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​ = 4 Ω+−V1​6 VR2​6 ΩAR4​3 ΩB

전원이 공급하며 R1에 흐르는 전류 IR1을(를) 구하시오.

V1 = 6 VR1 = 6 ΩR2 = 6 ΩR3 = 4 ΩR4 = 3 Ω
IR1 = A
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 6 ΩR3​ = 8 ΩR5​ = 15 Ω+−V1​5 VR2​4 ΩIR2​AR4​15 ΩBR6​2 Ω

R2에 흐르는 전류 IR2을(를) 구하시오.

V1 = 5 VR1 = 6 ΩR2 = 4 ΩR3 = 8 ΩR4 = 15 ΩR5 = 15 ΩR6 = 2 Ω
IR2 = A
3.마디 해석보통
R1​ = 3 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​24 VR2​3 ΩAR4​15 ΩBIs​5 A

마디 해석법을 이용해 전류원 Is이(가) 공급하는 전력 PIs을(를) 구하시오.

V1 = 24 VIs = 5 AR1 = 3 ΩR2 = 3 ΩR3 = 8 ΩR4 = 15 Ω
PIs = W
4.마디 해석어려움
R1​ = 4 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​36 VR2​5 ΩAR4​6 ΩB0.4·VA​

마름모는 전압 제어 전류원이며, 0.4·VA의 전류(A 단위, VA은(는) V 단위)를 마디 B로 위로 밀어 넣는다. 마디 해석법을 이용해 마디 전압 VB (접지 기준)을(를) 구하시오.

V1 = 36 VR1 = 4 ΩR2 = 5 ΩR3 = 5 ΩR4 = 6 Ωg = 0.4 A/V
VB = V
5.망 해석보통
R1​ = 10 ΩR2​ = 2 Ω+−V1​12 VR3​3 ΩA+−V2​10 VI1​I2​

망 해석법을 이용해 망 전류 I2 (시계 방향)을(를) 구하시오.

V1 = 12 VV2 = 10 VR1 = 10 ΩR2 = 2 ΩR3 = 3 Ω
I2 = A
6.망 해석어려움
R1​ = 5 ΩR2​ = 3 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​24 VR4​2 ΩAR5​8 ΩIR5​B+−V2​12 VI1​I2​I3​

망 해석법을 이용해 화살표 방향으로 R5에 흐르는 전류 IR5을(를) 구하시오.

V1 = 24 VV2 = 12 VR1 = 5 ΩR2 = 3 ΩR3 = 15 ΩR4 = 2 ΩR5 = 8 Ω
IR5 = 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 = 6 V, Is = 4 mA일 때 I = 13.2 mA이고, Vs = 8 V, Is = 2 mA일 때 I = 16.6 mA이다. Vs = 6 V, Is = 1 mA일 때의 부하 전류 I을(를) 구하시오.

6 V, 4 mA → 13.2 mA8 V, 2 mA → 16.6 mAVs = 6 V, Is = 1 mA
I = mA
8.중첩의 원리어려움
R1​ = 12 ΩR2​ = 2 Ω+−VR2​R4​ = 2 Ω+−V1​12 VR3​2 ΩAIs​1 AB+−V2​30 V

중첩의 원리를 이용해 표시된 극성에서 R2 양단의 전압 VR2을(를) 구하시오.

V1 = 12 VIs = 1 AV2 = 30 VR1 = 12 ΩR2 = 2 ΩR3 = 2 ΩR4 = 2 Ω
VR2 = V
9.테브난·노턴보통
R1​ = 10 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​15 VR2​12 ΩAab

단자 a–b에서 본 테브난 저항 Rth을(를) 구하시오.

V1 = 15 VR1 = 10 ΩR2 = 12 ΩR3 = 12 Ω
Rth = Ω
10.테브난·노턴어려움
R1​ = 10 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​36 VR2​6 ΩAIs​5 ABab

단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.

V1 = 36 VIs = 5 AR1 = 10 ΩR2 = 6 ΩR3 = 6 Ω
Vth = V
11.연산 증폭기 회로보통
−+Vout​Rf​ = 2 kΩR1​ = 1 kΩVin​ = −1.4 V

연산 증폭기는 이상적이며 ±15 V 전원으로 동작한다. 출력 전압 Vout을(를) 구하시오.

Vin = −1.4 VR1 = 1 kΩRf = 2 kΩ
Vout = V
12.연산 증폭기 회로어려움
−+Vout​Rf​ = 47 kΩV1​ = −1.4 VR1​ = 100 kΩV2​ = 1.2 VR2​ = 4.7 kΩ

가산 증폭기는 ±15 V 전원의 이상 연산 증폭기를 사용한다. 출력 전압 Vout을(를) 구하시오.

