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​ = 3 ΩIR1​R3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​3 ΩAR4​2 ΩB

전원이 공급하며 R1에 흐르는 전류 IR1을(를) 구하시오.

V1 = 30 VR1 = 3 ΩR2 = 3 ΩR3 = 8 ΩR4 = 2 Ω
IR1 = A
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 25 ΩIR1​R3​ = 30 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​9 VR2​2 ΩAR4​25 ΩBR6​15 Ω

전원이 공급하며 R1에 흐르는 전류 IR1을(를) 구하시오.

V1 = 9 VR1 = 25 ΩR2 = 2 ΩR3 = 30 ΩR4 = 25 ΩR5 = 4 ΩR6 = 15 Ω
IR1 = A
3.마디 해석보통
−+Vs​ = 12 VIs​2.5 AAR1​2 ΩR2​10 ΩB

A와 B 사이의 전압원 Vₛ는 + 단자가 B에 있으므로 VB − VA = Vₛ가 됩니다. 슈퍼노드를 이용한 마디 해석법으로 마디 전압 VB (접지 기준)을(를) 구하시오.

Is = 2.5 AVs = 12 VR1 = 2 ΩR2 = 10 Ω
VB = V
4.마디 해석어려움
R1​ = 4 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​5 VR2​25 ΩAR4​6 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 = 5 VR1 = 4 ΩR2 = 25 ΩR3 = 25 ΩR4 = 6 Ωg = 0.2 A/V
IR4 = A
5.망 해석보통
R1​ = 15 ΩIR1​R2​ = 8 Ω+−V1​24 VR3​4 ΩA+−V2​18 VI1​I2​

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

V1 = 24 VV2 = 18 VR1 = 15 ΩR2 = 8 ΩR3 = 4 Ω
IR1 = A
6.망 해석어려움
R1​ = 3 ΩR2​ = 25 ΩR3​ = 4 ΩIR3​+−V1​18 VR4​2 ΩAR5​25 ΩB+−V2​15 VI1​I2​I3​

망 해석법을 이용해 화살표 방향으로 R3에 흐르는 전류 IR3을(를) 구하시오.

V1 = 18 VV2 = 15 VR1 = 3 ΩR2 = 25 ΩR3 = 4 ΩR4 = 2 ΩR5 = 25 Ω
IR3 = 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 = 12 V, Is = 3 mA일 때 I = 9.45 mA이고, Vs = 8 V, Is = 8 mA일 때 I = 10.8 mA이다. Vs = 8 V, Is = 5 mA일 때의 부하 전류 I을(를) 구하시오.

12 V, 3 mA → 9.45 mA8 V, 8 mA → 10.8 mAVs = 8 V, Is = 5 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 = 29.5 mA이다. V1을(를) 두 배로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = 38 mA이다. Is의 방향을 반대로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = 6.5 mA이다. V2을(를) 끄고 V1와(과) Is이(가) 정상값일 때의 부하 전류 I을(를) 구하시오.

정상: I = 29.5 mA2·V1: I = 38 mA−Is: I = 6.5 mA
I = mA
9.테브난·노턴보통
R1​ = 4 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​30 VR2​12 ΩAab

단자 a–b에서 본 테브난 저항 Rth을(를) 구하시오.

V1 = 30 VR1 = 4 ΩR2 = 12 ΩR3 = 20 Ω
Rth = Ω
10.테브난·노턴어려움
R1​ = 10 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​15 VR2​2 ΩAIs​0.5 ABab

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

V1 = 15 VIs = 0.5 AR1 = 10 ΩR2 = 2 ΩR3 = 30 Ω
IN = A
11.연산 증폭기 회로보통
−+Vout​Rf​ = 100 kΩR1​ = 100 kΩVin​ = 0.4 V

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

Vin = 0.4 VR1 = 100 kΩRf = 100 kΩ
Vout = V
12.연산 증폭기 회로어려움
−+Vout​C = 0.47 µFVin​ = 1.6 VR = 4.7 kΩ

적분기는 ±15 V 전원의 이상적인 연산 증폭기를 쓰며, 출력은 ±14 V에서 포화된다. t = 0에 일정한 입력 Vin = 1.6 V를 가할 때 커패시터는 충전되어 있지 않다. t = 10 ms에서의 출력 전압 Vout을(를) 구하시오.

