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​ = 5 ΩIR1​R3​ = 15 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAR4​3 ΩB

전원이 공급하며 R1에 흐르는 전류 IR1을(를) 구하시오.

V1 = 6 VR1 = 5 ΩR2 = 15 ΩR3 = 15 ΩR4 = 3 Ω
IR1 = A
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 3 ΩR3​ = 5 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​24 VR2​20 ΩIR2​AR4​20 ΩBR6​6 Ω

R2에 흐르는 전류 IR2을(를) 구하시오.

V1 = 24 VR1 = 3 ΩR2 = 20 ΩR3 = 5 ΩR4 = 20 ΩR5 = 5 ΩR6 = 6 Ω
IR2 = A
3.마디 해석보통
R1​ = 8 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​30 VR2​5 ΩAR4​4 ΩBIs​3 A

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

V1 = 30 VIs = 3 AR1 = 8 ΩR2 = 5 ΩR3 = 20 ΩR4 = 4 Ω
VA = V
4.마디 해석어려움
R1​ = 10 Ω+−Vs​ = 9 V+−V1​9 VR2​4 ΩAR3​8 ΩBIs​3 A

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

V1 = 9 VIs = 3 AVs = 9 VR1 = 10 ΩR2 = 4 ΩR3 = 8 Ω
VA = V
5.망 해석보통
R1​ = 10 ΩR2​ = 6 Ω+−V1​10 VR3​4 ΩA+−V2​15 VI1​I2​

망 해석법을 이용해 망 전류 I1 (시계 방향)을(를) 구하시오.

V1 = 10 VV2 = 15 VR1 = 10 ΩR2 = 6 ΩR3 = 4 Ω
I1 = A
6.망 해석어려움
R1​ = 10 ΩR2​ = 5 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​15 VR4​6 ΩAR5​5 Ω+−VR5​B+−V2​30 VI1​I2​I3​

망 해석법을 이용해 표시된 극성에서 R5 양단의 전압 VR5을(를) 구하시오.

V1 = 15 VV2 = 30 VR1 = 10 ΩR2 = 5 ΩR3 = 12 ΩR4 = 6 ΩR5 = 5 Ω
VR5 = V
7.중첩의 원리보통
R1​ = 5 ΩR3​ = 6 ΩIR3​+−V1​24 VR2​4 ΩAR4​3 ΩBIs​1.5 A

중첩의 원리를 이용해 R3이(가) 흡수하는 전력 PR3을(를) 구하시오.

V1 = 24 VIs = 1.5 AR1 = 5 ΩR2 = 4 ΩR3 = 6 ΩR4 = 3 Ω
PR3 = W
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 = 18 mA이다. V1을(를) 두 배로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = 25 mA이다. Is의 방향을 반대로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = −1 mA이다. V2을(를) 끄고 V1와(과) Is이(가) 정상값일 때의 부하 전류 I을(를) 구하시오.

정상: I = 18 mA2·V1: I = 25 mA−Is: I = −1 mA
I = mA
9.테브난·노턴보통
R1​ = 10 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​18 VR2​20 ΩAab

단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.

V1 = 18 VR1 = 10 ΩR2 = 20 ΩR3 = 4 Ω
Vth = V
10.테브난·노턴어려움
R1​ = 3 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​5 VR2​4 ΩAIs​4 ABab

단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.

V1 = 5 VIs = 4 AR1 = 3 ΩR2 = 4 ΩR3 = 12 Ω
Vth = V
11.연산 증폭기 회로보통
−+Vout​Rf​ = 1 kΩR1​ = 1 kΩVin​ = 1.5 VRa​ = 2 kΩRb​ = 10 kΩ

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

Vin = 1.5 VRa = 2 kΩRb = 10 kΩR1 = 1 kΩRf = 1 kΩ
Vout = V
12.연산 증폭기 회로어려움
−+Vout​Rf​ = 2 kΩV1​ = −1.7 VR1​ = 22 kΩV2​ = −1.6 VR2​ = 47 kΩ

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

V1 = −1.7 VV2 = −1.6 VR1 = 22 kΩR2 = 47 kΩRf = 2 kΩ
Vout = V
13.RC·RL 과도 현상보통
+−Vs​10 Vt = 0R = 20 ΩL100 mHi(t)

t = 0에서 스위치가 닫히기 전에는 인덕터에 전류가 흐르지 않는다. t = 10 ms에서 인덕터 전압 vL을(를) 구하시오.