V1 = −1.4 VV2 = 1.2 VR1 = 100 kΩR2 = 4.7 kΩRf = 47 kΩ
Vout = V
13.RC·RL 과도 현상보통
+−Vs​9 Vt = 0R = 50 ΩL68 mHi(t)

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

Vs = 9 VR = 50 ΩL = 68 mHt = 1 ms
vL = V
14.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​12 Vt = 0R = 4.7 kΩC?+−vC​

타이머가 t = 0에 12 V 전원에서 저항을 통해 충전되지 않은 커패시터를 충전하기 시작한다. 타이머는 시작 후 정확히 200 ms에 커패시터 전압이 10.8 V에 도달할 때 작동해야 한다. R = 4.7 kΩ일 때 필요한 커패시턴스 C을(를) 구하시오.

Vs = 12 VVth = 10.8 VT = 200 msR = 4.7 kΩ
C = µF

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: IR1 = 0.65 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​ = 4 Ω+−V1​6 VR2​6 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 = 4 + 3 = 7 Ω
R2 ∥ 7 = 6·7/(6+7) = 3.231 Ω
Req = R1 + 3.231 = 6 + 3.231 = 9.231 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 6/9.231 = 0.65 A

답

IR1 = 0.65 A
2.저항의 직렬·병렬

답: IR2 = 0.4347 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​ = 8 ΩR5​ = 15 Ω+−V1​5 VR2​4 ΩAR4​15 ΩBR6​2 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 = 15 + 2 = 17 Ω
R4 ∥ 17 = 7.969 Ω
R3 + 7.969 = 15.97 Ω
R2 ∥ 15.97 = 3.199 Ω
Req = R1 + 3.199 = 6 + 3.199 = 9.199 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 5/9.199 = 0.5436 A

R₂에 흐르는 전류

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

VA = V1 − IR1·R1 = 5 − 0.5436·6 = 1.739 V
IR2 = VA/R2 = 1.739/4 = 0.4347 A

답

IR2 = 0.4347 A
3.마디 해석

답: PIs = 182.1 W

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 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/3 + (VA − 24)/3 + (VA − VB)/8 = 0
0.7917·VA − 0.125·VB = 8

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)/8 = 5
−0.125·VA + 0.1917·VB = 5

풀기

Δ = (0.7917)(0.1917) − (−0.125)(−0.125) = 0.1361
VA = Δ1/Δ = 2.158/0.1361 = 15.86 V
VB = Δ2/Δ = 4.958/0.1361 = 36.43 V

전류원이 공급하는 전력

전원은 Iₛ를 접지(0 V)에서 VB로, 마디 B을(를) 향해 위로 밀어 올립니다. 전류가 + 단자에서 나오는 전원은 P = V·I를 공급합니다.

PIs = VB·Is = 36.43·5 = 182.1 W

답

PIs = 182.1 W
4.마디 해석

답: VB = 45.63 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.

마디 A에서의 KCL

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

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
0.65·VA − 0.2·VB = 9

마디 B에서의 KCL

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

(VB − VA)/R3 + VB/R4 = 0.4·VA
−0.6·VA + 0.3667·VB = 0

풀기

Δ = (0.65)(0.3667) − (−0.2)(−0.6) = 0.1183
VA = Δ1/Δ = 3.3/0.1183 = 27.89 V
VB = Δ2/Δ = 5.4/0.1183 = 45.63 V

답

VB = 45.63 V
5.망 해석

답: I2 = −1.679 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​ = 10 ΩR2​ = 2 Ω+−V1​12 VR3​3 ΩA+−V2​10 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
10·I1 + 3(I1 − I2) = 12
13·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
2·I2 + 3(I2 − I1) = (−10)
−3·I1 + 5·I2 = −10

풀기

Δ = (13)(5) − (−3)(−3) = 56
I1 = Δ1/Δ = 30/56 = 0.5357 A
I2 = Δ2/Δ = −94/56 = −1.679 A

답

I2 = −1.679 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

6.망 해석

답: IR5 = 0.7032 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​ = 5 ΩR2​ = 3 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​24 VR4​2 ΩAR5​8 ΩB+−V2​12 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
5·I1 + 2(I1 − I2) = 24
7·I1 − 2·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
3·I2 + 2(I2 − I1) + 8(I2 − I3) = 0
−2·I1 + 13·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
15·I3 + 8(I3 − I2) = (−12)
−8·I2 + 23·I3 = −12

