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​ = 20 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​8 ΩAR4​8 ΩB

전원 V1이(가) 보는 합성 저항 Req을(를) 구하시오.

V1 = 9 VR1 = 20 ΩR2 = 8 ΩR3 = 12 ΩR4 = 8 Ω
Req = Ω
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 5 ΩIR1​R3​ = 5 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​6 ΩAR4​30 ΩBR6​30 Ω

전원이 공급하며 R1에 흐르는 전류 IR1을(를) 구하시오.

V1 = 15 VR1 = 5 ΩR2 = 6 ΩR3 = 5 ΩR4 = 30 ΩR5 = 20 ΩR6 = 30 Ω
IR1 = A
3.마디 해석보통
R1​ = 10 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​12 VR2​20 ΩAR4​10 ΩBIs​1 A

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

V1 = 12 VIs = 1 AR1 = 10 ΩR2 = 20 ΩR3 = 10 ΩR4 = 10 Ω
PIs = W
4.마디 해석어려움
R1​ = 30 ΩR2​ = 4 ΩIR2​R4​ = 20 Ω+−V1​5 VR3​3 ΩAR5​6 ΩBIs​1 A+−V2​6 V

마디 해석법을 이용해 화살표 방향으로 R2에 흐르는 전류 IR2을(를) 구하시오.

V1 = 5 VIs = 1 AV2 = 6 VR1 = 30 ΩR2 = 4 ΩR3 = 3 ΩR4 = 20 ΩR5 = 6 Ω
IR2 = A
5.망 해석보통
R1​ = 15 ΩR2​ = 8 Ω+−VR2​+−V1​30 VR3​12 ΩA+−V2​6 VI1​I2​

망 해석법을 이용해 표시된 극성에서 R2 양단의 전압 VR2을(를) 구하시오.

V1 = 30 VV2 = 6 VR1 = 15 ΩR2 = 8 ΩR3 = 12 Ω
VR2 = V
6.망 해석어려움
R1​ = 10 ΩR2​ = 15 ΩR3​ = 30 ΩIR3​+−V1​6 VR4​10 ΩAR5​4 ΩB+−V2​10 VI1​I2​I3​

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

V1 = 6 VV2 = 10 VR1 = 10 ΩR2 = 15 ΩR3 = 30 ΩR4 = 10 ΩR5 = 4 Ω
IR3 = A
7.중첩의 원리보통
R1​ = 5 ΩR3​ = 4 ΩIR3​+−V1​24 VR2​6 ΩAR4​6 ΩBIs​5 A

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

V1 = 24 VIs = 5 AR1 = 5 ΩR2 = 6 ΩR3 = 4 ΩR4 = 6 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 = −11.5 mA이다. V1을(를) 두 배로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = −7 mA이다. Is의 방향을 반대로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = 7.5 mA이다. V2을(를) 끄고 V1와(과) Is이(가) 정상값일 때의 부하 전류 I을(를) 구하시오.

정상: I = −11.5 mA2·V1: I = −7 mA−Is: I = 7.5 mA
I = mA
9.테브난·노턴보통
R1​ = 8 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​24 VR2​4 ΩAab

단자 a–b에서 본 테브난 저항 Rth을(를) 구하시오.

V1 = 24 VR1 = 8 ΩR2 = 4 ΩR3 = 5 Ω
Rth = Ω
10.테브난·노턴어려움
R1​ = 3 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​30 VR2​12 ΩAIs​0.5 ABab

단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.

V1 = 30 VIs = 0.5 AR1 = 3 ΩR2 = 12 ΩR3 = 25 Ω
Vth = V
11.연산 증폭기 회로보통
−+Vout​Rf​ = 22 kΩR1​ = 4.7 kΩVin​ = 2 VRa​ = 100 kΩRb​ = 100 kΩ

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

Vin = 2 VRa = 100 kΩRb = 100 kΩR1 = 4.7 kΩRf = 22 kΩ
Vout = V
12.연산 증폭기 회로어려움
−+Vout​Rf​ = 4.7 kΩV1​ = −1.7 VR1​ = 10 kΩV2​ = −0.4 VR2​ = 1 kΩ

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

V1 = −1.7 VV2 = −0.4 VR1 = 10 kΩR2 = 1 kΩRf = 4.7 kΩ
Vout = V
13.RC·RL 과도 현상보통
+−Vs​6 Vt = 0R = 20 ΩL22 mHi(t)

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

Vs = 6 VR = 20 ΩL = 22 mHt = 1 ms
vL = V
14.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​20 Vt = 0R = 3.3 kΩC220 µF+−vC​vC​(0) = 10 V

t = 0에서 스위치가 닫히기 직전, 커패시터 전압은 표시된 극성으로 10 V이다. vC이(가) 13 V에 도달하는 데 걸리는 시간은? t을(를) 구하시오.

