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​ = 10 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​30 VR2​12 ΩAR4​6 ΩB

전원 V1이(가) 보는 합성 저항 Req을(를) 구하시오.

V1 = 30 VR1 = 10 ΩR2 = 12 ΩR3 = 10 ΩR4 = 6 Ω
Req = Ω
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 2 ΩR3​ = 5 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​9 VR2​10 ΩAR4​30 ΩBR6​6 Ω

전원 V1이(가) 보는 합성 저항 Req을(를) 구하시오.

V1 = 9 VR1 = 2 ΩR2 = 10 ΩR3 = 5 ΩR4 = 30 ΩR5 = 25 ΩR6 = 6 Ω
Req = Ω
3.마디 해석보통
R1​8 Ω+−V1​18 VR2​10 Ω−+V2​18 VR3​8 ΩI3​A

그림과 같이 마디 A와 접지 사이에 세 가지가 연결되어 있다. 마디 해석법을 이용해 가지 3에서 화살표 방향으로 마디 A를 향해 위로 흐르는 전류 I3을(를) 구하시오.

V1 = 18 VR1 = 8 ΩV2 = 18 VR2 = 10 ΩR3 = 8 Ω
I3 = A
4.마디 해석어려움
R1​ = 30 ΩIR1​R2​ = 8 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​5 VR3​6 ΩAR5​4 ΩBIs​5 A+−V2​24 V

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

V1 = 5 VIs = 5 AV2 = 24 VR1 = 30 ΩR2 = 8 ΩR3 = 6 ΩR4 = 12 ΩR5 = 4 Ω
IR1 = A
5.망 해석보통
R1​ = 15 ΩIR1​R2​ = 2 Ω+−V1​30 VR3​2 ΩA+−V2​24 VI1​I2​

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

V1 = 30 VV2 = 24 VR1 = 15 ΩR2 = 2 ΩR3 = 2 Ω
IR1 = A
6.망 해석어려움
R1​ = 12 ΩR2​ = 4 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​5 VR4​30 ΩAR5​12 ΩB+−V2​24 VI1​I2​I3​

망 해석법을 이용해 망 전류 I3 (시계 방향)을(를) 구하시오.

V1 = 5 VV2 = 24 VR1 = 12 ΩR2 = 4 ΩR3 = 6 ΩR4 = 30 ΩR5 = 12 Ω
I3 = A
7.중첩의 원리보통
R1​ = 15 ΩR3​ = 8 ΩIR3​+−V1​18 VR2​3 ΩAR4​12 ΩBIs​?

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

V1 = 18 VR1 = 15 ΩR2 = 3 ΩR3 = 8 ΩR4 = 12 Ω
Is = A
8.중첩의 원리어려움
R1​ = 2 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​9 VR3​3 ΩIR3​AIs​1 AB−+V2​30 V

중첩의 원리를 이용해 화살표 방향으로 R3에 흐르는 전류 IR3을(를) 구하시오.

V1 = 9 VIs = 1 AV2 = 30 VR1 = 2 ΩR2 = 20 ΩR3 = 3 ΩR4 = 25 Ω
IR3 = A
9.테브난·노턴보통
R1​ = 3 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​15 ΩAab

단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.

V1 = 9 VR1 = 3 ΩR2 = 15 ΩR3 = 6 Ω
Vth = V
10.테브난·노턴어려움
R1​ = 8 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​15 VR2​30 ΩAIs​2.5 ABRL​8 ΩIL​

a–b 사이에 부하 RL = 8 Ω을 연결한다. 테브난 등가 회로를 이용해 부하에 전달되는 전력 PL을(를) 구하시오.

V1 = 15 VIs = 2.5 AR1 = 8 ΩR2 = 30 ΩR3 = 3 ΩRL = 8 Ω
PL = W
11.연산 증폭기 회로보통
−+Vout​Rf​ = 4.7 kΩR1​ = 4.7 kΩVin​ = 1.5 VRa​ = 4.7 kΩRb​ = 100 kΩ

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

Vin = 1.5 VRa = 4.7 kΩRb = 100 kΩR1 = 4.7 kΩRf = 4.7 kΩ
Vout = V
12.연산 증폭기 회로어려움
−+Vout​Rf​ = 2 kΩV1​ = −1.4 VR1​ = 2 kΩV2​ = 0.5 VR2​ = 10 kΩ

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

V1 = −1.4 VV2 = 0.5 VR1 = 2 kΩR2 = 10 kΩRf = 2 kΩ
Vout = V
13.RC·RL 과도 현상보통
+−Vs​6 Vt = 0R = 100 ΩL68 mHi(t)

t = 0에서 스위치가 닫히기 전에는 인덕터에 전류가 흐르지 않는다. 스위치를 닫은 뒤 얼마 후에 전류가 최종값의 90%에 도달하는가? t을(를) 구하시오.

