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​ = 6 ΩIR1​R3​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​2 ΩAR4​8 ΩB

전원이 공급하며 R1에 흐르는 전류 IR1을(를) 구하시오.

V1 = 30 VR1 = 6 ΩR2 = 2 ΩR3 = 15 ΩR4 = 8 Ω
IR1 = A
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 25 ΩR3​ = 4 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​36 VR2​10 ΩAR4​12 ΩBR6​5 Ω

전원 V1이(가) 보는 합성 저항 Req을(를) 구하시오.

V1 = 36 VR1 = 25 ΩR2 = 10 ΩR3 = 4 ΩR4 = 12 ΩR5 = 12 ΩR6 = 5 Ω
Req = Ω
3.마디 해석보통
R1​ = 5 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​3 ΩAR4​15 ΩBIs​3 A

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

V1 = 6 VIs = 3 AR1 = 5 ΩR2 = 3 ΩR3 = 3 ΩR4 = 15 Ω
PIs = W
4.마디 해석어려움
R1​ = 8 Ω+−Vs​ = 10 VIx​+−V1​10 VR2​25 ΩAR3​12 ΩBIs​4 A

A와 B 사이의 전압원 Vₛ는 + 단자가 A에 있으므로 VA − VB = Vₛ가 됩니다. 슈퍼노드를 이용한 마디 해석법으로 화살표처럼 A에서 B로 전압원을 지나는 전류 Ix을(를) 구하시오.

V1 = 10 VIs = 4 AVs = 10 VR1 = 8 ΩR2 = 25 ΩR3 = 12 Ω
Ix = A
5.망 해석보통
R1​ = 15 Ω+−VR1​R2​ = 8 Ω+−V1​30 VR3​20 ΩA+−V2​6 VI1​I2​

망 해석법을 이용해 표시된 극성에서 R1 양단의 전압 VR1을(를) 구하시오.

V1 = 30 VV2 = 6 VR1 = 15 ΩR2 = 8 ΩR3 = 20 Ω
VR1 = V
6.망 해석어려움
R1​ = 6 ΩIR1​R2​ = 2 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​5 VR4​4 ΩAR5​6 ΩB+−V2​6 VI1​I2​I3​

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

V1 = 5 VV2 = 6 VR1 = 6 ΩR2 = 2 ΩR3 = 3 ΩR4 = 4 ΩR5 = 6 Ω
IR1 = A
7.중첩의 원리보통
R1​ = 15 ΩIR1​R3​ = 8 Ω+−V1​30 VR2​6 ΩAR4​6 ΩBIs​5 A

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

V1 = 30 VIs = 5 AR1 = 15 ΩR2 = 6 ΩR3 = 8 ΩR4 = 6 Ω
PR1 = 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 = −1.5 mA이다. V1을(를) 두 배로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = −0.5 mA이다. Is의 방향을 반대로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = 13.5 mA이다. V2을(를) 끄고 V1와(과) Is이(가) 정상값일 때의 부하 전류 I을(를) 구하시오.

정상: I = −1.5 mA2·V1: I = −0.5 mA−Is: I = 13.5 mA
I = mA
9.테브난·노턴보통
R1​ = 4 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​2 ΩAab

단자 a–b에서 본 테브난 저항 Rth을(를) 구하시오.

V1 = 30 VR1 = 4 ΩR2 = 2 ΩR3 = 15 Ω
Rth = Ω
10.테브난·노턴어려움
R1​ = 8 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​30 VR2​20 ΩAIs​3 ABRL​20 ΩIL​

a–b 사이에 부하 RL = 20 Ω을 연결한다. 나머지 회로를 테브난 등가 회로로 바꾸고 부하 전류 IL을(를) 구하시오.