Vs = 10 VR = 20 ΩL = 100 mHt = 10 ms
vL = V
14.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​12 Vt = 0R = 1 kΩC100 µF+−vC​vC​(0) = 20 V

t = 0에서 스위치가 닫히기 직전, 커패시터 전압은 표시된 극성으로 20 V이다. vC이(가) 17.6 V에 도달하는 데 걸리는 시간은? t을(를) 구하시오.

Vs = 12 VR = 1 kΩC = 100 µFvC(0) = 20 V
t = ms

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: IR1 = 0.4552 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​ = 5 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩAR4​3 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 + 3 = 18 Ω
R2 ∥ 18 = 15·18/(15+18) = 8.182 Ω
Req = R1 + 8.182 = 5 + 8.182 = 13.18 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 6/13.18 = 0.4552 A

답

IR1 = 0.4552 A
2.저항의 직렬·병렬

답: IR2 = 0.8584 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​ = 5 ΩR5​ = 5 Ω+−V1​24 VR2​20 ΩAR4​20 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 = 5 + 6 = 11 Ω
R4 ∥ 11 = 7.097 Ω
R3 + 7.097 = 12.1 Ω
R2 ∥ 12.1 = 7.538 Ω
Req = R1 + 7.538 = 3 + 7.538 = 10.54 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 24/10.54 = 2.278 A

R₂에 흐르는 전류

R₁의 전압 강하를 빼면 마디 A의 전압, 즉 R₂ 양단 전압이 됩니다.

VA = V1 − IR1·R1 = 24 − 2.278·3 = 17.17 V
IR2 = VA/R2 = 17.17/20 = 0.8584 A

답

IR2 = 0.8584 A
3.마디 해석

답: VA = 11.59 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​30 VR2​5 ΩAR4​4 ΩBIs​3 A

마디 설정

접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 30 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/5 + (VA − 30)/8 + (VA − VB)/20 = 0
0.375·VA − 0.05·VB = 3.75

마디 B에서 KCL

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/4 + (VB − VA)/20 = 3
−0.05·VA + 0.3·VB = 3

풀기

Δ = (0.375)(0.3) − (−0.05)(−0.05) = 0.11
VA = Δ1/Δ = 1.275/0.11 = 11.59 V
VB = Δ2/Δ = 1.313/0.11 = 11.93 V

답

VA = 11.59 V
4.마디 해석

답: VA = 10.58 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 − 9
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

풀기

(VA − 9)/10 + VA/4 + (VA − 9)/8 = 3
VA·(1/10 + 1/4 + 1/8) = 3 + 9/10 + 9/8 = 5.025
VA = 5.025/0.475 = 10.58 V
VB = 1.579 V

답

VA = 10.58 V
5.망 해석

답: I1 = 0.3226 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​ = 6 Ω+−V1​10 VR3​4 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
10·I1 + 4(I1 − I2) = 10
14·I1 − 4·I2 = 10

망 2의 KVL

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

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
6·I2 + 4(I2 − I1) = (−15)
−4·I1 + 10·I2 = −15

풀기

Δ = (14)(10) − (−4)(−4) = 124
I1 = Δ1/Δ = 40/124 = 0.3226 A
I2 = Δ2/Δ = −170/124 = −1.371 A

답

I1 = 0.3226 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

6.망 해석

답: VR5 = 7.904 V

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​ = 5 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​15 VR4​6 ΩAR5​5 ΩB+−V2​30 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 + 6(I1 − I2) = 15
16·I1 − 6·I2 = 15

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
5·I2 + 6(I2 − I1) + 5(I2 − I3) = 0
−6·I1 + 16·I2 − 5·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
12·I3 + 5(I3 − I2) = (−30)
−5·I2 + 17·I3 = −30

