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​ = 4 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​6 VR2​2 ΩIR2​AR4​12 ΩB

R2에 흐르는 전류 IR2을(를) 구하시오.

V1 = 6 VR1 = 4 ΩR2 = 2 ΩR3 = 10 ΩR4 = 12 Ω
IR2 = A
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 15 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 15 Ω+−V1​18 VR2​3 ΩAR4​20 ΩBR6​3 Ω

전원 V1이(가) 보는 합성 저항 Req을(를) 구하시오.

V1 = 18 VR1 = 15 ΩR2 = 3 ΩR3 = 3 ΩR4 = 20 ΩR5 = 15 ΩR6 = 3 Ω
Req = Ω
3.마디 해석보통
R1​ = 8 ΩIR1​R3​ = 15 Ω+−V1​15 VR2​12 ΩAR4​2 ΩBIs​1.5 A

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

V1 = 15 VIs = 1.5 AR1 = 8 ΩR2 = 12 ΩR3 = 15 ΩR4 = 2 Ω
IR1 = A
4.마디 해석어려움
R1​ = 5 ΩIR1​R2​ = 30 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​10 VR3​20 ΩAR5​30 ΩBIs​5 A+−V2​9 V

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

V1 = 10 VIs = 5 AV2 = 9 VR1 = 5 ΩR2 = 30 ΩR3 = 20 ΩR4 = 30 ΩR5 = 30 Ω
IR1 = A
5.망 해석보통
R1​ = 10 ΩR2​ = 4 ΩIR2​+−V1​6 VR3​4 ΩA+−V2​6 VI1​I2​

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

V1 = 6 VV2 = 6 VR1 = 10 ΩR2 = 4 ΩR3 = 4 Ω
IR2 = A
6.망 해석어려움
R1​ = 8 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​12 VR4​30 ΩAR5​8 ΩB+−V2​24 VI1​I2​I3​

망 해석법을 이용해 망 전류 I1 (시계 방향)을(를) 구하시오.

V1 = 12 VV2 = 24 VR1 = 8 ΩR2 = 10 ΩR3 = 20 ΩR4 = 30 ΩR5 = 8 Ω
I1 = A
7.중첩의 원리보통
선형 회로Vs​Is​IRL​

선형 저항 회로에 전압원 Vs 하나와 전류원 Is 하나가 있다. 부하 저항의 전류 I를 두 번 측정했다: Vs = 15 V, Is = 8 mA일 때 I = 2 mA이고, Vs = 10 V, Is = 2 mA일 때 I = 3 mA이다. Vs = 4 V, Is = 6 mA일 때의 부하 전류 I을(를) 구하시오.

15 V, 8 mA → 2 mA10 V, 2 mA → 3 mAVs = 4 V, Is = 6 mA
I = mA
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 = 5 mA이다. V1을(를) 두 배로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = 5.5 mA이다. Is의 방향을 반대로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = 3 mA이다. V2을(를) 끄고 V1와(과) Is이(가) 정상값일 때의 부하 전류 I을(를) 구하시오.

정상: I = 5 mA2·V1: I = 5.5 mA−Is: I = 3 mA
I = mA
9.테브난·노턴보통
R1​ = 3 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​18 VR2​12 ΩAab

단자 a–b에서 본 테브난 저항 Rth을(를) 구하시오.

V1 = 18 VR1 = 3 ΩR2 = 12 ΩR3 = 6 Ω
Rth = Ω
10.테브난·노턴어려움
R1​ = 4 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​36 VR2​12 ΩAIs​5 ABab

단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.

V1 = 36 VIs = 5 AR1 = 4 ΩR2 = 12 ΩR3 = 25 Ω
Vth = V
11.연산 증폭기 회로보통
−+Vout​Rf​ = 100 kΩR1​ = 100 kΩVin​ = 0.6 V

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

Vin = 0.6 VR1 = 100 kΩRf = 100 kΩ
Vout = V
12.연산 증폭기 회로어려움
−+Vout​R2​ = 4.7 kΩV1​ = −0.4 VR1​ = 22 kΩV2​ = −1.5 VR3​ = 2 kΩR4​ = 100 kΩ

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

V1 = −0.4 VV2 = −1.5 VR1 = 22 kΩR2 = 4.7 kΩR3 = 2 kΩR4 = 100 kΩ
Vout = V
13.RC·RL 과도 현상보통
+−Vs​20 Vt = 0R1​ = 6.8 kΩR2​ = 3.3 kΩC68 µF+−vC​

전원 Vₛ가 R₁을 통해 커패시터를 충전하며, R₂는 C와 병렬로 연결되어 있습니다. t = 0에서 스위치가 닫힐 때 커패시터는 충전되어 있지 않다. t = 80 ms에서 커패시터 전압 vC을(를) 구하시오.

