 ΩR4 = 12 ΩR5 = 15 Ω
VB = V
5.망 해석보통
R1​ = 2 ΩR2​ = 15 Ω+−V1​30 VR3​12 ΩA+−V2​12 VI1​I2​

망 해석법을 이용해 망 전류 I1 (시계 방향)을(를) 구하시오.

V1 = 30 VV2 = 12 VR1 = 2 ΩR2 = 15 ΩR3 = 12 Ω
I1 = A
6.망 해석어려움
R1​ = 30 ΩR2​ = 20 ΩR3​ = 25 Ω+−VR3​+−V1​10 VR4​15 ΩAR5​15 ΩB+−V2​15 VI1​I2​I3​

망 해석법을 이용해 표시된 극성에서 R3 양단의 전압 VR3을(를) 구하시오.

V1 = 10 VV2 = 15 VR1 = 30 ΩR2 = 20 ΩR3 = 25 ΩR4 = 15 ΩR5 = 15 Ω
VR3 = V
7.중첩의 원리보통
R1​ = 20 ΩR3​ = 15 ΩIR3​+−V1​30 VR2​20 ΩAR4​10 ΩBIs​?

R3의 전류 IR3을(를) 0으로 만드는 전류원 Is의 값(방향은 그림과 같음)을 구하시오.

V1 = 30 VR1 = 20 ΩR2 = 20 ΩR3 = 15 ΩR4 = 10 Ω
Is = A
8.중첩의 원리어려움
R1​ = 25 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 6 Ω+−V1​15 VR3​15 ΩIR3​AIs​3 AB+−V2​?

R3의 전류 IR3을(를) 0으로 만드는 전압원 V2의 값(극성은 그림과 같음)을 구하시오.

V1 = 15 VIs = 3 AR1 = 25 ΩR2 = 10 ΩR3 = 15 ΩR4 = 6 Ω
V2 = V
9.테브난·노턴보통
R1​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​15 VR2​20 ΩAab

노턴 전류 IN을(를) 구하시오: 단자를 단락했을 때 a에서 b로 흐르는 전류.

V1 = 15 VR1 = 6 ΩR2 = 20 ΩR3 = 4 Ω
IN = A
10.테브난·노턴어려움
R1​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​30 VR2​8 ΩAIs​1 ABab

단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.

V1 = 30 VIs = 1 AR1 = 8 ΩR2 = 8 ΩR3 = 10 Ω
Vth = V
11.연산 증폭기 회로보통
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 22 kΩVin​

이 비반전 증폭기의 전압 이득이 4이(가) 되도록 하는 귀환 저항 Rf을(를) 고르시오.

R1 = 22 kΩAv = 4
Rf = kΩ
12.연산 증폭기 회로어려움
Vin​V1​Vout​1단: 반전R1​ = 1 kΩRf1​ = 2 kΩ2단: 비반전R2​ = 22 kΩRf2​ = 2 kΩ

이상적인 연산 증폭기 두 단이 종속 연결되어 있다: 반전 증폭기(R1, Rf1) 다음에 비반전 증폭기(접지 쪽 R2, 귀환에 Rf2)가 있다. 둘 다 ±15 V 전원으로 동작한다. 입력은 Vin = −0.6 V이다. 출력 전압 Vout을(를) 구하시오.

R1 = 1 kΩRf1 = 2 kΩR2 = 22 kΩRf2 = 2 kΩVin = −0.6 V
Vout = V
13.RC·RL 과도 현상보통
+−Vs​10 Vt = 0R = 68 ΩL47 mHi(t)

t = 0에서 스위치가 닫히기 전에는 인덕터에 전류가 흐르지 않는다. t = 1 ms에서 인덕터 전압 vL을(를) 구하시오.

Vs = 10 VR = 68 ΩL = 47 mHt = 1 ms
vL = V
14.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​30 Vt = 0에 열림R1​ = 2.2 kΩR2​ = 2.2 kΩC33 µF+−vC​

스위치가 오랫동안 닫혀 있었으므로 회로는 정상 상태이다. t = 0에 스위치가 열린다. t = 75 ms에서 커패시터 전압 vC을(를) 구하시오.

