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​ = 15 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAR4​6 ΩB

전원 V1이(가) 보는 합성 저항 Req을(를) 구하시오.

V1 = 9 VR1 = 15 ΩR2 = 5 ΩR3 = 15 ΩR4 = 6 Ω
Req = Ω
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 20 ΩR3​ = 10 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​10 VR2​2 ΩAR4​20 ΩBR6​10 Ω

전원 V1이(가) 보는 합성 저항 Req을(를) 구하시오.

V1 = 10 VR1 = 20 ΩR2 = 2 ΩR3 = 10 ΩR4 = 20 ΩR5 = 20 ΩR6 = 10 Ω
Req = Ω
3.마디 해석보통
R1​ = 6 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​15 VR2​2 ΩAR4​15 ΩBIs​1.5 A

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

V1 = 15 VIs = 1.5 AR1 = 6 ΩR2 = 2 ΩR3 = 5 ΩR4 = 15 Ω
PIs = W
4.마디 해석어려움
R1​ = 5 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​36 VR3​4 ΩAR5​10 ΩBIs​3 A+−V2​9 V

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

V1 = 36 VIs = 3 AV2 = 9 VR1 = 5 ΩR2 = 30 ΩR3 = 4 ΩR4 = 30 ΩR5 = 10 Ω
VA = V
5.망 해석보통
R1​ = 20 ΩR2​ = 5 Ω+−V1​6 VR3​20 ΩIR3​A+−V2​15 VI1​I2​

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

V1 = 6 VV2 = 15 VR1 = 20 ΩR2 = 5 ΩR3 = 20 Ω
IR3 = A
6.망 해석어려움
R1​ = 2 ΩR2​ = 8 ΩR3​ = 5 ΩIR3​+−V1​6 VR4​4 ΩAR5​20 ΩB+−V2​24 VI1​I2​I3​

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

V1 = 6 VV2 = 24 VR1 = 2 ΩR2 = 8 ΩR3 = 5 ΩR4 = 4 ΩR5 = 20 Ω
IR3 = A
7.중첩의 원리보통
R1​ = 5 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩIR2​AR4​4 ΩBIs​2.5 A

중첩의 원리를 이용해 화살표 방향으로 R2에 흐르는 전류 IR2을(를) 구하시오.

V1 = 15 VIs = 2.5 AR1 = 5 ΩR2 = 4 ΩR3 = 15 ΩR4 = 4 Ω
IR2 = A
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 = −5.5 mA이다. V1을(를) 두 배로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = 1 mA이다. Is의 방향을 반대로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = −4.5 mA이다. V2을(를) 끄고 V1와(과) Is이(가) 정상값일 때의 부하 전류 I을(를) 구하시오.

정상: I = −5.5 mA2·V1: I = 1 mA−Is: I = −4.5 mA
I = mA
9.테브난·노턴보통
R1​ = 8 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​15 VR2​3 ΩARL​8 ΩIL​B

a–b 사이에 부하 RL = 8 Ω을 연결한다. 나머지 회로를 테브난 등가 회로로 바꾸고 부하 전류 IL을(를) 구하시오.

V1 = 15 VR1 = 8 ΩR2 = 3 ΩR3 = 15 ΩRL = 8 Ω
IL = A
10.테브난·노턴어려움
R1​ = 4 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​5 VR2​10 ΩAIs​6 ABRL​3 ΩIL​

a–b 사이에 부하 RL = 3 Ω을 연결한다. 나머지 회로를 테브난 등가 회로로 바꾸고 부하 전류 IL을(를) 구하시오.

V1 = 5 VIs = 6 AR1 = 4 ΩR2 = 10 ΩR3 = 5 ΩRL = 3 Ω
IL = A
11.연산 증폭기 회로보통
−+Vout​Rf​ = 100 kΩR1​ = 10 kΩVin​ = 1 VRa​ = 1 kΩRb​ = 100 kΩ

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

Vin = 1 VRa = 1 kΩRb = 100 kΩR1 = 10 kΩRf = 100 kΩ
Vout = V
12.연산 증폭기 회로어려움
−+Vout​Rf​ = 10 kΩV1​ = −0.2 VR1​ = 2 kΩV2​ = −0.5 VR2​ = 10 kΩIf​

