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​ = 8 ΩIR1​R3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​2 ΩAR4​12 ΩB

전원이 공급하며 R1에 흐르는 전류 IR1을(를) 구하시오.

V1 = 6 VR1 = 8 ΩR2 = 2 ΩR3 = 3 ΩR4 = 12 Ω
IR1 = A
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 2 ΩR3​ = 20 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​6 VR2​5 ΩAR4​20 ΩBR6​20 Ω

전원 V1이(가) 보는 합성 저항 Req을(를) 구하시오.

V1 = 6 VR1 = 2 ΩR2 = 5 ΩR3 = 20 ΩR4 = 20 ΩR5 = 12 ΩR6 = 20 Ω
Req = Ω
3.마디 해석보통
−+Vs​ = 12 VIs​1.5 AAR1​5 ΩR2​3 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 = 1.5 AVs = 12 VR1 = 5 ΩR2 = 3 Ω
VA = V
4.마디 해석어려움
R1​ = 3 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 5 Ω+−V1​18 VR3​6 ΩAR5​10 ΩBIs​3 A+−V2​36 V

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

V1 = 18 VIs = 3 AV2 = 36 VR1 = 3 ΩR2 = 3 ΩR3 = 6 ΩR4 = 5 ΩR5 = 10 Ω
VA = V
5.망 해석보통
R1​ = 12 ΩR2​ = 5 ΩIR2​+−V1​15 VR3​2 ΩA+−V2​9 VI1​I2​

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

V1 = 15 VV2 = 9 VR1 = 12 ΩR2 = 5 ΩR3 = 2 Ω
IR2 = A
6.망 해석어려움
R1​ = 25 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​6 VR4​4 ΩAR5​30 ΩB+−V2​12 VI1​I2​I3​

망 해석법을 이용해 망 전류 I2 (시계 방향)을(를) 구하시오.

V1 = 6 VV2 = 12 VR1 = 25 ΩR2 = 6 ΩR3 = 4 ΩR4 = 4 ΩR5 = 30 Ω
I2 = A
7.중첩의 원리보통
R1​ = 5 ΩR3​ = 10 ΩIR3​+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​4 ΩBIs​?

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

V1 = 10 VR1 = 5 ΩR2 = 15 ΩR3 = 10 ΩR4 = 4 Ω
Is = A
8.중첩의 원리어려움
R1​ = 5 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​9 VR3​10 ΩIR3​AIs​4 AB+−V2​?

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

V1 = 9 VIs = 4 AR1 = 5 ΩR2 = 3 ΩR3 = 10 ΩR4 = 25 Ω
V2 = V
9.테브난·노턴보통
R1​ = 3 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​9 VR2​8 ΩAab

단자 a–b에서 본 테브난 저항 Rth을(를) 구하시오.

V1 = 9 VR1 = 3 ΩR2 = 8 ΩR3 = 8 Ω
Rth = Ω
10.테브난·노턴어려움
R1​ = 8 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​15 VR2​12 ΩAIs​4 ABRL​12 ΩIL​

a–b 사이에 부하 RL = 12 Ω을 연결한다. 테브난 등가 회로를 이용해 부하에 전달되는 전력 PL을(를) 구하시오.

V1 = 15 VIs = 4 AR1 = 8 ΩR2 = 12 ΩR3 = 2 ΩRL = 12 Ω
PL = W
11.연산 증폭기 회로보통
−+Vout​Rf​ = 4.7 kΩR1​ = 1 kΩVin​ = −0.8 V

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

Vin = −0.8 VR1 = 1 kΩRf = 4.7 kΩ
Vout = V
12.연산 증폭기 회로어려움
−+Vout​Rf​ = 22 kΩV1​ = 1.4 VR1​ = 4.7 kΩV2​ = 1.8 VR2​ = 22 kΩIf​

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

V1 = 1.4 VV2 = 1.8 VR1 = 4.7 kΩR2 = 22 kΩRf = 22 kΩ
If = mA
13.RC·RL 과도 현상보통
+−Vs​12 Vt = 0R = 22 ΩL33 mHi(t)

t = 0에서 스위치가 닫히기 전에는 인덕터에 전류가 흐르지 않는다. t = 2 ms에서 인덕터에 저장된 에너지 W을(를) mJ로 구하시오.