풀기

Δ = 계수 행렬의 행렬식 = 3340
I1 = Δ1/Δ = 2805/3340 = 0.8398 A
I2 = Δ2/Δ = −870/3340 = −0.2605 A
I3 = Δ3/Δ = −6150/3340 = −1.841 A

답

IR5 = I2 − I3 = 1.581 A
VR5 = IR5·R5 = 1.581·5 = 7.904 V

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

7.중첩의 원리

답: PR3 = 1.812 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​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAR4​3 ΩB개방

경우 1 · V1만 작용

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

R3+R4 = 6+3 = 9 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 4·9/(4+9) = 2.769 Ω
VA = 24·2.769/(5+2.769) = 8.554 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 8.554·3/9 = 2.851 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (8.554 − 2.851)/6 = 0.9505 A
R1​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω단락R2​4 ΩAR4​3 ΩBIs​1.5 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) = 3 ∥ 8.222 = 2.198 Ω
VB = Is·Req = 1.5·2.198 = 3.297 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 3.297·2.222/8.222 = 0.8911 V
IR3″ = (VA − VB)/R3 = (0.8911 − 3.297)/6 = −0.401 A

전류 기여분 더하기

IR3 = IR3′ + IR3″ = 0.9505 + (−0.401) = 0.5495 A

저항의 전력

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

PR3 = IR3²·R3 = 0.5495²·6 = 1.812 W

답

PR3 = 1.812 W

각 경우의 전력을 더하면 6.385 W가 되는데, 이는 틀린 값입니다.

8.중첩의 원리

답: I = 16.5 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 = 18
2·I₁ + I₂ + I₃ = 25
I₁ + I₂ − I₃ = −1

기여분 구하기

I₁ = 25 − 18 = 7 mA
I₃ = (18 − (−1))/2 = 9.5 mA
I₂ = 18 − 7 − 9.5 = 1.5 mA

V₂ 끄기

I = I₁ + I₃ = 7 + 9.5 = 16.5 mA

답

I = 16.5 mA
9.테브난·노턴

답: Vth = 12 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​ = 10 ΩR3​ = 4 Ω단락R2​20 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 10·20/(10+20) = 6.667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6.667 + 4 = 10.67 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​18 VR2​20 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) = 18·20/(10+20) = 12 V
10.테브난·노턴

답: Vth = 57.71 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​ = 12 Ω단락R2​4 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 3·4/(3+4) = 1.714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.714 + 12 = 13.71 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​5 VR2​4 ΩAIs​4 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) = 2.857 + 4·1.714 = 9.714 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 9.714 + 4·12 = 57.71 V
11.연산 증폭기 회로

답: Vout = 2.5 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) = 1.5·10/(2 + 10) = 1.25 V

비반전 이득

V₋ = V₊이고, R₁을 흐르는 전류는 Rf도 흐릅니다.

Vout = V₊·(1 + Rf/R1) = 1.25·(1 + 1/1) = 2.5 V

답

Vout = 2.5 V
12.연산 증폭기 회로

답: Vout = 0.2226 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 = −1.7/22 = −0.07727 mA
I2 = V2/R2 = −1.6/47 = −0.03404 mA
If = I1 + I2 = −0.1113 mA

출력 전압

Vout = −Rf·If = −2·(−0.1113) = 0.2226 V

답

Vout = 0.2226 V
13.RC·RL 과도 현상

답: vL = 1.353 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 = 100 mH / 20 Ω = 5 ms
i(∞) = Vs/R = 10/20 = 0.5 A

인덕터 전압

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

vL(t) = Vs·e−t/τ = 10·e−10/5 = 1.353 V

답

vL = 1.353 V
14.RC·RL 과도 현상

답: t = 35.67 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) = 20 V, vC(∞) = Vs = 12 V
τ = R·C = 1 kΩ · 100 µF = 100 ms
vC(t) = 12 + (20 − 12)·e−t/τ

시간에 대해 풀기

17.6 = 12 + (8)·e−t/τ → e−t/τ = (17.6 − 12)/(20 − 12) = 0.7
t = τ·ln((20 − 12)/(17.6 − 12)) = 100·ln(1.429) = 35.67 ms

답

t = 35.67 ms

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