Vs = 30 VR1 = 2.2 kΩR2 = 2.2 kΩC = 33 µFt = 75 ms
vC = V

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: Req = 8.714 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​ = 4 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAR4​10 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 = 12 + 10 = 22 Ω
R2 ∥ 22 = 6·22/(6+22) = 4.714 Ω
Req = R1 + 4.714 = 4 + 4.714 = 8.714 Ω

답

Req = 8.714 Ω
2.저항의 직렬·병렬

답: Req = 6.756 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​ = 4 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​36 VR2​3 ΩAR4​6 ΩBR6​8 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 + 8 = 11 Ω
R4 ∥ 11 = 3.882 Ω
R3 + 3.882 = 33.88 Ω
R2 ∥ 33.88 = 2.756 Ω
Req = R1 + 2.756 = 4 + 2.756 = 6.756 Ω

답

Req = 6.756 Ω
3.마디 해석

답: VA = 17.26 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​ = 6 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​15 ΩAR4​6 ΩBIs​3 A

마디 설정

접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 24 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/15 + (VA − 24)/6 + (VA − VB)/20 = 0
0.2833·VA − 0.05·VB = 4

마디 B에서 KCL

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/6 + (VB − VA)/20 = 3
−0.05·VA + 0.2167·VB = 3

풀기

Δ = (0.2833)(0.2167) − (−0.05)(−0.05) = 0.05889
VA = Δ1/Δ = 1.017/0.05889 = 17.26 V
VB = Δ2/Δ = 1.05/0.05889 = 17.83 V

답

VA = 17.26 V
4.마디 해석

답: VB = 26.13 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​ = 15 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​24 VR3​12 ΩAR5​15 ΩBIs​3 A+−V2​18 V

마디 설정

접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 24 V, V2 = 18 V). 미지수: VA, VB.

마디 A에서 KCL

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

VA/R3 + (VA − V1)/R1 + (VA − VB)/R2 = 0
VA/12 + (VA − 24)/15 + (VA − VB)/20 = 0
0.2·VA − 0.05·VB = 1.6

마디 B에서 KCL

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

VB/R5 + (VB − VA)/R2 + (VB − V2)/R4 = Is
VB/15 + (VB − VA)/20 + (VB − 18)/12 = 3
−0.05·VA + 0.2·VB = 4.5

풀기

Δ = (0.2)(0.2) − (−0.05)(−0.05) = 0.0375
VA = Δ1/Δ = 0.545/0.0375 = 14.53 V
VB = Δ2/Δ = 0.98/0.0375 = 26.13 V

답

VB = 26.13 V
5.망 해석

답: I1 = 2.846 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​ = 2 ΩR2​ = 15 Ω+−V1​30 VR3​12 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
2·I1 + 12(I1 − I2) = 30
14·I1 − 12·I2 = 30

망 2의 KVL

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

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
15·I2 + 12(I2 − I1) = (−12)
−12·I1 + 27·I2 = −12

풀기

Δ = (14)(27) − (−12)(−12) = 234
I1 = Δ1/Δ = 666/234 = 2.846 A
I2 = Δ2/Δ = 192/234 = 0.8205 A

답

I1 = 2.846 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

6.망 해석

답: VR3 = −9.921 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​ = 30 ΩR2​ = 20 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​10 VR4​15 ΩAR5​15 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
30·I1 + 15(I1 − I2) = 10
45·I1 − 15·I2 = 10

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
20·I2 + 15(I2 − I1) + 15(I2 − I3) = 0
−15·I1 + 50·I2 − 15·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
25·I3 + 15(I3 − I2) = (−15)
−15·I2 + 40·I3 = −15

풀기

Δ = 계수 행렬의 행렬식 = 70875
I1 = Δ1/Δ = 14375/70875 = 0.2028 A
I2 = Δ2/Δ = −4125/70875 = −0.0582 A
I3 = Δ3/Δ = −28125/70875 = −0.3968 A

답

IR3 = I3 = −0.3968 A
VR3 = IR3·R3 = −0.3968·25 = −9.921 V

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

7.중첩의 원리

답: Is = 1.5 A

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​ = 20 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​20 ΩAR4​10 ΩB개방

경우 1 · V1 단독 작용

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

R3+R4 = 15+10 = 25 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 20·25/(20+25) = 11.11 Ω
VA = 30·11.11/(20+11.11) = 10.71 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 10.71·10/25 = 4.286 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (10.71 − 4.286)/15 = 0.4286 A

경우 2 · Is 단독 작용

V₁은 단락되므로 R₁ ∥ R₂가 A에서 접지로 연결됩니다. Iₛ는 B에서 R₄와 경로 R₃ + R₁∥R₂로 나뉘며, R₃를 지나는 부분은 화살표와 반대로 B에서 A로 흐릅니다.