Vs = 6 VR = 100 ΩL = 68 mH
t = ms
14.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​5 Vt = 0R = 100 kΩC?+−vC​

타이머가 t = 0에 5 V 전원에서 저항을 통해 충전되지 않은 커패시터를 충전하기 시작한다. 타이머는 시작 후 정확히 200 ms에 커패시터 전압이 3.75 V에 도달할 때 작동해야 한다. R = 100 kΩ일 때 필요한 커패시턴스 C을(를) 구하시오.

Vs = 5 VVth = 3.75 VT = 200 msR = 100 kΩ
C = µF

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: Req = 16.86 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​ = 10 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​30 VR2​12 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 = 10 + 6 = 16 Ω
R2 ∥ 16 = 12·16/(12+16) = 6.857 Ω
Req = R1 + 6.857 = 10 + 6.857 = 16.86 Ω

답

Req = 16.86 Ω
2.저항의 직렬·병렬

답: Req = 8.694 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​ = 2 ΩR3​ = 5 ΩR5​ = 25 Ω+−V1​9 VR2​10 ΩAR4​30 ΩBR6​6 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 + 6 = 31 Ω
R4 ∥ 31 = 15.25 Ω
R3 + 15.25 = 20.25 Ω
R2 ∥ 20.25 = 6.694 Ω
Req = R1 + 6.694 = 2 + 6.694 = 8.694 Ω

답

Req = 8.694 Ω
3.마디 해석

답: I3 = −0.1607 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

아래 도선을 접지로 잡습니다. 각 가지는 A에서 나가는 방향으로 (VA − Vk)/Rk의 전류가 흐르며, Vk는 그 가지 전원의 전압입니다(저항만 있으면 0). A에서 나가는 전류의 합은 0입니다.

(VA − 18)/8 + (VA − (−18))/10 + VA/8 = 0

VA 구하기

VA = (18/8 + (−18)/10 + 0/8) / (1/8 + 1/10 + 1/8) = 0.45/0.35 = 1.286 V

가지 전류

화살표는 가지를 따라 위쪽, 마디 A로 향합니다.

I3 = (0 − VA)/R3 = (0 − 1.286)/8 = −0.1607 A

답

I3 = −0.1607 A

결과가 음수이면 실제 전류는 화살표와 반대로 흐릅니다.

4.마디 해석

답: IR1 = −0.07118 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​ = 30 ΩR2​ = 8 ΩR4​ = 12 Ω+−V1​5 VR3​6 ΩAR5​4 ΩBIs​5 A+−V2​24 V

마디 설정

접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 5 V, V2 = 24 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/6 + (VA − 5)/30 + (VA − VB)/8 = 0
0.325·VA − 0.125·VB = 0.1667

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/4 + (VB − VA)/8 + (VB − 24)/12 = 5
−0.125·VA + 0.4583·VB = 7

풀기

Δ = (0.325)(0.4583) − (−0.125)(−0.125) = 0.1333
VA = Δ1/Δ = 0.9514/0.1333 = 7.135 V
VB = Δ2/Δ = 2.296/0.1333 = 17.22 V

답

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (5 − 7.135)/30 = −0.07118 A
5.망 해석

답: IR1 = 1.125 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​ = 2 Ω+−V1​30 VR3​2 ΩA+−V2​24 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 + 2(I1 − I2) = 30
17·I1 − 2·I2 = 30

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 + 2(I2 − I1) = (−24)
−2·I1 + 4·I2 = −24

풀기

Δ = (17)(4) − (−2)(−2) = 64
I1 = Δ1/Δ = 72/64 = 1.125 A
I2 = Δ2/Δ = −348/64 = −5.438 A

답

IR1 = I1 = 1.125 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

6.망 해석

답: I3 = −1.833 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​ = 4 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​5 VR4​30 ΩAR5​12 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
12·I1 + 30(I1 − I2) = 5
42·I1 − 30·I2 = 5

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
4·I2 + 30(I2 − I1) + 12(I2 − I3) = 0
−30·I1 + 46·I2 − 12·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 + 12(I3 − I2) = (−24)
−12·I2 + 18·I3 = −24

풀기

Δ = 계수 행렬의 행렬식 = 12528
I1 = Δ1/Δ = −5220/12528 = −0.4167 A
I2 = Δ2/Δ = −9396/12528 = −0.75 A
I3 = Δ3/Δ = −22968/12528 = −1.833 A

답

I3 = −1.833 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

7.중첩의 원리

답: Is = 0.25 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​ = 15 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​18 VR2​3 ΩAR4​12 ΩB개방