풀기

Δ = 계수 행렬의 행렬식 = 1553
I1 = Δ1/Δ = 5448/1553 = 3.508 A
I2 = Δ2/Δ = 432/1553 = 0.2782 A
I3 = Δ3/Δ = −660/1553 = −0.425 A

답

IR5 = I2 − I3 = 0.7032 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

7.중첩의 원리

답: I = 12.3 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
6·k₁ + 4·k₂ = 13.2
8·k₁ + 2·k₂ = 16.6

상수 구하기

Δ = (6)(2) − (4)(8) = −20
k₁ = Δ1/Δ = −40/−20 = 2
k₂ = Δ2/Δ = −6/−20 = 0.3
k₁ = 2 mA/V, k₂ = 0.3

새 전류 예측

I = 2·6 + 0.3·1 = 12.3 mA

답

I = 12.3 mA
8.중첩의 원리

답: VR2 = −10.6 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​ = 12 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 2 Ω+−V1​12 VR3​2 ΩA개방B단락

경우 1 · V1만 작용

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

R3 ∥ (R2+R4) = 2 ∥ 4 = 1.333 Ω
VA = 12·1.333/(12+1.333) = 1.2 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 1.2·2/4 = 0.6 V
VR2′ = VA − VB = 1.2 − 0.6 = 0.6 V
R1​ = 12 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 2 Ω단락R3​2 ΩAIs​1 AB단락

경우 2 · Is만 작용

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

R1 ∥ R3 = 1.714 Ω, 따라서 왼쪽 경로는 R2+1.714 = 3.714 Ω
Req = R4 ∥ 3.714 = 1.3 Ω
VB = Is·Req = 1·1.3 = 1.3 V
VA = VB·1.714/3.714 = 0.6 V
VR2″ = VA − VB = 0.6 − 1.3 = −0.7 V
R1​ = 12 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 2 Ω단락R3​2 ΩA개방B+−V2​30 V

경우 3 · V2만 작용

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

R1 ∥ R3 = 12·2/(12+2) = 1.714 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = 30·3.714/5.714 = 19.5 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = 19.5·1.714/3.714 = 9 V
VR2‴ = VA − VB = 9 − 19.5 = −10.5 V

성분을 더하기

VR2 = VR2′ + VR2″ + VR2‴
VR2 = 0.6 + (−0.7) + (−10.5) = −10.6 V

결과가 음수이면 실제로는 극성이 표시와 반대로 되어 있다는 뜻입니다.

9.테브난·노턴

답: Rth = 17.45 Ω

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​ = 10 ΩR3​ = 12 Ω단락R2​12 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 10·12/(10+12) = 5.455 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5.455 + 12 = 17.45 Ω
10.테브난·노턴

답: Vth = 62.25 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​ = 10 ΩR3​ = 6 Ω단락R2​6 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 10·6/(10+6) = 3.75 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3.75 + 6 = 9.75 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​36 VR2​6 ΩAIs​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) = 13.5 + 5·3.75 = 32.25 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 32.25 + 5·6 = 62.25 V
11.연산 증폭기 회로

답: Vout = −4.2 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.

반전 입력이 입력을 따라감

V₋ = V₊ = −1.4 V
I = V₋/R1 = −1.4/1 = −1.4 mA

출력 전압

R₁의 전류는 Rf에도 흐릅니다.

Vout = V₋ + I·Rf = −1.4 + (−1.4)·2 = −4.2 V

답

Vout = −4.2 V
12.연산 증폭기 회로

답: Vout = −11.34 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.

입력 전류

V₋ = 0이므로 각 입력 저항에는 입력 전압 전체가 걸립니다.

I1 = V1/R1 = −1.4/100 = −0.014 mA
I2 = V2/R2 = 1.2/4.7 = 0.2553 mA
If = I1 + I2 = 0.2413 mA

출력 전압

Vout = −Rf·If = −47·0.2413 = −11.34 V

답

Vout = −11.34 V
13.RC·RL 과도 현상

답: vL = 4.314 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 = 68 mH / 50 Ω = 1.36 ms
i(∞) = Vs/R = 9/50 = 0.18 A

인덕터 전압

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

vL(t) = Vs·e−t/τ = 9·e−1/1.36 = 4.314 V

답

vL = 4.314 V
14.RC·RL 과도 현상

답: C = 18.48 µF

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.

필요한 시정수

10.8 = 12·(1 − e−200/τ) → τ = 200/ln(12/(12 − 10.8))
τ = 200/2.303 = 86.86 ms

정전 용량

kΩ × µF는 밀리초입니다.

C = τ/R = 86.86/4.7 = 18.48 µF

답

C = 18.48 µF

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