Vs = 20 VR = 3.3 kΩC = 220 µFvC(0) = 10 V
t = ms

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: Req = 25.71 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​ = 12 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 = 12 + 8 = 20 Ω
R2 ∥ 20 = 8·20/(8+20) = 5.714 Ω
Req = R1 + 5.714 = 20 + 5.714 = 25.71 Ω

답

Req = 25.71 Ω
2.저항의 직렬·병렬

답: IR1 = 1.532 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​ = 5 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​15 VR2​6 ΩAR4​30 ΩBR6​30 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 + 30 = 50 Ω
R4 ∥ 50 = 18.75 Ω
R3 + 18.75 = 23.75 Ω
R2 ∥ 23.75 = 4.79 Ω
Req = R1 + 4.79 = 5 + 4.79 = 9.79 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 15/9.79 = 1.532 A

답

IR1 = 1.532 A
3.마디 해석

답: PIs = 9.25 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/20 + (VA − 12)/10 + (VA − VB)/10 = 0
0.25·VA − 0.1·VB = 1.2

마디 B에서 KCL

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/10 + (VB − VA)/10 = 1
−0.1·VA + 0.2·VB = 1

풀기

Δ = (0.25)(0.2) − (−0.1)(−0.1) = 0.04
VA = Δ1/Δ = 0.34/0.04 = 8.5 V
VB = Δ2/Δ = 0.37/0.04 = 9.25 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 = 9.25·1 = 9.25 W

답

PIs = 9.25 W
4.마디 해석

답: IR2 = −0.4889 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​ = 4 ΩR4​ = 20 Ω+−V1​5 VR3​3 ΩAR5​6 ΩBIs​1 A+−V2​6 V

마디 설정

접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 5 V, V2 = 6 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/3 + (VA − 5)/30 + (VA − VB)/4 = 0
0.6167·VA − 0.25·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/6 + (VB − VA)/4 + (VB − 6)/20 = 1
−0.25·VA + 0.4667·VB = 1.3

풀기

Δ = (0.6167)(0.4667) − (−0.25)(−0.25) = 0.2253
VA = Δ1/Δ = 0.4028/0.2253 = 1.788 V
VB = Δ2/Δ = 0.8433/0.2253 = 3.744 V

답

IR2 = (VA − VB)/R2 = (1.788 − 3.744)/4 = −0.4889 A
5.망 해석

답: VR2 = 4 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​ = 15 ΩR2​ = 8 Ω+−V1​30 VR3​12 ΩA+−V2​6 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 + 12(I1 − I2) = 30
27·I1 − 12·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
8·I2 + 12(I2 − I1) = (−6)
−12·I1 + 20·I2 = −6

풀기

Δ = (27)(20) − (−12)(−12) = 396
I1 = Δ1/Δ = 528/396 = 1.333 A
I2 = Δ2/Δ = 198/396 = 0.5 A

답

IR2 = I2 = 0.5 A
VR2 = IR2·R2 = 0.5·8 = 4 V

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

6.망 해석

답: IR3 = −0.285 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​ = 15 ΩR3​ = 30 Ω+−V1​6 VR4​10 ΩAR5​4 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
10·I1 + 10(I1 − I2) = 6
20·I1 − 10·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
15·I2 + 10(I2 − I1) + 4(I2 − I3) = 0
−10·I1 + 29·I2 − 4·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
30·I3 + 4(I3 − I2) = (−10)
−4·I2 + 34·I3 = −10

풀기

Δ = 계수 행렬의 행렬식 = 16000
I1 = Δ1/Δ = 5420/16000 = 0.3387 A
I2 = Δ2/Δ = 1240/16000 = 0.0775 A
I3 = Δ3/Δ = −4560/16000 = −0.285 A