경우 1 · V1 단독 작용

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

R3+R4 = 8+12 = 20 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 3·20/(3+20) = 2.609 Ω
VA = 18·2.609/(15+2.609) = 2.667 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 2.667·12/20 = 1.6 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (2.667 − 1.6)/8 = 0.1333 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 = 2.5 Ω
IR3″ = −Is·R4/(R4 + R3 + R1∥R2) = −Is·12/22.5 = −0.5333·Is

합계를 0으로 두기

IR3′ + IR3″ = 0.1333 − 0.5333·Is = 0
Is = 0.1333/0.5333 = 0.25 A

답

Is = 0.25 A
8.중첩의 원리

답: IR3 = 1.71 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​ = 2 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​9 VR3​3 ΩA개방B단락

경우 1 · V1만 작용

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

R3 ∥ (R2+R4) = 3 ∥ 45 = 2.813 Ω
VA = 9·2.813/(2+2.813) = 5.26 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 5.26·25/45 = 2.922 V
IR3′ = (VA − 0)/R3 = (5.26 − 0)/3 = 1.753 A
R1​ = 2 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 25 Ω단락R3​3 ΩAIs​1 AB단락

경우 2 · Is만 작용

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

R1 ∥ R3 = 1.2 Ω, 따라서 왼쪽 경로는 R2+1.2 = 21.2 Ω
Req = R4 ∥ 21.2 = 11.47 Ω
VB = Is·Req = 1·11.47 = 11.47 V
VA = VB·1.2/21.2 = 0.6494 V
IR3″ = (VA − 0)/R3 = (0.6494 − 0)/3 = 0.2165 A
R1​ = 2 ΩR2​ = 20 ΩR4​ = 25 Ω단락R3​3 ΩA개방B−+V2​30 V

경우 3 · V2만 작용

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

R1 ∥ R3 = 2·3/(2+3) = 1.2 Ω
VB = V2·(R2+R1∥R3)/(R4+R2+R1∥R3) = (−30)·21.2/46.2 = −13.77 V
VA = VB·(R1∥R3)/(R2+R1∥R3) = −13.77·1.2/21.2 = −0.7792 V
IR3‴ = (VA − 0)/R3 = (−0.7792 − 0)/3 = −0.2597 A

성분을 더하기

IR3 = IR3′ + IR3″ + IR3‴
IR3 = 1.753 + 0.2165 + (−0.2597) = 1.71 A

결과가 음수이면 실제로는 전류가 화살표와 반대로 흐른다는 뜻입니다.

9.테브난·노턴

답: Vth = 7.5 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​ = 3 ΩR3​ = 6 Ω단락R2​15 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 3·15/(3+15) = 2.5 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.5 + 6 = 8.5 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​15 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) = 9·15/(3+15) = 7.5 V
10.테브난·노턴

답: PL = 3.496 W

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​ = 3 Ω단락R2​30 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 8·30/(8+30) = 6.316 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6.316 + 3 = 9.316 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​15 VR2​30 ΩAIs​2.5 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) = 11.84 + (−2.5)·6.316 = −3.947 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = −3.947 + (−2.5)·3 = −11.45 V
Rth​ = 9.316 Ω−+Vth​11.45 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) = −11.45/(9.316 + 8) = −0.6611 A
PL = IL²·RL = −0.6611²·8 = 3.496 W
11.연산 증폭기 회로

답: Vout = 2.865 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) = 1.5·100/(4.7 + 100) = 1.433 V

비반전 이득

V₋ = V₊이고, R₁을 흐르는 전류는 Rf도 흐릅니다.

Vout = V₊·(1 + Rf/R1) = 1.433·(1 + 4.7/4.7) = 2.865 V

답

Vout = 2.865 V
12.연산 증폭기 회로

답: Vout = 1.3 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 = −1.4/2 = −0.7 mA
I2 = V2/R2 = 0.5/10 = 0.05 mA
If = I1 + I2 = −0.65 mA

출력 전압

Vout = −Rf·If = −2·(−0.65) = 1.3 V

답

Vout = 1.3 V
13.RC·RL 과도 현상

답: t = 1.566 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.

시정수와 최종 전류

스위치를 닫고 오래 지나면 인덕터는 단락처럼 동작하므로 최종 전류는 R로만 정해집니다.

τ = L/R = 68 mH / 100 Ω = 0.68 ms
i(∞) = Vs/R = 6/100 = 0.06 A

시간에 대해 풀기

0.9 = 1 − e−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0.9)
t = −0.68·ln(0.1) = 1.566 ms

답

t = 1.566 ms
14.RC·RL 과도 현상

답: C = 1.443 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

3.75 = 5·(1 − e−200/τ) → τ = 200/ln(5/(5 − 3.75))
τ = 200/1.386 = 144.3 ms

정전 용량

kΩ × µF는 밀리초입니다.

C = τ/R = 144.3/100 = 1.443 µF

답

C = 1.443 µF

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