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

V1 = −0.2 VV2 = −0.5 VR1 = 2 kΩR2 = 10 kΩRf = 10 kΩ
If = mA
13.RC·RL 과도 현상보통
+−Vs​5 Vt = 0R = 33 ΩL22 mHi(t)

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

Vs = 5 VR = 33 ΩL = 22 mHt = 1 ms
vL = V
14.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​20 Vt = 0R = 6.8 kΩC68 µF+−vC​vC​(0) = 6 V

t = 0에서 스위치가 닫히기 직전, 커패시터 전압은 표시된 극성으로 6 V이다. t = 400 ms에서 커패시터 전압 vC을(를) 구하시오.

Vs = 20 VR = 6.8 kΩC = 68 µFvC(0) = 6 Vt = 400 ms
vC = V

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: Req = 19.04 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​ = 15 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAR4​6 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 = 15 + 6 = 21 Ω
R2 ∥ 21 = 5·21/(5+21) = 4.038 Ω
Req = R1 + 4.038 = 15 + 4.038 = 19.04 Ω

답

Req = 19.04 Ω
2.저항의 직렬·병렬

답: Req = 21.83 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​ = 20 ΩR3​ = 10 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​10 VR2​2 ΩAR4​20 ΩBR6​10 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 = 20 + 10 = 30 Ω
R4 ∥ 30 = 12 Ω
R3 + 12 = 22 Ω
R2 ∥ 22 = 1.833 Ω
Req = R1 + 1.833 = 20 + 1.833 = 21.83 Ω

답

Req = 21.83 Ω
3.마디 해석

답: PIs = 14.13 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/2 + (VA − 15)/6 + (VA − VB)/5 = 0
0.8667·VA − 0.2·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/15 + (VB − VA)/5 = 1.5
−0.2·VA + 0.2667·VB = 1.5

풀기

Δ = (0.8667)(0.2667) − (−0.2)(−0.2) = 0.1911
VA = Δ1/Δ = 0.9667/0.1911 = 5.058 V
VB = Δ2/Δ = 1.8/0.1911 = 9.419 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 = 9.419·1.5 = 14.13 W

답

PIs = 14.13 W
4.마디 해석

답: VA = 13.97 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​ = 5 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​36 VR3​4 ΩAR5​10 ΩBIs​3 A+−V2​9 V

마디 설정

접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 36 V, V2 = 9 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/4 + (VA − 36)/5 + (VA − VB)/30 = 0
0.4833·VA − 0.03333·VB = 7.2

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/10 + (VB − VA)/30 + (VB − 9)/30 = (−3)
−0.03333·VA + 0.1667·VB = −2.7

풀기

Δ = (0.4833)(0.1667) − (−0.03333)(−0.03333) = 0.07944
VA = Δ1/Δ = 1.11/0.07944 = 13.97 V
VB = Δ2/Δ = −1.065/0.07944 = −13.41 V

답

VA = 13.97 V
5.망 해석

답: IR3 = 0.55 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​ = 5 Ω+−V1​6 VR3​20 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
20·I1 + 20(I1 − I2) = 6
40·I1 − 20·I2 = 6

망 2의 KVL

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

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
5·I2 + 20(I2 − I1) = (−15)
−20·I1 + 25·I2 = −15

풀기

Δ = (40)(25) − (−20)(−20) = 600
I1 = Δ1/Δ = −150/600 = −0.25 A
I2 = Δ2/Δ = −480/600 = −0.8 A

답

IR3 = I1 − I2 = 0.55 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

6.망 해석

답: IR3 = −1.872 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​ = 8 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​6 VR4​4 ΩAR5​20 ΩB+−V2​24 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
2·I1 + 4(I1 − I2) = 6
6·I1 − 4·I2 = 6

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
8·I2 + 4(I2 − I1) + 20(I2 − I3) = 0
−4·I1 + 32·I2 − 20·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
5·I3 + 20(I3 − I2) = (−24)
−20·I2 + 25·I3 = −24

풀기

Δ = 계수 행렬의 행렬식 = 2000
I1 = Δ1/Δ = 480/2000 = 0.24 A
I2 = Δ2/Δ = −2280/2000 = −1.14 A
I3 = Δ3/Δ = −3744/2000 = −1.872 A

