회로이론 1: 벼락치기 팩

공식 모음, 모든 주제의 핵심 풀이 단계, 연습 문제 14개가 들어 있으며 전체 풀이는 맨 뒤에 있습니다.

새 문제강의로 돌아가기

인쇄 창에서 “PDF로 저장”을 선택하면 기기에 사본을 보관할 수 있습니다.

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​ = 15 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​5 ΩIR2​AR4​15 ΩB

R2에 흐르는 전류 IR2을(를) 구하시오.

V1 = 10 VR1 = 15 ΩR2 = 5 ΩR3 = 12 ΩR4 = 15 Ω
IR2 = A
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 2 ΩR3​ = 5 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​12 VR2​2 ΩAR4​6 ΩBR6​8 Ω

전원 V1이(가) 보는 합성 저항 Req을(를) 구하시오.

V1 = 12 VR1 = 2 ΩR2 = 2 ΩR3 = 5 ΩR4 = 6 ΩR5 = 20 ΩR6 = 8 Ω
Req = Ω
3.마디 해석보통
−+Vs​ = 5 VIs​1 AAR1​2 ΩR2​10 ΩB

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

Is = 1 AVs = 5 VR1 = 2 ΩR2 = 10 Ω
VB = V
4.마디 해석어려움
R1​ = 6 Ω−+Vs​ = 8 VIx​+−V1​15 VR2​4 ΩAR3​6 ΩBIs​1.5 A

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

V1 = 15 VIs = 1.5 AVs = 8 VR1 = 6 ΩR2 = 4 ΩR3 = 6 Ω
Ix = A
5.망 해석보통
R1​ = 4 ΩR2​ = 5 Ω+−VR2​+−V1​12 VR3​6 ΩA+−V2​18 VI1​I2​

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

V1 = 12 VV2 = 18 VR1 = 4 ΩR2 = 5 ΩR3 = 6 Ω
VR2 = V
6.망 해석어려움
R1​ = 3 ΩIR1​R2​ = 10 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​6 VR4​4 ΩAR5​6 ΩB+−V2​5 VI1​I2​I3​

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

V1 = 6 VV2 = 5 VR1 = 3 ΩR2 = 10 ΩR3 = 25 ΩR4 = 4 ΩR5 = 6 Ω
IR1 = A
7.중첩의 원리보통
R1​ = 15 ΩIR1​R3​ = 4 Ω+−V1​10 VR2​8 ΩAR4​2 ΩBIs​2.5 A

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

V1 = 10 VIs = 2.5 AR1 = 15 ΩR2 = 8 ΩR3 = 4 ΩR4 = 2 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 = 2.5 mA이다. V1을(를) 두 배로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = 3.5 mA이다. Is의 방향을 반대로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = 0.5 mA이다. V2을(를) 끄고 V1와(과) Is이(가) 정상값일 때의 부하 전류 I을(를) 구하시오.

정상: I = 2.5 mA2·V1: I = 3.5 mA−Is: I = 0.5 mA
I = mA
9.테브난·노턴보통
R1​ = 6 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​30 VR2​3 ΩAab

단자 a–b에서 본 테브난 저항 Rth을(를) 구하시오.

V1 = 30 VR1 = 6 ΩR2 = 3 ΩR3 = 20 Ω
Rth = Ω
10.테브난·노턴어려움
R1​ = 20 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​30 VR2​10 ΩAIs​6 ABab

단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.

V1 = 30 VIs = 6 AR1 = 20 ΩR2 = 10 ΩR3 = 6 Ω
Vth = V
11.연산 증폭기 회로보통
−+Vout​Rf​ = 100 kΩR1​ = 47 kΩVin​ = −1 VRa​ = 22 kΩRb​ = 100 kΩ

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

Vin = −1 VRa = 22 kΩRb = 100 kΩR1 = 47 kΩRf = 100 kΩ
Vout = V
12.연산 증폭기 회로어려움
−+Vout​Rf​ = 1 kΩV1​ = 0.9 VR1​ = 1 kΩV2​ = −1 VR2​ = 10 kΩ

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

V1 = 0.9 VV2 = −1 VR1 = 1 kΩR2 = 10 kΩRf = 1 kΩ
Vout = V
13.RC·RL 과도 현상보통
+−Vs​12 Vt = 0R = 20 ΩL10 mHi(t)

t = 0에서 스위치가 닫히기 전에는 인덕터에 전류가 흐르지 않는다. t = 1 ms에서 인덕터에 저장된 에너지 W을(를) mJ로 구하시오.