Vs = 12 VR = 22 ΩL = 33 mHt = 2 ms
W = mJ
14.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​20 VR1​ = 15 ΩR2​ = 5 Ωt = 0에 닫힘L150 mHi(t)

R2 양단의 스위치가 오랫동안 열려 있었으므로 인덕터 전류는 정상 상태이다. t = 0에 스위치가 닫혀 R2을(를) 단락한다. t = 10 ms에서의 인덕터 전류 i을(를) 구하시오.

Vs = 20 VR1 = 15 ΩR2 = 5 ΩL = 150 mHt = 10 ms
i = A

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: IR1 = 0.6145 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​ = 8 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​2 ΩAR4​12 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 = 3 + 12 = 15 Ω
R2 ∥ 15 = 2·15/(2+15) = 1.765 Ω
Req = R1 + 1.765 = 8 + 1.765 = 9.765 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 6/9.765 = 0.6145 A

답

IR1 = 0.6145 A
2.저항의 직렬·병렬

답: Req = 6.33 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​ = 2 ΩR3​ = 20 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​6 VR2​5 ΩAR4​20 ΩBR6​20 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 + 20 = 32 Ω
R4 ∥ 32 = 12.31 Ω
R3 + 12.31 = 32.31 Ω
R2 ∥ 32.31 = 4.33 Ω
Req = R1 + 4.33 = 2 + 4.33 = 6.33 Ω

답

Req = 6.33 Ω
3.마디 해석

답: VA = −4.688 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 + 12
VA/R1 + VB/R2 = Is

풀기

VA/5 + (VA + 12)/3 = 1.5
VA = (1.5 − 12/3)/(1/5 + 1/3) = −4.688 V
VB = −4.688 + 12 = 7.313 V

답

VA = −4.688 V
4.마디 해석

답: VA = 17.28 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​ = 3 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 5 Ω+−V1​18 VR3​6 ΩAR5​10 ΩBIs​3 A+−V2​36 V

마디 설정

접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 18 V, V2 = 36 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 − 18)/3 + (VA − VB)/3 = 0
0.8333·VA − 0.3333·VB = 6

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/10 + (VB − VA)/3 + (VB − 36)/5 = 3
−0.3333·VA + 0.6333·VB = 10.2

풀기

Δ = (0.8333)(0.6333) − (−0.3333)(−0.3333) = 0.4167
VA = Δ1/Δ = 7.2/0.4167 = 17.28 V
VB = Δ2/Δ = 10.5/0.4167 = 25.2 V

답

VA = 17.28 V
5.망 해석

답: IR2 = −1.021 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​ = 5 Ω+−V1​15 VR3​2 ΩA+−V2​9 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 + 2(I1 − I2) = 15
14·I1 − 2·I2 = 15

망 2의 KVL

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

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
5·I2 + 2(I2 − I1) = (−9)
−2·I1 + 7·I2 = −9

풀기

Δ = (14)(7) − (−2)(−2) = 94
I1 = Δ1/Δ = 87/94 = 0.9255 A
I2 = Δ2/Δ = −96/94 = −1.021 A

답

IR2 = I2 = −1.021 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

6.망 해석

답: I2 = −0.7521 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​ = 25 ΩR2​ = 6 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​6 VR4​4 ΩAR5​30 ΩB+−V2​12 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
25·I1 + 4(I1 − I2) = 6
29·I1 − 4·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
6·I2 + 4(I2 − I1) + 30(I2 − I3) = 0
−4·I1 + 40·I2 − 30·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
4·I3 + 30(I3 − I2) = (−12)
−30·I2 + 34·I3 = −12

풀기

Δ = 계수 행렬의 행렬식 = 12796
I1 = Δ1/Δ = 1320/12796 = 0.1032 A
I2 = Δ2/Δ = −9624/12796 = −0.7521 A
I3 = Δ3/Δ = −13008/12796 = −1.017 A

답

I2 = −0.7521 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

7.중첩의 원리

답: Is = 1.875 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​ = 5 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​4 ΩB개방

