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​ = 5 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​15 ΩIR2​AR4​12 ΩB

R2에 흐르는 전류 IR2을(를) 구하시오.

V1 = 6 VR1 = 5 ΩR2 = 15 ΩR3 = 3 ΩR4 = 12 Ω
IR2 = A
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 15 ΩR3​ = 20 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​6 VR2​25 ΩIR2​AR4​30 ΩBR6​25 Ω

R2에 흐르는 전류 IR2을(를) 구하시오.

V1 = 6 VR1 = 15 ΩR2 = 25 ΩR3 = 20 ΩR4 = 30 ΩR5 = 20 ΩR6 = 25 Ω
IR2 = A
3.마디 해석보통
R1​ = 10 ΩR3​ = 8 Ω+−V1​18 VR2​2 ΩAR4​20 ΩBIs​4 A

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

V1 = 18 VIs = 4 AR1 = 10 ΩR2 = 2 ΩR3 = 8 ΩR4 = 20 Ω
PIs = W
4.마디 해석어려움
R1​ = 20 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAR4​5 ΩBIs​?

마디 A의 전압이 VA = 5 V가 될 때까지 전류원을 조정한다. 마디 해석법을 이용해 전원 전류 Is(방향은 그림과 같음)을(를) 구하시오.

V1 = 9 VR1 = 20 ΩR2 = 5 ΩR3 = 3 ΩR4 = 5 ΩVA = 5 V
Is = A
5.망 해석보통
R1​ = 12 ΩR2​ = 8 Ω+−VR2​+−V1​15 VR3​3 ΩA+−V2​18 VI1​I2​

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

V1 = 15 VV2 = 18 VR1 = 12 ΩR2 = 8 ΩR3 = 3 Ω
VR2 = V
6.망 해석어려움
R1​ = 5 ΩR2​ = 15 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​6 VR4​5 ΩAR5​5 ΩB+−V2​15 VI1​I2​I3​

망 해석법을 이용해 망 전류 I1 (시계 방향)을(를) 구하시오.

V1 = 6 VV2 = 15 VR1 = 5 ΩR2 = 15 ΩR3 = 6 ΩR4 = 5 ΩR5 = 5 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 = 4 V, Is = 8 mA일 때 I = 2 mA이고, Vs = 6 V, Is = 5 mA일 때 I = 4.75 mA이다. Vs = 15 V, Is = 3 mA일 때의 부하 전류 I을(를) 구하시오.

4 V, 8 mA → 2 mA6 V, 5 mA → 4.75 mAVs = 15 V, Is = 3 mA
I = mA
8.중첩의 원리어려움
R1​ = 12 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​36 VR3​10 ΩIR3​AIs​4 AB+−V2​?

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

V1 = 36 VIs = 4 AR1 = 12 ΩR2 = 6 ΩR3 = 10 ΩR4 = 30 Ω
V2 = V
9.테브난·노턴보통
R1​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​8 ΩAab

단자 a–b에서 본 테브난 전압 Vth을(를) 구하시오.

V1 = 9 VR1 = 5 ΩR2 = 8 ΩR3 = 6 Ω
Vth = V
10.테브난·노턴어려움
R1​ = 6 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​10 VR2​10 ΩAIs​3 ABab

노턴 전류 IN을(를) 구하시오: 단자를 단락했을 때 a에서 b로 흐르는 전류.

V1 = 10 VIs = 3 AR1 = 6 ΩR2 = 10 ΩR3 = 3 Ω
IN = A
11.연산 증폭기 회로보통
−+Vout​Rf​ = 100 kΩR1​ = 1 kΩVin​ = 2 VRa​ = 100 kΩRb​ = 1 kΩ

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

Vin = 2 VRa = 100 kΩRb = 1 kΩR1 = 1 kΩRf = 100 kΩ
Vout = V
12.연산 증폭기 회로어려움
−+Vout​Rf​ = 10 kΩV1​ = 0.4 VR1​ = 1 kΩV2​ = −1.2 VR2​ = 2 kΩIf​

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

V1 = 0.4 VV2 = −1.2 VR1 = 1 kΩR2 = 2 kΩRf = 10 kΩ
If = mA
13.RC·RL 과도 현상보통
+−Vs​9 Vt = 0R = 20 ΩL22 mHi(t)

t = 0에서 스위치가 닫히기 전에는 인덕터에 전류가 흐르지 않는다. t = 1 ms에서 전류 i을(를) 구하시오.