Vin = 1.6 VR = 4.7 kΩC = 0.47 µFVsat = ±14 Vt = 10 ms
Vout = V
13.RC·RL 과도 현상보통
R = 100 Ωt = 0L33 mHi(t)

인덕터에 2 A의 정상 전류가 흐른다. t = 0에 스위치가 R을 통한 루프를 닫고 전원이 제거되어, 인덕터 전류는 R을 통해 감쇠한다. t = 1 ms에서 R 양단의 전압 vR을(를) 구하시오.

i(0) = 2 AR = 100 ΩL = 33 mHt = 1 ms
vR = V
14.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​20 Vt = 0R = 10 kΩC100 µF+−vC​vC​(0) = 24 V

t = 0에서 스위치가 닫히기 직전, 커패시터 전압은 표시된 극성으로 24 V이다. vC이(가) 22.8 V에 도달하는 데 걸리는 시간은? t을(를) 구하시오.

Vs = 20 VR = 10 kΩC = 100 µFvC(0) = 24 V
t = ms

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: IR1 = 5.652 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​ = 3 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​3 ΩAR4​2 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 = 8 + 2 = 10 Ω
R2 ∥ 10 = 3·10/(3+10) = 2.308 Ω
Req = R1 + 2.308 = 3 + 2.308 = 5.308 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 30/5.308 = 5.652 A

답

IR1 = 5.652 A
2.저항의 직렬·병렬

답: IR1 = 0.3345 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​ = 25 ΩR3​ = 30 ΩR5​ = 4 Ω+−V1​9 VR2​2 ΩAR4​25 ΩBR6​15 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 = 4 + 15 = 19 Ω
R4 ∥ 19 = 10.8 Ω
R3 + 10.8 = 40.8 Ω
R2 ∥ 40.8 = 1.907 Ω
Req = R1 + 1.907 = 25 + 1.907 = 26.91 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 9/26.91 = 0.3345 A

답

IR1 = 0.3345 A
3.마디 해석

답: VB = 14.17 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.

슈퍼노드 만들기

A와 B 사이의 전압원에는 미지의 전류가 흐르므로 A나 B에서 따로 KCL을 쓸 수 없습니다. A, B와 전원을 하나의 슈퍼노드로 묶으세요. 들어오는 전류와 나가는 전류가 같습니다.

VB = VA + Vs = VA + 12
VA/R1 + VB/R2 = Is

풀기

VA/2 + (VA + 12)/10 = 2.5
VA = (2.5 − 12/10)/(1/2 + 1/10) = 2.167 V
VB = 2.167 + 12 = 14.17 V

답

VB = 14.17 V
4.마디 해석

답: IR4 = 0.8532 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
0.33·VA − 0.04·VB = 1.25

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
−0.24·VA + 0.2067·VB = 0

풀기

Δ = (0.33)(0.2067) − (−0.04)(−0.24) = 0.0586
VA = Δ1/Δ = 0.2583/0.0586 = 4.408 V
VB = Δ2/Δ = 0.3/0.0586 = 5.119 V

R₄의 전류

IR4 = VB/R4 = 5.119/6 = 0.8532 A

답

IR4 = 0.8532 A
5.망 해석

답: IR1 = 1.019 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​ = 15 ΩR2​ = 8 Ω+−V1​24 VR3​4 ΩA+−V2​18 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
15·I1 + 4(I1 − I2) = 24
19·I1 − 4·I2 = 24

망 2의 KVL

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

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
8·I2 + 4(I2 − I1) = (−18)
−4·I1 + 12·I2 = −18

풀기

Δ = (19)(12) − (−4)(−4) = 212
I1 = Δ1/Δ = 216/212 = 1.019 A
I2 = Δ2/Δ = −246/212 = −1.16 A

답

IR1 = I1 = 1.019 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

6.망 해석

답: IR3 = −0.6839 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​ = 3 ΩR2​ = 25 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​18 VR4​2 ΩAR5​25 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
3·I1 + 2(I1 − I2) = 18
5·I1 − 2·I2 = 18