경우 1 · V1 단독 작용

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

R3+R4 = 10+4 = 14 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 15·14/(15+14) = 7.241 Ω
VA = 10·7.241/(5+7.241) = 5.915 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 5.915·4/14 = 1.69 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (5.915 − 1.69)/10 = 0.4225 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 = 3.75 Ω
IR3″ = −Is·R4/(R4 + R3 + R1∥R2) = −Is·4/17.75 = −0.2254·Is

합계를 0으로 두기

IR3′ + IR3″ = 0.4225 − 0.2254·Is = 0
Is = 0.4225/0.2254 = 1.875 A

답

Is = 1.875 A
8.중첩의 원리

답: V2 = 49.6 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​ = 5 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 25 Ω+−V1​9 VR3​10 ΩA개방B단락

경우 1 · V1 단독 작용

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

R3 ∥ (R2+R4) = 10 ∥ 28 = 7.368 Ω
VA = 9·7.368/(5+7.368) = 5.362 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 5.362·25/28 = 4.787 V
R1​ = 5 ΩR2​ = 3 ΩR4​ = 25 Ω단락R3​10 ΩAIs​4 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 = 3.333 Ω, 따라서 왼쪽 경로는 R2+3.333 = 6.333 Ω
Req = R4 ∥ 6.333 = 5.053 Ω
VB = −Is·Req = −4·5.053 = −20.21 V
VA = VB·3.333/6.333 = −10.64 V

경우 3 · V2 단독 작용, 1 V당

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

R1 ∥ R3 = 3.333 Ω
VA‴ = V2·3.333/(25 + 3 + 3.333) = 0.1064·V2

VA를 0으로 두기

VA = 0이면 R₃ 양단에 전압이 없으므로 전류는 0입니다.

VA′ + VA″ + VA‴ = 5.362 + (−10.64) + 0.1064·V2 = 0
V2 = 5.277/0.1064 = 49.6 V

답

V2 = 49.6 V
9.테브난·노턴

답: Rth = 10.18 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​ = 3 ΩR3​ = 8 Ω단락R2​8 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 3·8/(3+8) = 2.182 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.182 + 8 = 10.18 Ω
10.테브난·노턴

답: PL = 44.49 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​ = 2 Ω단락R2​12 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 8·12/(8+12) = 4.8 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 4.8 + 2 = 6.8 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​15 VR2​12 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) = 9 + 4·4.8 = 28.2 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 28.2 + 4·2 = 36.2 V
Rth​ = 6.8 Ω+−Vth​36.2 VRL​12 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) = 36.2/(6.8 + 12) = 1.926 A
PL = IL²·RL = 1.926²·12 = 44.49 W
11.연산 증폭기 회로

답: Vout = −4.56 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₊ = −0.8 V
I = V₋/R1 = −0.8/1 = −0.8 mA

출력 전압

R₁의 전류는 Rf에도 흐릅니다.

Vout = V₋ + I·Rf = −0.8 + (−0.8)·4.7 = −4.56 V

답

Vout = −4.56 V
12.연산 증폭기 회로

답: If = 0.3797 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 = 1.4/4.7 = 0.2979 mA
I2 = V2/R2 = 1.8/22 = 0.08182 mA
If = I1 + I2 = 0.3797 mA

답

If = 0.3797 mA
13.RC·RL 과도 현상

답: W = 2.662 mJ

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 = 33 mH / 22 Ω = 1.5 ms
i(∞) = Vs/R = 12/22 = 0.5455 A

주어진 시각의 전류

i(t) = 0.5455·(1 − e−2/1.5) = 0.4017 A

저장된 에너지

W = ½·L·i² = ½·33·0.4017² = 2.662 mJ

답

W = 2.662 mJ
14.RC·RL 과도 현상

답: i = 1.211 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.

초기값, 최종값, 시정수

t = 0 전에는 두 저항이 모두 루프에 있고, 그 후에는 닫힌 스위치가 R₂를 우회합니다.

i(0) = 20/(15 + 5) = 1 A
i(∞) = 20/15 = 1.333 A
τ = L/R = 150/15 = 10 ms
i(t) = 1.333 + (1 − 1.333)·e−t/τ

주어진 시각의 전류

i(10) = 1.333 + (−0.3333)·e−10/10 = 1.211 A

답

i = 1.211 A

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