답

IR3 = I3 = −1.872 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

7.중첩의 원리

답: IR2 = 1.754 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​ = 5 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​15 VR2​4 ΩAR4​4 ΩB개방

경우 1 · V1만 작용

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

R3+R4 = 15+4 = 19 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 4·19/(4+19) = 3.304 Ω
VA = 15·3.304/(5+3.304) = 5.969 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 5.969·4/19 = 1.257 V
IR2′ = (VA − 0)/R2 = (5.969 − 0)/4 = 1.492 A
R1​ = 5 ΩR3​ = 15 Ω단락R2​4 ΩAR4​4 ΩBIs​2.5 A

경우 2 · Is만 작용

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

R1 ∥ R2 = 5·4/(5+4) = 2.222 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 4 ∥ 17.22 = 3.246 Ω
VB = Is·Req = 2.5·3.246 = 8.115 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 8.115·2.222/17.22 = 1.047 V
IR2″ = (VA − 0)/R2 = (1.047 − 0)/4 = 0.2618 A

성분을 더하기

IR2 = IR2′ + IR2″
IR2 = 1.492 + 0.2618 = 1.754 A

결과가 음수이면 실제로는 전류가 화살표와 반대로 흐른다는 뜻입니다.

8.중첩의 원리

답: I = 6 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 = −5.5
2·I₁ + I₂ + I₃ = 1
I₁ + I₂ − I₃ = −4.5

기여분 구하기

I₁ = 1 − (−5.5) = 6.5 mA
I₃ = (−5.5 − (−4.5))/2 = −0.5 mA
I₂ = −5.5 − 6.5 − (−0.5) = −11.5 mA

V₂ 끄기

I = I₁ + I₃ = 6.5 + (−0.5) = 6 mA

답

I = 6 mA
9.테브난·노턴

답: IL = 0.1625 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​ = 8 ΩR3​ = 15 Ω단락R2​3 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 8·3/(8+3) = 2.182 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.182 + 15 = 17.18 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 15 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/(8+3) = 4.091 V
Rth​ = 17.18 Ω+−Vth​4.091 VRL​8 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) = 4.091/(17.18 + 8) = 0.1625 A
10.테브난·노턴

답: IL = 4.671 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​ = 4 ΩR3​ = 5 Ω단락R2​10 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 4·10/(4+10) = 2.857 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.857 + 5 = 7.857 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​5 VR2​10 ΩAIs​6 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) = 3.571 + 6·2.857 = 20.71 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 20.71 + 6·5 = 50.71 V
Rth​ = 7.857 Ω+−Vth​50.71 VRL​3 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) = 50.71/(7.857 + 3) = 4.671 A
11.연산 증폭기 회로

답: Vout = 10.89 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.

+ 입력의 전압

V₊ = Vin·Rb/(Ra + Rb) = 1·100/(1 + 100) = 0.9901 V

비반전 이득

V₋ = V₊이고, R₁을 흐르는 전류는 Rf도 흐릅니다.

Vout = V₊·(1 + Rf/R1) = 0.9901·(1 + 100/10) = 10.89 V

답

Vout = 10.89 V
12.연산 증폭기 회로

답: If = −0.15 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 = −0.2/2 = −0.1 mA
I2 = V2/R2 = −0.5/10 = −0.05 mA
If = I1 + I2 = −0.15 mA

답

If = −0.15 mA
13.RC·RL 과도 현상

답: vL = 1.116 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 = 22 mH / 33 Ω = 0.6667 ms
i(∞) = Vs/R = 5/33 = 0.1515 A

인덕터 전압

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

vL(t) = Vs·e−t/τ = 5·e−1/0.6667 = 1.116 V

답

vL = 1.116 V
14.RC·RL 과도 현상

답: vC = 14.11 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) = 6 V, vC(∞) = Vs = 20 V
τ = R·C = 6.8 kΩ · 68 µF = 462.4 ms
vC(t) = 20 + (6 − 20)·e−t/τ

주어진 시각의 전압

vC(400) = 20 + (−14)·e−400/462.4 = 14.11 V

답

vC = 14.11 V

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