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 ΩIR1​R3​ = 5 Ω+−V1​12 VR2​5 ΩAR4​8 ΩB

전원이 공급하며 R1에 흐르는 전류 IR1을(를) 구하시오.

V1 = 12 VR1 = 15 ΩR2 = 5 ΩR3 = 5 ΩR4 = 8 Ω
IR1 = A
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 12 ΩIR1​R3​ = 3 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​24 VR2​6 ΩAR4​10 ΩBR6​10 Ω

전원이 공급하며 R1에 흐르는 전류 IR1을(를) 구하시오.

V1 = 24 VR1 = 12 ΩR2 = 6 ΩR3 = 3 ΩR4 = 10 ΩR5 = 12 ΩR6 = 10 Ω
IR1 = A
3.마디 해석보통
−+Vs​ = 3 VIs​5 AAR1​3 ΩR2​5 ΩB

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

Is = 5 AVs = 3 VR1 = 3 ΩR2 = 5 Ω
VA = V
4.마디 해석어려움
R1​ = 12 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 4 ΩIR4​+−V1​9 VR3​12 ΩAR5​25 ΩBIs​0.5 A+−V2​18 V

마디 해석법을 이용해 화살표 방향으로 R4에 흐르는 전류 IR4을(를) 구하시오.

V1 = 9 VIs = 0.5 AV2 = 18 VR1 = 12 ΩR2 = 8 ΩR3 = 12 ΩR4 = 4 ΩR5 = 25 Ω
IR4 = A
5.망 해석보통
R1​ = 12 ΩR2​ = 12 Ω+−V1​9 VR3​20 ΩIR3​A+−V2​12 VI1​I2​

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

V1 = 9 VV2 = 12 VR1 = 12 ΩR2 = 12 ΩR3 = 20 Ω
IR3 = A
6.망 해석어려움
R1​ = 10 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​9 VR4​25 ΩAR5​10 ΩB+−V2​18 VI1​I2​I3​

망 해석법을 이용해 망 전류 I2 (시계 방향)을(를) 구하시오.

V1 = 9 VV2 = 18 VR1 = 10 ΩR2 = 10 ΩR3 = 10 ΩR4 = 25 ΩR5 = 10 Ω
I2 = 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 = 20 V, Is = 5 mA일 때 I = 11 mA이고, Vs = 5 V, Is = 2 mA일 때 I = 2.9 mA이다. Vs = 6 V, Is = 8 mA일 때의 부하 전류 I을(를) 구하시오.

20 V, 5 mA → 11 mA5 V, 2 mA → 2.9 mAVs = 6 V, Is = 8 mA
I = mA
8.중첩의 원리어려움
R1​ = 6 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 15 Ω+−V1​15 VR3​10 ΩIR3​AIs​6 AB+−V2​?

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

V1 = 15 VIs = 6 AR1 = 6 ΩR2 = 2 ΩR3 = 10 ΩR4 = 15 Ω
V2 = V
9.테브난·노턴보통
R1​ = 2 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​15 VR2​12 ΩAab

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

V1 = 15 VR1 = 2 ΩR2 = 12 ΩR3 = 5 Ω
IN = A
10.테브난·노턴어려움
R1​ = 4 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAIs​2 ABab

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

V1 = 9 VIs = 2 AR1 = 4 ΩR2 = 5 ΩR3 = 20 Ω
IN = A
11.연산 증폭기 회로보통
−+Vout​Rf​ = 1 kΩR1​ = 1 kΩVin​ = 0.1 V

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

Vin = 0.1 VR1 = 1 kΩRf = 1 kΩ
Vout = V
12.연산 증폭기 회로어려움
−+Vout​C = 0.47 µFVin​ = 2.8 VR = 1 kΩ

적분기는 ±15 V 전원의 이상적인 연산 증폭기를 쓰며, 출력은 ±12 V에서 포화된다. t = 0에 일정한 입력 Vin = 2.8 V를 가할 때 커패시터는 충전되어 있지 않다. t = 1 ms에서의 출력 전압 Vout을(를) 구하시오.