Vs = 20 VR1 = 6.8 kΩR2 = 3.3 kΩC = 68 µFt = 80 ms
vC = V
14.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​15 Vt = 0R = ?C47 µF+−vC​

타이머가 t = 0에 15 V 전원에서 저항을 통해 충전되지 않은 커패시터를 충전하기 시작한다. 타이머는 시작 후 정확히 1000 ms에 커패시터 전압이 9.48 V에 도달할 때 작동해야 한다. C = 47 µF일 때 필요한 저항 R을(를) 구하시오.

Vs = 15 VVth = 9.48 VT = 1000 msC = 47 µF
R = kΩ

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: IR2 = 0.9429 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​ = 4 ΩR3​ = 10 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 = 10 + 12 = 22 Ω
R2 ∥ 22 = 2·22/(2+22) = 1.833 Ω
Req = R1 + 1.833 = 4 + 1.833 = 5.833 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 6/5.833 = 1.029 A

R₂에 흐르는 전류

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

VA = V1 − IR1·R1 = 6 − 1.029·4 = 1.886 V
IR2 = VA/R2 = 1.886/2 = 0.9429 A

답

IR2 = 0.9429 A
2.저항의 직렬·병렬

답: Req = 17.42 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​ = 15 ΩR3​ = 3 ΩR5​ = 15 Ω+−V1​18 VR2​3 ΩAR4​20 ΩBR6​3 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 = 15 + 3 = 18 Ω
R4 ∥ 18 = 9.474 Ω
R3 + 9.474 = 12.47 Ω
R2 ∥ 12.47 = 2.418 Ω
Req = R1 + 2.418 = 15 + 2.418 = 17.42 Ω

답

Req = 17.42 Ω
3.마디 해석

답: IR1 = 0.9151 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​ = 8 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​15 VR2​12 ΩAR4​2 ΩBIs​1.5 A

마디 설정

접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 15 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/12 + (VA − 15)/8 + (VA − VB)/15 = 0
0.275·VA − 0.06667·VB = 1.875

마디 B에서 KCL

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/2 + (VB − VA)/15 = 1.5
−0.06667·VA + 0.5667·VB = 1.5

풀기

Δ = (0.275)(0.5667) − (−0.06667)(−0.06667) = 0.1514
VA = Δ1/Δ = 1.163/0.1514 = 7.679 V
VB = Δ2/Δ = 0.5375/0.1514 = 3.55 V

답

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (15 − 7.679)/8 = 0.9151 A
4.마디 해석

답: IR1 = 1.682 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​ = 5 ΩR2​ = 30 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​10 VR3​20 ΩAR5​30 ΩBIs​5 A+−V2​9 V

마디 설정

접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 10 V, V2 = 9 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/20 + (VA − 10)/5 + (VA − VB)/30 = 0
0.2833·VA − 0.03333·VB = 2

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/30 + (VB − VA)/30 + (VB − 9)/30 = (−5)
−0.03333·VA + 0.1·VB = −4.7

풀기

Δ = (0.2833)(0.1) − (−0.03333)(−0.03333) = 0.02722
VA = Δ1/Δ = 0.04333/0.02722 = 1.592 V
VB = Δ2/Δ = −1.265/0.02722 = −46.47 V

답

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (10 − 1.592)/5 = 1.682 A
5.망 해석

답: IR2 = −0.625 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​ = 4 Ω+−V1​6 VR3​4 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
10·I1 + 4(I1 − I2) = 6
14·I1 − 4·I2 = 6

망 2의 KVL

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

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
4·I2 + 4(I2 − I1) = (−6)
−4·I1 + 8·I2 = −6

풀기

Δ = (14)(8) − (−4)(−4) = 96
I1 = Δ1/Δ = 24/96 = 0.25 A
I2 = Δ2/Δ = −60/96 = −0.625 A

답

IR2 = I2 = −0.625 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

6.망 해석

답: I1 = 0.4096 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​ = 8 ΩR2​ = 10 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​12 VR4​30 ΩAR5​8 ΩB+−V2​24 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
8·I1 + 30(I1 − I2) = 12
38·I1 − 30·I2 = 12