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 + 2(I2 − I1) + 25(I2 − I3) = 0
−2·I1 + 52·I2 − 25·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
4·I3 + 25(I3 − I2) = (−15)
−25·I2 + 29·I3 = −15

풀기

Δ = 계수 행렬의 행렬식 = 4299
I1 = Δ1/Δ = 15144/4299 = 3.523 A
I2 = Δ2/Δ = −831/4299 = −0.1933 A
I3 = Δ3/Δ = −2940/4299 = −0.6839 A

답

IR3 = I3 = −0.6839 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

7.중첩의 원리

답: I = 8.55 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
12·k₁ + 3·k₂ = 9.45
8·k₁ + 8·k₂ = 10.8

상수 구하기

Δ = (12)(8) − (3)(8) = 72
k₁ = Δ1/Δ = 43.2/72 = 0.6
k₂ = Δ2/Δ = 54/72 = 0.75
k₁ = 0.6 mA/V, k₂ = 0.75

새 전류 예측

I = 0.6·8 + 0.75·5 = 8.55 mA

답

I = 8.55 mA
8.중첩의 원리

답: I = 20 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 = 29.5
2·I₁ + I₂ + I₃ = 38
I₁ + I₂ − I₃ = 6.5

기여분 구하기

I₁ = 38 − 29.5 = 8.5 mA
I₃ = (29.5 − 6.5)/2 = 11.5 mA
I₂ = 29.5 − 8.5 − 11.5 = 9.5 mA

V₂ 끄기

I = I₁ + I₃ = 8.5 + 11.5 = 20 mA

답

I = 20 mA
9.테브난·노턴

답: Rth = 23 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​ = 4 ΩR3​ = 20 Ω단락R2​12 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 4·12/(4+12) = 3 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3 + 20 = 23 Ω
10.테브난·노턴

답: IN = 0.5789 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​ = 10 ΩR3​ = 30 Ω단락R2​2 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 10·2/(10+2) = 1.667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.667 + 30 = 31.67 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​15 VR2​2 ΩAIs​0.5 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) = 2.5 + 0.5·1.667 = 3.333 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 3.333 + 0.5·30 = 18.33 V
IN​0.5789 ARth​31.67 Ωab

노턴 등가 회로

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

IN = Vth/Rth = 18.33/31.67 = 0.5789 A
11.연산 증폭기 회로

답: Vout = 0.8 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₊ = 0.4 V
I = V₋/R1 = 0.4/100 = 0.004 mA

출력 전압

R₁의 전류는 Rf에도 흐릅니다.

Vout = V₋ + I·Rf = 0.4 + 0.004·100 = 0.8 V

답

Vout = 0.8 V
12.연산 증폭기 회로

답: Vout = −7.243 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 전류와 증가율

kΩ × µF는 밀리초입니다.

RC = 4.7 kΩ · 0.47 µF = 2.209 ms
증가율 = −Vin/(RC) = −1.6/2.209 = −0.7243 V/ms

주어진 시각의 출력

이상값이 ±Vsat 안에 있으므로 적분기는 아직 잘리지 않았습니다.

Vout = −Vin·t/(RC) = −1.6·10/2.209 = −7.243 V

답

Vout = −7.243 V
13.RC·RL 과도 현상

답: vR = 9.66 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.

시정수

τ = L/R = 33 mH / 100 Ω = 0.33 ms

전류의 감쇠

i(t) = 2·e−1/0.33 = 0.0966 A
vR = R·i = 100·0.0966 = 9.66 V

답

vR = 9.66 V
14.RC·RL 과도 현상

답: t = 356.7 ms

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) = 24 V, vC(∞) = Vs = 20 V
τ = R·C = 10 kΩ · 100 µF = 1000 ms
vC(t) = 20 + (24 − 20)·e−t/τ

시간에 대해 풀기

22.8 = 20 + (4)·e−t/τ → e−t/τ = (22.8 − 20)/(24 − 20) = 0.7
t = τ·ln((24 − 20)/(22.8 − 20)) = 1000·ln(1.429) = 356.7 ms

답

t = 356.7 ms

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