Vin = 2.8 VR = 1 kΩC = 0.47 µFVsat = ±12 Vt = 1 ms
Vout = V
13.RC·RL 과도 현상보통
R = 100 Ωt = 0L10 mHi(t)

인덕터에 0.5 A의 정상 전류가 흐른다. t = 0에 스위치가 R을 통한 루프를 닫고 전원이 제거되어, 인덕터 전류는 R을 통해 감쇠한다. t = 1 ms에서 전류 i을(를) 구하시오.

i(0) = 0.5 AR = 100 ΩL = 10 mHt = 1 ms
i = A
14.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​9 Vt = 0R = 10 kΩC?+−vC​

타이머가 t = 0에 9 V 전원에서 저항을 통해 충전되지 않은 커패시터를 충전하기 시작한다. 타이머는 시작 후 정확히 10 ms에 커패시터 전압이 5.4 V에 도달할 때 작동해야 한다. R = 10 kΩ일 때 필요한 커패시턴스 C을(를) 구하시오.

Vs = 9 VVth = 5.4 VT = 10 msR = 10 kΩ
C = µF

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: IR1 = 0.6448 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​ = 5 Ω+−V1​12 VR2​5 ΩAR4​8 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 = 5 + 8 = 13 Ω
R2 ∥ 13 = 5·13/(5+13) = 3.611 Ω
Req = R1 + 3.611 = 15 + 3.611 = 18.61 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 12/18.61 = 0.6448 A

답

IR1 = 0.6448 A
2.저항의 직렬·병렬

답: IR1 = 1.526 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​ = 12 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​24 VR2​6 ΩAR4​10 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 = 12 + 10 = 22 Ω
R4 ∥ 22 = 6.875 Ω
R3 + 6.875 = 9.875 Ω
R2 ∥ 9.875 = 3.732 Ω
Req = R1 + 3.732 = 12 + 3.732 = 15.73 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 24/15.73 = 1.526 A

답

IR1 = 1.526 A
3.마디 해석

답: VA = 8.25 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 + 3
VA/R1 + VB/R2 = Is

풀기

VA/3 + (VA + 3)/5 = 5
VA = (5 − 3/5)/(1/3 + 1/5) = 8.25 V
VB = 8.25 + 3 = 11.25 V

답

VA = 8.25 V
4.마디 해석

답: IR4 = −1.511 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.

R1​ = 12 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 4 Ω+−V1​9 VR3​12 ΩAR5​25 ΩBIs​0.5 A+−V2​18 V

마디 설정

접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 9 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 − 9)/12 + (VA − VB)/8 = 0
0.2917·VA − 0.125·VB = 0.75

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/25 + (VB − VA)/8 + (VB − 18)/4 = (−0.5)
−0.125·VA + 0.415·VB = 4

풀기

Δ = (0.2917)(0.415) − (−0.125)(−0.125) = 0.1054
VA = Δ1/Δ = 0.8113/0.1054 = 7.696 V
VB = Δ2/Δ = 1.26/0.1054 = 11.96 V

답

IR4 = (VB − V2)/R4 = (11.96 − 18)/4 = −1.511 A
5.망 해석

답: IR3 = 0.4038 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​ = 12 ΩR2​ = 12 Ω+−V1​9 VR3​20 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
12·I1 + 20(I1 − I2) = 9
32·I1 − 20·I2 = 9

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 + 20(I2 − I1) = (−12)
−20·I1 + 32·I2 = −12

풀기

Δ = (32)(32) − (−20)(−20) = 624
I1 = Δ1/Δ = 48/624 = 0.07692 A
I2 = Δ2/Δ = −204/624 = −0.3269 A

답

IR3 = I1 − I2 = 0.4038 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

6.망 해석

답: I2 = −0.1161 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​ = 10 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​9 VR4​25 ΩAR5​10 ΩB+−V2​18 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
10·I1 + 25(I1 − I2) = 9
35·I1 − 25·I2 = 9

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 + 25(I2 − I1) + 10(I2 − I3) = 0
−25·I1 + 45·I2 − 10·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 + 10(I3 − I2) = (−18)
−10·I2 + 20·I3 = −18

풀기

Δ = 계수 행렬의 행렬식 = 15500
I1 = Δ1/Δ = 2700/15500 = 0.1742 A
I2 = Δ2/Δ = −1800/15500 = −0.1161 A
I3 = Δ3/Δ = −14850/15500 = −0.9581 A

답

I2 = −0.1161 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

7.중첩의 원리

답: I = 4.6 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.