R1 ∥ R2 = 10 Ω
IR3″ = −Is·R4/(R4 + R3 + R1∥R2) = −Is·10/35 = −0.2857·Is

합계를 0으로 두기

IR3′ + IR3″ = 0.4286 − 0.2857·Is = 0
Is = 0.4286/0.2857 = 1.5 A

답

Is = 1.5 A
8.중첩의 원리

답: V2 = 8.4 V

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​ = 25 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 6 Ω+−V1​15 VR3​15 ΩA개방B단락

경우 1 · V1 단독 작용

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

R3 ∥ (R2+R4) = 15 ∥ 16 = 7.742 Ω
VA = 15·7.742/(25+7.742) = 3.547 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 3.547·6/16 = 1.33 V
R1​ = 25 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 6 Ω단락R3​15 ΩAIs​3 AB단락

경우 2 · Is 단독 작용

두 전압원이 모두 단락됩니다. Iₛ는 B에서 R₄(이제 접지로)와, R₁ ∥ R₃와 직렬인 R₂로 나뉩니다. Iₛ의 화살표는 아래, 즉 마디에서 멀어지는 쪽을 향하므로 Iₛ는 그 마디에서 전류를 빼냅니다. 그 항은 음의 부호로 들어갑니다.

R1 ∥ R3 = 9.375 Ω, 따라서 왼쪽 경로는 R2+9.375 = 19.38 Ω
Req = R4 ∥ 19.38 = 4.581 Ω
VB = −Is·Req = −3·4.581 = −13.74 V
VA = VB·9.375/19.38 = −6.65 V

경우 3 · V2 단독 작용, 1 V당

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

R1 ∥ R3 = 9.375 Ω
VA‴ = V2·9.375/(6 + 10 + 9.375) = 0.3695·V2

VA를 0으로 두기

VA = 0이면 R₃ 양단에 전압이 없으므로 전류는 0입니다.

VA′ + VA″ + VA‴ = 3.547 + (−6.65) + 0.3695·V2 = 0
V2 = 3.103/0.3695 = 8.4 V

답

V2 = 8.4 V
9.테브난·노턴

답: IN = 1.339 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​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω단락R2​20 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 6·20/(6+20) = 4.615 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4.615 + 4 = 8.615 Ω
R1​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​15 VR2​20 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) = 15·20/(6+20) = 11.54 V
IN​1.339 ARth​8.615 Ωab

노턴 등가 회로

노턴 전원은 같은 회로를 R_th와 병렬인 전류원으로 본 것입니다. 그 전류는 a–b의 단락 전류입니다.

IN = Vth/Rth = 11.54/8.615 = 1.339 A
10.테브난·노턴

답: Vth = 29 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​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω단락R2​8 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 8·8/(8+8) = 4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4 + 10 = 14 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​30 VR2​8 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) = 15 + 1·4 = 19 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 19 + 1·10 = 29 V
11.연산 증폭기 회로

답: Rf = 66 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 = (4 − 1)·22 = 66 kΩ

답

Rf = 66 kΩ
12.연산 증폭기 회로

답: Vout = 1.309 V

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.

각 단의 이득

A1 = −Rf1/R1 = −2/1 = −2
A2 = 1 + Rf2/R2 = 1 + 2/22 = 1.091

단별 계산

V1 = −2·(−0.6) = 1.2 V
Vout = 1.091·1.2 = 1.309 V

답

Vout = 1.309 V
13.RC·RL 과도 현상

답: vL = 2.353 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.

시정수와 최종 전류

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

τ = L/R = 47 mH / 68 Ω = 0.6912 ms
i(∞) = Vs/R = 10/68 = 0.1471 A

인덕터 전압

t = 0에서는 전원 전압 전체가 인덕터에 걸리고, 이후 0으로 감소합니다.

vL(t) = Vs·e−t/τ = 10·e−1/0.6912 = 2.353 V

답

vL = 2.353 V
14.RC·RL 과도 현상

답: vC = 5.339 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.

초기 커패시터 전압

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

vC(0) = 30·2.2/(2.2 + 2.2) = 15 V

스위치가 열린 뒤의 시정수

τ = R2·C = 2.2·33 = 72.6 ms

방전

vC(t) = 15·e−75/72.6 = 5.339 V

답

vC = 5.339 V

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