V1 = 30 VIs = 3 AR1 = 8 ΩR2 = 20 ΩR3 = 5 ΩRL = 20 Ω
IL = A
11.연산 증폭기 회로보통
−+Vout​Rf​ = 22 kΩR1​ = 10 kΩVin​ = 1 V

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

Vin = 1 VR1 = 10 kΩRf = 22 kΩ
Vout = V
12.연산 증폭기 회로어려움
−+Vout​Rf​ = 47 kΩV1​ = 1.1 VR1​ = 100 kΩV2​ = −0.5 VR2​ = 10 kΩ

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

V1 = 1.1 VV2 = −0.5 VR1 = 100 kΩR2 = 10 kΩRf = 47 kΩ
Vout = V
13.RC·RL 과도 현상보통
R = 50 Ωt = 0L22 mHi(t)

인덕터에 3 A의 정상 전류가 흐른다. t = 0에 스위치가 R을 통한 루프를 닫고 전원이 제거되어, 인덕터 전류는 R을 통해 감쇠한다. 전류가 1.5 A로 떨어지는 데 얼마나 걸리는가? t을(를) 구하시오.

i(0) = 3 AR = 50 ΩL = 22 mH
t = ms
14.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​15 Vt = 0R = 10 kΩC68 µF+−vC​vC​(0) = 5 V

t = 0에서 스위치가 닫히기 직전, 커패시터 전압은 표시된 극성으로 5 V이다. t = 300 ms에서 커패시터 전압 vC을(를) 구하시오.

Vs = 15 VR = 10 kΩC = 68 µFvC(0) = 5 Vt = 300 ms
vC = V

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: IR1 = 3.827 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​ = 6 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​30 VR2​2 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 = 15 + 8 = 23 Ω
R2 ∥ 23 = 2·23/(2+23) = 1.84 Ω
Req = R1 + 1.84 = 6 + 1.84 = 7.84 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 30/7.84 = 3.827 A

답

IR1 = 3.827 A
2.저항의 직렬·병렬

답: Req = 30.25 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​ = 4 ΩR5​ = 12 Ω+−V1​36 VR2​10 ΩAR4​12 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 = 12 + 5 = 17 Ω
R4 ∥ 17 = 7.034 Ω
R3 + 7.034 = 11.03 Ω
R2 ∥ 11.03 = 5.246 Ω
Req = R1 + 5.246 = 25 + 5.246 = 30.25 Ω

답

Req = 30.25 Ω
3.마디 해석

답: PIs = 38.21 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/3 + (VA − 6)/5 + (VA − VB)/3 = 0
0.8667·VA − 0.3333·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/15 + (VB − VA)/3 = 3
−0.3333·VA + 0.4·VB = 3

풀기

Δ = (0.8667)(0.4) − (−0.3333)(−0.3333) = 0.2356
VA = Δ1/Δ = 1.48/0.2356 = 6.283 V
VB = Δ2/Δ = 3/0.2356 = 12.74 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 = 12.74·3 = 38.21 W

답

PIs = 38.21 W
4.마디 해석

답: Ix = −2.792 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.

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 − 10
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

풀기

(VA − 10)/8 + VA/25 + (VA − 10)/12 = 4
VA·(1/8 + 1/25 + 1/12) = 4 + 10/8 + 10/12 = 6.083
VA = 6.083/0.2483 = 24.5 V
VB = 14.5 V

전압원을 지나는 전류

마디 A만의 KCL: R₁을 통해 들어오는 전류는 R₂와 전압원을 통해 나갑니다.

IR1 = (10 − 24.5)/8 = −1.812 A
Ix = IR1 − VA/R2 = −1.812 − 24.5/25 = −2.792 A

답

Ix = −2.792 A

결과가 음수이면 실제 전류는 화살표와 반대로 흐릅니다.

5.망 해석

답: VR1 = 18.62 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​20 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 + 20(I1 − I2) = 30
35·I1 − 20·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 + 20(I2 − I1) = (−6)
−20·I1 + 28·I2 = −6

풀기

Δ = (35)(28) − (−20)(−20) = 580
I1 = Δ1/Δ = 720/580 = 1.241 A
I2 = Δ2/Δ = 390/580 = 0.6724 A

답

IR1 = I1 = 1.241 A
VR1 = IR1·R1 = 1.241·15 = 18.62 V

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

6.망 해석

답: IR1 = 0.375 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​ = 6 ΩR2​ = 2 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​5 VR4​4 ΩAR5​6 ΩB+−V2​6 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
6·I1 + 4(I1 − I2) = 5
10·I1 − 4·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
2·I2 + 4(I2 − I1) + 6(I2 − I3) = 0
−4·I1 + 12·I2 − 6·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
3·I3 + 6(I3 − I2) = (−6)
−6·I2 + 9·I3 = −6