응답을 기여분의 합으로 쓰기

각 기여분은 자기 전원에 비례하며, 그 상수는 저항에만 의존합니다.

I = k₁·Vs + k₂·Is
20·k₁ + 5·k₂ = 11
5·k₁ + 2·k₂ = 2.9

상수 구하기

Δ = (20)(2) − (5)(5) = 15
k₁ = Δ1/Δ = 7.5/15 = 0.5
k₂ = Δ2/Δ = 3/15 = 0.2
k₁ = 0.5 mA/V, k₂ = 0.2

새 전류 예측

I = 0.5·6 + 0.2·8 = 4.6 mA

답

I = 4.6 mA
8.중첩의 원리

답: V2 = 47.5 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​ = 6 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 15 Ω+−V1​15 VR3​10 ΩA개방B단락

경우 1 · V1 단독 작용

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

R3 ∥ (R2+R4) = 10 ∥ 17 = 6.296 Ω
VA = 15·6.296/(6+6.296) = 7.681 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 7.681·15/17 = 6.777 V
R1​ = 6 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 15 Ω단락R3​10 ΩAIs​6 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 = 3.75 Ω, 따라서 왼쪽 경로는 R2+3.75 = 5.75 Ω
Req = R4 ∥ 5.75 = 4.157 Ω
VB = −Is·Req = −6·4.157 = −24.94 V
VA = VB·3.75/5.75 = −16.27 V

경우 3 · V2 단독 작용, 1 V당

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

R1 ∥ R3 = 3.75 Ω
VA‴ = V2·3.75/(15 + 2 + 3.75) = 0.1807·V2

VA를 0으로 두기

VA = 0이면 R₃ 양단에 전압이 없으므로 전류는 0입니다.

VA′ + VA″ + VA‴ = 7.681 + (−16.27) + 0.1807·V2 = 0
V2 = 8.584/0.1807 = 47.5 V

답

V2 = 47.5 V
9.테브난·노턴

답: IN = 1.915 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​ = 2 ΩR3​ = 5 Ω단락R2​12 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 2·12/(2+12) = 1.714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.714 + 5 = 6.714 Ω
R1​ = 2 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​15 VR2​12 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) = 15·12/(2+12) = 12.86 V
IN​1.915 ARth​6.714 Ωab

노턴 등가 회로

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

IN = Vth/Rth = 12.86/6.714 = 1.915 A
10.테브난·노턴

답: IN = −1.775 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​ = 20 Ω단락R2​5 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 4·5/(4+5) = 2.222 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.222 + 20 = 22.22 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAIs​2 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) = 5 + (−2)·2.222 = 0.5556 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 0.5556 + (−2)·20 = −39.44 V
IN​1.775 ARth​22.22 Ωab

노턴 등가 회로

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

IN = Vth/Rth = −39.44/22.22 = −1.775 A
11.연산 증폭기 회로

답: Vout = 0.2 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₊ = 0.1 V
I = V₋/R1 = 0.1/1 = 0.1 mA

출력 전압

R₁의 전류는 Rf에도 흐릅니다.

Vout = V₋ + I·Rf = 0.1 + 0.1·1 = 0.2 V

답

Vout = 0.2 V
12.연산 증폭기 회로

답: Vout = −5.957 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 = 1 kΩ · 0.47 µF = 0.47 ms
증가율 = −Vin/(RC) = −2.8/0.47 = −5.957 V/ms

주어진 시각의 출력

이상값이 ±Vsat 안에 있으므로 적분기는 아직 잘리지 않았습니다.

Vout = −Vin·t/(RC) = −2.8·1/0.47 = −5.957 V

답

Vout = −5.957 V
13.RC·RL 과도 현상

답: i = 2.27 × 10⁻⁵ A

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 = 10 mH / 100 Ω = 0.1 ms

전류의 감쇠

i(t) = 0.5·e−1/0.1 = 2.27 × 10⁻⁵ A

답

i = 2.27 × 10⁻⁵ A
14.RC·RL 과도 현상

답: C = 1.091 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

5.4 = 9·(1 − e−10/τ) → τ = 10/ln(9/(9 − 5.4))
τ = 10/0.9163 = 10.91 ms

정전 용량

kΩ × µF는 밀리초입니다.

C = τ/R = 10.91/10 = 1.091 µF

답

C = 1.091 µF

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