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​ = 12 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​8 ΩAR4​8 ΩB

전원 V1이(가) 보는 합성 저항 Req을(를) 구하시오.

V1 = 9 VR1 = 12 ΩR2 = 8 ΩR3 = 8 ΩR4 = 8 Ω
Req = Ω
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 25 ΩR3​ = 20 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​10 VR2​6 ΩAR4​10 ΩBR6​5 Ω

전원 V1이(가) 보는 합성 저항 Req을(를) 구하시오.

V1 = 10 VR1 = 25 ΩR2 = 6 ΩR3 = 20 ΩR4 = 10 ΩR5 = 25 ΩR6 = 5 Ω
Req = Ω
3.마디 해석보통
R1​ = 8 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​3 ΩAR4​2 ΩBIs​2 A

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

V1 = 24 VIs = 2 AR1 = 8 ΩR2 = 3 ΩR3 = 20 ΩR4 = 2 Ω
VA = V
4.마디 해석어려움
R1​ = 12 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​6 VR2​12 ΩAR4​3 ΩBIs​?

마디 A의 전압이 VA = 3.5 V가 될 때까지 전류원을 조정한다. 마디 해석법을 이용해 전원 전류 Is(방향은 그림과 같음)을(를) 구하시오.

V1 = 6 VR1 = 12 ΩR2 = 12 ΩR3 = 2 ΩR4 = 3 ΩVA = 3.5 V
Is = A
5.망 해석보통
R1​ = 15 ΩR2​ = 15 Ω+−V1​24 VR3​5 ΩA+−V2​10 VI1​I2​

망 해석법을 이용해 망 전류 I2 (시계 방향)을(를) 구하시오.

V1 = 24 VV2 = 10 VR1 = 15 ΩR2 = 15 ΩR3 = 5 Ω
I2 = A
6.망 해석어려움
R1​ = 2 ΩR2​ = 2 ΩR3​ = 6 ΩIR3​+−V1​12 VR4​10 ΩAR5​8 ΩB+−V2​10 VI1​I2​I3​

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

V1 = 12 VV2 = 10 VR1 = 2 ΩR2 = 2 ΩR3 = 6 ΩR4 = 10 ΩR5 = 8 Ω
IR3 = A
7.중첩의 원리보통
R1​ = 6 ΩR3​ = 8 ΩIR3​+−V1​18 VR2​15 ΩAR4​20 ΩBIs​?

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

V1 = 18 VR1 = 6 ΩR2 = 15 ΩR3 = 8 ΩR4 = 20 Ω
Is = A
8.중첩의 원리어려움
R1​ = 4 ΩIR1​R2​ = 2 ΩR4​ = 5 Ω+−V1​12 VR3​2 ΩAIs​1 AB−+V2​12 V

중첩의 원리를 이용해 R1이(가) 흡수하는 전력 PR1을(를) 구하시오.

V1 = 12 VIs = 1 AV2 = 12 VR1 = 4 ΩR2 = 2 ΩR3 = 2 ΩR4 = 5 Ω
PR1 = W
9.테브난·노턴보통
R1​ = 10 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​6 VR2​3 ΩAab

단자 a–b에서 본 테브난 저항 Rth을(를) 구하시오.

V1 = 6 VR1 = 10 ΩR2 = 3 ΩR3 = 5 Ω
Rth = Ω
10.테브난·노턴어려움
R1​ = 20 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​36 VR2​25 ΩAIs​1.5 ABRL​6 ΩIL​

a–b 사이에 부하 RL = 6 Ω을 연결한다. 나머지 회로를 테브난 등가 회로로 바꾸고 부하 전류 IL을(를) 구하시오.

V1 = 36 VIs = 1.5 AR1 = 20 ΩR2 = 25 ΩR3 = 5 ΩRL = 6 Ω
IL = A
11.연산 증폭기 회로보통
−+Vout​Rf​ = ?R1​ = 100 kΩVin​

이 비반전 증폭기의 전압 이득이 25이(가) 되도록 하는 귀환 저항 Rf을(를) 고르시오.