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 + 30(I2 − I1) + 8(I2 − I3) = 0
−30·I1 + 48·I2 − 8·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
20·I3 + 8(I3 − I2) = (−24)
−8·I2 + 28·I3 = −24

풀기

Δ = 계수 행렬의 행렬식 = 23440
I1 = Δ1/Δ = 9600/23440 = 0.4096 A
I2 = Δ2/Δ = 2784/23440 = 0.1188 A
I3 = Δ3/Δ = −19296/23440 = −0.8232 A

답

I1 = 0.4096 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

7.중첩의 원리

답: I = −1.4 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.

응답을 기여분의 합으로 쓰기

각 기여분은 자기 전원에 비례하며, 그 상수는 저항에만 의존합니다.

I = k₁·Vs + k₂·Is
15·k₁ + 8·k₂ = 2
10·k₁ + 2·k₂ = 3

상수 구하기

Δ = (15)(2) − (8)(10) = −50
k₁ = Δ1/Δ = −20/−50 = 0.4
k₂ = Δ2/Δ = 25/−50 = −0.5
k₁ = 0.4 mA/V, k₂ = −0.5

새 전류 예측

I = 0.4·4 + (−0.5)·6 = −1.4 mA

답

I = −1.4 mA
8.중첩의 원리

답: I = 1.5 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 = 5
2·I₁ + I₂ + I₃ = 5.5
I₁ + I₂ − I₃ = 3

기여분 구하기

I₁ = 5.5 − 5 = 0.5 mA
I₃ = (5 − 3)/2 = 1 mA
I₂ = 5 − 0.5 − 1 = 3.5 mA

V₂ 끄기

I = I₁ + I₃ = 0.5 + 1 = 1.5 mA

답

I = 1.5 mA
9.테브난·노턴

답: Rth = 8.4 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​ = 6 Ω단락R2​12 ΩAabRth​

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 + 6 = 8.4 Ω
10.테브난·노턴

답: Vth = −113 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​ = 4 ΩR3​ = 25 Ω단락R2​12 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 4·12/(4+12) = 3 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3 + 25 = 28 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​36 VR2​12 ΩAIs​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) = 27 + (−5)·3 = 12 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 12 + (−5)·25 = −113 V
11.연산 증폭기 회로

답: Vout = 1.2 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₊ = 0.6 V
I = V₋/R1 = 0.6/100 = 0.006 mA

출력 전압

R₁의 전류는 Rf에도 흐릅니다.

Vout = V₋ + I·Rf = 0.6 + 0.006·100 = 1.2 V

답

Vout = 1.2 V
12.연산 증폭기 회로

답: Vout = −1.699 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₊ = V2·R4/(R3 + R4) = −1.5·100/(2 + 100) = −1.471 V

두 입력의 중첩

V₂ = 0이면 V₁은 반전 증폭기로 보입니다. V₁ = 0이면 V₊가 비반전 이득 1 + R₂/R₁로 증폭됩니다.

Vout = −(4.7/22)·(−0.4) + (1 + 4.7/22)·(−1.471) = 0.08545 + (−1.785) = −1.699 V

답

Vout = −1.699 V
13.RC·RL 과도 현상

답: vC = 2.686 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.

커패시터에서 본 테브난 등가 회로

Rth를 구하려면 전원을 단락하고, 최종 전압을 구하려면 커패시터를 개방하세요.

Rth = R1 ∥ R2 = 6.8·3.3/(6.8 + 3.3) = 2.222 kΩ
vC(∞) = 20·3.3/(6.8 + 3.3) = 6.535 V

시정수

τ = Rth·C = 2.222·68 = 151.1 ms

충전 곡선

vC(t) = 6.535·(1 − e−80/151.1) = 2.686 V

답

vC = 2.686 V
14.RC·RL 과도 현상

답: R = 21.28 kΩ

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.

필요한 시정수

9.48 = 15·(1 − e−1000/τ) → τ = 1000/ln(15/(15 − 9.48))
τ = 1000/0.9997 = 1000 ms

저항

kΩ × µF는 밀리초입니다.

R = τ/C = 1000/47 = 21.28 kΩ

답

R = 21.28 kΩ

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