풀기

Δ = 계수 행렬의 행렬식 = 576
I1 = Δ1/Δ = 216/576 = 0.375 A
I2 = Δ2/Δ = −180/576 = −0.3125 A
I3 = Δ3/Δ = −504/576 = −0.875 A

답

IR1 = I1 = 0.375 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

7.중첩의 원리

답: PR1 = 61.89 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​ = 15 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​30 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 = 8+6 = 14 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 6·14/(6+14) = 4.2 Ω
VA = 30·4.2/(15+4.2) = 6.563 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 6.563·6/14 = 2.813 V
IR1′ = (V1 − VA)/R1 = (30 − 6.563)/15 = 1.563 A
R1​ = 15 ΩR3​ = 8 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 = 15·6/(15+6) = 4.286 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 6 ∥ 12.29 = 4.031 Ω
VB = −Is·Req = −5·4.031 = −20.16 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = −20.16·4.286/12.29 = −7.031 V
IR1″ = (V1 − VA)/R1 = (0 − −7.031)/15 = 0.4688 A

전류 기여분 더하기

IR1 = IR1′ + IR1″ = 1.563 + 0.4688 = 2.031 A

저항의 전력

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

PR1 = IR1²·R1 = 2.031²·15 = 61.89 W

답

PR1 = 61.89 W

각 경우의 전력을 더하면 39.92 W가 되는데, 이는 틀린 값입니다.

8.중첩의 원리

답: I = −6.5 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 = −1.5
2·I₁ + I₂ + I₃ = −0.5
I₁ + I₂ − I₃ = 13.5

기여분 구하기

I₁ = −0.5 − (−1.5) = 1 mA
I₃ = (−1.5 − 13.5)/2 = −7.5 mA
I₂ = −1.5 − 1 − (−7.5) = 5 mA

V₂ 끄기

I = I₁ + I₃ = 1 + (−7.5) = −6.5 mA

답

I = −6.5 mA
9.테브난·노턴

답: Rth = 16.33 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​ = 4 ΩR3​ = 15 Ω단락R2​2 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 4·2/(4+2) = 1.333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 1.333 + 15 = 16.33 Ω
10.테브난·노턴

답: IL = 1.744 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​ = 8 ΩR3​ = 5 Ω단락R2​20 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 8·20/(8+20) = 5.714 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 5.714 + 5 = 10.71 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 5 Ω+−V1​30 VR2​20 ΩAIs​3 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) = 21.43 + 3·5.714 = 38.57 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 38.57 + 3·5 = 53.57 V
Rth​ = 10.71 Ω+−Vth​53.57 VRL​20 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) = 53.57/(10.71 + 20) = 1.744 A
11.연산 증폭기 회로

답: Vout = 3.2 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₊ = 1 V
I = V₋/R1 = 1/10 = 0.1 mA

출력 전압

R₁의 전류는 Rf에도 흐릅니다.

Vout = V₋ + I·Rf = 1 + 0.1·22 = 3.2 V

답

Vout = 3.2 V
12.연산 증폭기 회로

답: Vout = 1.833 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 = 1.1/100 = 0.011 mA
I2 = V2/R2 = −0.5/10 = −0.05 mA
If = I1 + I2 = −0.039 mA

출력 전압

Vout = −Rf·If = −47·(−0.039) = 1.833 V

답

Vout = 1.833 V
13.RC·RL 과도 현상

답: t = 0.305 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.

시정수

τ = L/R = 22 mH / 50 Ω = 0.44 ms

시간에 대해 풀기

1.5 = 3·e−t/τ → t = τ·ln(3/1.5)
t = 0.44·ln(2) = 0.305 ms

답

t = 0.305 ms
14.RC·RL 과도 현상

답: vC = 8.567 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.

초기값, 최종값, 시정수

커패시터 전압은 갑자기 변할 수 없으므로 저장된 값에서 시작해 전원 전압으로 향합니다.

vC(0) = 5 V, vC(∞) = Vs = 15 V
τ = R·C = 10 kΩ · 68 µF = 680 ms
vC(t) = 15 + (5 − 15)·e−t/τ

주어진 시각의 전압

vC(300) = 15 + (−10)·e−300/680 = 8.567 V

답

vC = 8.567 V

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