Vs = 12 VR = 20 ΩL = 10 mHt = 1 ms
W = mJ
14.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​12 VR1​ = 5 ΩR2​ = 20 Ωt = 0에 열림L47 mHi(t)

R2 양단의 스위치가 오랫동안 닫혀 있었으므로 인덕터 전류는 정상 상태이다. t = 0에 스위치가 열린다. t = 0 후 얼마 만에 인덕터 전류가 1.248 A에 도달하는가? t을(를) 구하시오.

Vs = 12 VR1 = 5 ΩR2 = 20 ΩL = 47 mH
t = ms

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: IR2 = 0.439 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​ = 15 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​10 VR2​5 ΩAR4​15 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 + 15 = 27 Ω
R2 ∥ 27 = 5·27/(5+27) = 4.219 Ω
Req = R1 + 4.219 = 15 + 4.219 = 19.22 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 10/19.22 = 0.5203 A

R₂에 흐르는 전류

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

VA = V1 − IR1·R1 = 10 − 0.5203·15 = 2.195 V
IR2 = VA/R2 = 2.195/5 = 0.439 A

답

IR2 = 0.439 A
2.저항의 직렬·병렬

답: Req = 3.665 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​ = 20 Ω+−V1​12 VR2​2 ΩAR4​6 ΩBR6​8 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 + 8 = 28 Ω
R4 ∥ 28 = 4.941 Ω
R3 + 4.941 = 9.941 Ω
R2 ∥ 9.941 = 1.665 Ω
Req = R1 + 1.665 = 2 + 1.665 = 3.665 Ω

답

Req = 3.665 Ω
3.마디 해석

답: VB = 5.833 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 + 5
VA/R1 + VB/R2 = Is

풀기

VA/2 + (VA + 5)/10 = 1
VA = (1 − 5/10)/(1/2 + 1/10) = 0.8333 V
VB = 0.8333 + 5 = 5.833 V

답

VB = 5.833 V
4.마디 해석

답: Ix = 0.5952 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 + 8
(VA − V1)/R1 + VA/R2 + VB/R3 = Is

풀기

(VA − 15)/6 + VA/4 + (VA + 8)/6 = 1.5
VA·(1/6 + 1/4 + 1/6) = 1.5 + 15/6 − 8/6 = 2.667
VA = 2.667/0.5833 = 4.571 V
VB = 12.57 V

전압원을 지나는 전류

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

IR1 = (15 − 4.571)/6 = 1.738 A
Ix = IR1 − VA/R2 = 1.738 − 4.571/4 = 0.5952 A

답

Ix = 0.5952 A

결과가 음수이면 실제 전류는 화살표와 반대로 흐릅니다.

5.망 해석

답: VR2 = −7.297 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​ = 4 ΩR2​ = 5 Ω+−V1​12 VR3​6 ΩA+−V2​18 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
4·I1 + 6(I1 − I2) = 12
10·I1 − 6·I2 = 12

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 + 6(I2 − I1) = (−18)
−6·I1 + 11·I2 = −18

풀기

Δ = (10)(11) − (−6)(−6) = 74
I1 = Δ1/Δ = 24/74 = 0.3243 A
I2 = Δ2/Δ = −108/74 = −1.459 A

답

IR2 = I2 = −1.459 A
VR2 = IR2·R2 = −1.459·5 = −7.297 V

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

6.망 해석

답: IR1 = 0.9421 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​ = 3 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​6 VR4​4 ΩAR5​6 ΩB+−V2​5 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
3·I1 + 4(I1 − I2) = 6
7·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
10·I2 + 4(I2 − I1) + 6(I2 − I3) = 0
−4·I1 + 20·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
25·I3 + 6(I3 − I2) = (−5)
−6·I2 + 31·I3 = −5

풀기

Δ = 계수 행렬의 행렬식 = 3592
I1 = Δ1/Δ = 3384/3592 = 0.9421 A
I2 = Δ2/Δ = 534/3592 = 0.1487 A
I3 = Δ3/Δ = −476/3592 = −0.1325 A

답

IR1 = I1 = 0.9421 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

7.중첩의 원리

답: PR1 = 2.253 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​ = 4 Ω+−V1​10 VR2​8 ΩAR4​2 ΩB개방