답

IR3 = I3 = −0.285 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

7.중첩의 원리

답: PR3 = 45.85 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​ = 4 Ω+−V1​24 VR2​6 ΩAR4​6 ΩB개방

경우 1 · V1만 작용

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

R3+R4 = 4+6 = 10 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 6·10/(6+10) = 3.75 Ω
VA = 24·3.75/(5+3.75) = 10.29 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 10.29·6/10 = 6.171 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (10.29 − 6.171)/4 = 1.029 A
R1​ = 5 ΩR3​ = 4 Ω단락R2​6 ΩAR4​6 ΩBIs​5 A

경우 2 · Is만 작용

V₁이 단락되므로 R₁은 R₂와 병렬입니다. Iₛ는 B에서 R₄와 R₃를 지나는 경로로 나뉩니다. Iₛ의 화살표는 아래, 즉 마디에서 멀어지는 쪽을 향하므로 Iₛ는 그 마디에서 전류를 빼냅니다. 그 항은 음의 부호로 들어갑니다.

R1 ∥ R2 = 5·6/(5+6) = 2.727 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 6 ∥ 6.727 = 3.171 Ω
VB = −Is·Req = −5·3.171 = −15.86 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = −15.86·2.727/6.727 = −6.429 V
IR3″ = (VA − VB)/R3 = (−6.429 − −15.86)/4 = 2.357 A

전류 기여분 더하기

IR3 = IR3′ + IR3″ = 1.029 + 2.357 = 3.386 A

저항의 전력

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

PR3 = IR3²·R3 = 3.386²·4 = 45.85 W

답

PR3 = 45.85 W

각 경우의 전력을 더하면 26.46 W가 되는데, 이는 틀린 값입니다.

8.중첩의 원리

답: I = −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 = −11.5
2·I₁ + I₂ + I₃ = −7
I₁ + I₂ − I₃ = 7.5

기여분 구하기

I₁ = −7 − (−11.5) = 4.5 mA
I₃ = (−11.5 − 7.5)/2 = −9.5 mA
I₂ = −11.5 − 4.5 − (−9.5) = −6.5 mA

V₂ 끄기

I = I₁ + I₃ = 4.5 + (−9.5) = −5 mA

답

I = −5 mA
9.테브난·노턴

답: Rth = 7.667 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​ = 8 ΩR3​ = 5 Ω단락R2​4 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 8·4/(8+4) = 2.667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.667 + 5 = 7.667 Ω
10.테브난·노턴

답: Vth = 37.7 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​ = 25 Ω단락R2​12 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 3·12/(3+12) = 2.4 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.4 + 25 = 27.4 Ω
R1​ = 3 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​30 VR2​12 ΩAIs​0.5 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) = 24 + 0.5·2.4 = 25.2 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 25.2 + 0.5·25 = 37.7 V
11.연산 증폭기 회로

답: Vout = 5.681 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) = 2·100/(100 + 100) = 1 V

비반전 이득

V₋ = V₊이고, R₁을 흐르는 전류는 Rf도 흐릅니다.

Vout = V₊·(1 + Rf/R1) = 1·(1 + 22/4.7) = 5.681 V

답

Vout = 5.681 V
12.연산 증폭기 회로

답: Vout = 2.679 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 = −1.7/10 = −0.17 mA
I2 = V2/R2 = −0.4/1 = −0.4 mA
If = I1 + I2 = −0.57 mA

출력 전압

Vout = −Rf·If = −4.7·(−0.57) = 2.679 V

답

Vout = 2.679 V
13.RC·RL 과도 현상

답: vL = 2.417 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 / 20 Ω = 1.1 ms
i(∞) = Vs/R = 6/20 = 0.3 A

인덕터 전압

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

vL(t) = Vs·e−t/τ = 6·e−1/1.1 = 2.417 V

답

vL = 2.417 V
14.RC·RL 과도 현상

답: t = 258.9 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) = 10 V, vC(∞) = Vs = 20 V
τ = R·C = 3.3 kΩ · 220 µF = 726 ms
vC(t) = 20 + (10 − 20)·e−t/τ

시간에 대해 풀기

13 = 20 + (−10)·e−t/τ → e−t/τ = (13 − 20)/(10 − 20) = 0.7
t = τ·ln((10 − 20)/(13 − 20)) = 726·ln(1.429) = 258.9 ms

답

t = 258.9 ms

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