R1 = 100 kΩAv = 25
Rf = kΩ
12.연산 증폭기 회로어려움
−+Vout​Rf​ = 10 kΩV1​ = 2 VR1​ = 47 kΩV2​ = 1.1 VR2​ = 22 kΩIf​

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

V1 = 2 VV2 = 1.1 VR1 = 47 kΩR2 = 22 kΩRf = 10 kΩ
If = mA
13.RC·RL 과도 현상보통
+−Vs​24 Vt = 0R1​ = 6.8 kΩR2​ = 6.8 kΩC33 µF+−vC​

전원 Vₛ가 R₁을 통해 커패시터를 충전하며, R₂는 C와 병렬로 연결되어 있습니다. t = 0에서 스위치가 닫힐 때 커패시터는 충전되어 있지 않다. 스위치가 닫힌 뒤 회로의 시정수 τ을(를) 구하시오.

Vs = 24 VR1 = 6.8 kΩR2 = 6.8 kΩC = 33 µF
τ = ms
14.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​20 Vt = 0에 열림R1​ = 6.8 kΩR2​ = 2.2 kΩC47 µF+−vC​

스위치가 오랫동안 닫혀 있었으므로 회로는 정상 상태이다. t = 0에 스위치가 열린다. t = 80 ms에서 커패시터 전압 vC을(를) 구하시오.

Vs = 20 VR1 = 6.8 kΩR2 = 2.2 kΩC = 47 µFt = 80 ms
vC = V

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: Req = 17.33 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​ = 12 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​8 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 = 8 + 8 = 16 Ω
R2 ∥ 16 = 8·16/(8+16) = 5.333 Ω
Req = R1 + 5.333 = 12 + 5.333 = 17.33 Ω

답

Req = 17.33 Ω
2.저항의 직렬·병렬

답: Req = 29.93 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​ = 25 ΩR3​ = 20 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​10 VR2​6 ΩAR4​10 ΩBR6​5 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 = 25 + 5 = 30 Ω
R4 ∥ 30 = 7.5 Ω
R3 + 7.5 = 27.5 Ω
R2 ∥ 27.5 = 4.925 Ω
Req = R1 + 4.925 = 25 + 4.925 = 29.93 Ω

답

Req = 29.93 Ω
3.마디 해석

답: VA = 6.316 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​ = 8 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​3 ΩAR4​2 ΩBIs​2 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/3 + (VA − 24)/8 + (VA − VB)/20 = 0
0.5083·VA − 0.05·VB = 3

마디 B에서 KCL

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/2 + (VB − VA)/20 = 2
−0.05·VA + 0.55·VB = 2

풀기

Δ = (0.5083)(0.55) − (−0.05)(−0.05) = 0.2771
VA = Δ1/Δ = 1.75/0.2771 = 6.316 V
VB = Δ2/Δ = 1.167/0.2771 = 4.211 V

답

VA = 6.316 V
4.마디 해석

답: Is = 1.306 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

VA를 알고 있으므로 이 방정식에서 VB가 나옵니다.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(3.5 − 6)/12 + 3.5/12 = (VB − 3.5)/2
0.08333 = (VB − 3.5)/2 → VB = 3.667 V

마디 B에서의 KCL

저항을 통해 B에서 나가는 전류는 전원이 B로 밀어 넣는 전류와 같습니다.

Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (3.667 − 3.5)/2 + 3.667/3 = 1.306 A

답

Is = 1.306 A
5.망 해석

답: I2 = −0.2133 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​ = 15 Ω+−V1​24 VR3​5 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
15·I1 + 5(I1 − I2) = 24
20·I1 − 5·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
15·I2 + 5(I2 − I1) = (−10)
−5·I1 + 20·I2 = −10

풀기

Δ = (20)(20) − (−5)(−5) = 375
I1 = Δ1/Δ = 430/375 = 1.147 A
I2 = Δ2/Δ = −80/375 = −0.2133 A

답

I2 = −0.2133 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

6.망 해석

답: IR3 = −0.3691 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​ = 2 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​12 VR4​10 ΩAR5​8 ΩB+−V2​10 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 + 10(I1 − I2) = 12
12·I1 − 10·I2 = 12

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
2·I2 + 10(I2 − I1) + 8(I2 − I3) = 0
−10·I1 + 20·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
6·I3 + 8(I3 − I2) = (−10)
−8·I2 + 14·I3 = −10

풀기

Δ = 계수 행렬의 행렬식 = 1192
I1 = Δ1/Δ = 1792/1192 = 1.503 A
I2 = Δ2/Δ = 720/1192 = 0.604 A
I3 = Δ3/Δ = −440/1192 = −0.3691 A

답

IR3 = I3 = −0.3691 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

7.중첩의 원리

답: Is = 0.6429 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​ = 6 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​18 VR2​15 ΩAR4​20 ΩB개방