경우 1 · V1만 작용

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

R3+R4 = 4+2 = 6 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 8·6/(8+6) = 3.429 Ω
VA = 10·3.429/(15+3.429) = 1.86 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 1.86·2/6 = 0.6202 V
IR1′ = (V1 − VA)/R1 = (10 − 1.86)/15 = 0.5426 A
R1​ = 15 ΩR3​ = 4 Ω단락R2​8 ΩAR4​2 ΩBIs​2.5 A

경우 2 · Is만 작용

V₁이 단락되므로 R₁은 R₂와 병렬입니다. Iₛ는 B에서 R₄와 R₃를 지나는 경로로 나뉩니다.

R1 ∥ R2 = 15·8/(15+8) = 5.217 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 2 ∥ 9.217 = 1.643 Ω
VB = Is·Req = 2.5·1.643 = 4.109 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 4.109·5.217/9.217 = 2.326 V
IR1″ = (V1 − VA)/R1 = (0 − 2.326)/15 = −0.155 A

전류 기여분 더하기

IR1 = IR1′ + IR1″ = 0.5426 + (−0.155) = 0.3876 A

저항의 전력

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

PR1 = IR1²·R1 = 0.3876²·15 = 2.253 W

답

PR1 = 2.253 W

각 경우의 전력을 더하면 4.777 W가 되는데, 이는 틀린 값입니다.

8.중첩의 원리

답: I = 2 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 = 2.5
2·I₁ + I₂ + I₃ = 3.5
I₁ + I₂ − I₃ = 0.5

기여분 구하기

I₁ = 3.5 − 2.5 = 1 mA
I₃ = (2.5 − 0.5)/2 = 1 mA
I₂ = 2.5 − 1 − 1 = 0.5 mA

V₂ 끄기

I = I₁ + I₃ = 1 + 1 = 2 mA

답

I = 2 mA
9.테브난·노턴

답: Rth = 22 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​ = 6 ΩR3​ = 20 Ω단락R2​3 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 6·3/(6+3) = 2 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2 + 20 = 22 Ω
10.테브난·노턴

답: Vth = 86 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​ = 20 ΩR3​ = 6 Ω단락R2​10 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 20·10/(20+10) = 6.667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6.667 + 6 = 12.67 Ω
R1​ = 20 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​30 VR2​10 ΩAIs​6 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) = 10 + 6·6.667 = 50 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 50 + 6·6 = 86 V
11.연산 증폭기 회로

답: Vout = −2.564 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) = −1·100/(22 + 100) = −0.8197 V

비반전 이득

V₋ = V₊이고, R₁을 흐르는 전류는 Rf도 흐릅니다.

Vout = V₊·(1 + Rf/R1) = −0.8197·(1 + 100/47) = −2.564 V

답

Vout = −2.564 V
12.연산 증폭기 회로

답: Vout = −0.8 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 = 0.9/1 = 0.9 mA
I2 = V2/R2 = −1/10 = −0.1 mA
If = I1 + I2 = 0.8 mA

출력 전압

Vout = −Rf·If = −1·0.8 = −0.8 V

답

Vout = −0.8 V
13.RC·RL 과도 현상

답: W = 1.346 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 = 10 mH / 20 Ω = 0.5 ms
i(∞) = Vs/R = 12/20 = 0.6 A

주어진 시각의 전류

i(t) = 0.6·(1 − e−1/0.5) = 0.5188 A

저장된 에너지

W = ½·L·i² = ½·10·0.5188² = 1.346 mJ

답

W = 1.346 mJ
14.RC·RL 과도 현상

답: t = 1.723 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

t = 0 전에는 닫힌 스위치가 R₂를 우회하고, 그 후에는 R₁과 R₂가 모두 루프에 있습니다.

i(0) = 12/5 = 2.4 A
i(∞) = 12/(5 + 20) = 0.48 A
τ = L/R = 47/25 = 1.88 ms
i(t) = 0.48 + (2.4 − 0.48)·e−t/τ

시간에 대해 풀기

e−t/τ = (1.248 − 0.48)/(2.4 − 0.48) = 0.4
t = 1.88·ln(2.5) = 1.723 ms

답

t = 1.723 ms

ExamProblems · examproblems.com/courses/circuit-analysis-1