경우 1 · V1 단독 작용

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

R3+R4 = 8+20 = 28 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 15·28/(15+28) = 9.767 Ω
VA = 18·9.767/(6+9.767) = 11.15 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 11.15·20/28 = 7.965 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (11.15 − 7.965)/8 = 0.3982 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 = 4.286 Ω
IR3″ = −Is·R4/(R4 + R3 + R1∥R2) = −Is·20/32.29 = −0.6195·Is

합계를 0으로 두기

IR3′ + IR3″ = 0.3982 − 0.6195·Is = 0
Is = 0.3982/0.6195 = 0.6429 A

답

Is = 0.6429 A
8.중첩의 원리

답: PR1 = 23.81 W

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​ = 4 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 5 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 ∥ 7 = 1.556 Ω
VA = 12·1.556/(4+1.556) = 3.36 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 3.36·5/7 = 2.4 V
IR1′ = (V1 − VA)/R1 = (12 − 3.36)/4 = 2.16 A
R1​ = 4 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 5 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 = 1.333 Ω, 따라서 왼쪽 경로는 R2+1.333 = 3.333 Ω
Req = R4 ∥ 3.333 = 2 Ω
VB = Is·Req = 1·2 = 2 V
VA = VB·1.333/3.333 = 0.8 V
IR1″ = (V1 − VA)/R1 = (0 − 0.8)/4 = −0.2 A
R1​ = 4 ΩR2​ = 2 ΩR4​ = 5 Ω단락R3​2 ΩA개방B−+V2​12 V

경우 3 · V2만 작용

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

R1 ∥ R3 = 4·2/(4+2) = 1.333 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = (−12)·3.333/8.333 = −4.8 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = −4.8·1.333/3.333 = −1.92 V
IR1‴ = (V1 − VA)/R1 = (0 − −1.92)/4 = 0.48 A

전류 기여분 더하기

IR1 = IR1′ + IR1″ + IR1‴ = 2.16 + (−0.2) + 0.48 = 2.44 A

저항의 전력

전력은 전류의 제곱에 의존하므로 중첩의 원리를 따르지 않습니다. 전류를 먼저 더한 다음 제곱하세요.

PR1 = IR1²·R1 = 2.44²·4 = 23.81 W

답

PR1 = 23.81 W

각 경우의 전력을 더하면 19.74 W가 되는데, 이는 틀린 값입니다.

9.테브난·노턴

답: Rth = 7.308 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​ = 5 Ω단락R2​3 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 10·3/(10+3) = 2.308 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.308 + 5 = 7.308 Ω
10.테브난·노턴

답: IL = 1.997 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​ = 20 ΩR3​ = 5 Ω단락R2​25 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 20·25/(20+25) = 11.11 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 11.11 + 5 = 16.11 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​36 VR2​25 ΩAIs​1.5 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) = 20 + 1.5·11.11 = 36.67 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 36.67 + 1.5·5 = 44.17 V
Rth​ = 16.11 Ω+−Vth​44.17 VRL​6 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) = 44.17/(16.11 + 6) = 1.997 A
11.연산 증폭기 회로

답: Rf = 2400 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 = (25 − 1)·100 = 2400 kΩ

답

Rf = 2400 kΩ
12.연산 증폭기 회로

답: If = 0.09255 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 = 2/47 = 0.04255 mA
I2 = V2/R2 = 1.1/22 = 0.05 mA
If = I1 + I2 = 0.09255 mA

답

If = 0.09255 mA
13.RC·RL 과도 현상

답: τ = 112.2 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.

커패시터에서 본 테브난 등가 회로

Rth를 구하려면 전원을 단락하고, 최종 전압을 구하려면 커패시터를 개방하세요.

Rth = R1 ∥ R2 = 6.8·6.8/(6.8 + 6.8) = 3.4 kΩ
vC(∞) = 24·6.8/(6.8 + 6.8) = 12 V

시정수

τ = Rth·C = 3.4·33 = 112.2 ms

답

τ = 112.2 ms
14.RC·RL 과도 현상

답: vC = 2.255 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) = 20·2.2/(6.8 + 2.2) = 4.889 V

스위치가 열린 뒤의 시정수

τ = R2·C = 2.2·47 = 103.4 ms

방전

vC(t) = 4.889·e−80/103.4 = 2.255 V

답

vC = 2.255 V

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