Vs = 9 VR = 20 ΩL = 22 mHt = 1 ms
i = A
14.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​12 Vt = 0R = ?C10 µF+−vC​

타이머가 t = 0에 12 V 전원에서 저항을 통해 충전되지 않은 커패시터를 충전하기 시작한다. 타이머는 시작 후 정확히 10 ms에 커패시터 전압이 10.8 V에 도달할 때 작동해야 한다. C = 10 µF일 때 필요한 저항 R을(를) 구하시오.

Vs = 12 VVth = 10.8 VT = 10 msC = 10 µF
R = kΩ

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: IR2 = 0.24 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​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​15 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 = 15·15/(15+15) = 7.5 Ω
Req = R1 + 7.5 = 5 + 7.5 = 12.5 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 6/12.5 = 0.48 A

R₂에 흐르는 전류

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

VA = V1 − IR1·R1 = 6 − 0.48·5 = 3.6 V
IR2 = VA/R2 = 3.6/15 = 0.24 A

답

IR2 = 0.24 A
2.저항의 직렬·병렬

답: IR2 = 0.1203 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​ = 20 ΩR5​ = 20 Ω+−V1​6 VR2​25 ΩAR4​30 ΩBR6​25 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 + 25 = 45 Ω
R4 ∥ 45 = 18 Ω
R3 + 18 = 38 Ω
R2 ∥ 38 = 15.08 Ω
Req = R1 + 15.08 = 15 + 15.08 = 30.08 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 6/30.08 = 0.1995 A

R₂에 흐르는 전류

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

VA = V1 − IR1·R1 = 6 − 0.1995·15 = 3.008 V
IR2 = VA/R2 = 3.008/25 = 0.1203 A

답

IR2 = 0.1203 A
3.마디 해석

답: PIs = 112.4 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/2 + (VA − 18)/10 + (VA − VB)/8 = 0
0.725·VA − 0.125·VB = 1.8

마디 B에서 KCL

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/20 + (VB − VA)/8 = 4
−0.125·VA + 0.175·VB = 4

풀기

Δ = (0.725)(0.175) − (−0.125)(−0.125) = 0.1112
VA = Δ1/Δ = 0.815/0.1112 = 7.326 V
VB = Δ2/Δ = 3.125/0.1112 = 28.09 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 = 28.09·4 = 112.4 W

답

PIs = 112.4 W
4.마디 해석

답: Is = 2.28 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.

마디 A에서의 KCL

VA를 알고 있으므로 이 방정식에서 VB가 나옵니다.

(VA − V1)/R1 + VA/R2 + (VA − VB)/R3 = 0
(5 − 9)/20 + 5/5 = (VB − 5)/3
0.8 = (VB − 5)/3 → VB = 7.4 V

마디 B에서의 KCL

저항을 통해 B에서 나가는 전류는 전원이 B로 밀어 넣는 전류와 같습니다.

Is = (VB − VA)/R3 + VB/R4 = (7.4 − 5)/3 + 7.4/5 = 2.28 A

답

Is = 2.28 A
5.망 해석

답: VR2 = −11.54 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​ = 12 ΩR2​ = 8 Ω+−V1​15 VR3​3 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
12·I1 + 3(I1 − I2) = 15
15·I1 − 3·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
8·I2 + 3(I2 − I1) = (−18)
−3·I1 + 11·I2 = −18

풀기

Δ = (15)(11) − (−3)(−3) = 156
I1 = Δ1/Δ = 111/156 = 0.7115 A
I2 = Δ2/Δ = −225/156 = −1.442 A

답

IR2 = I2 = −1.442 A
VR2 = IR2·R2 = −1.442·8 = −11.54 V

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

6.망 해석

답: I1 = 0.5056 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​ = 5 ΩR2​ = 15 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​6 VR4​5 ΩAR5​5 ΩB+−V2​15 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
5·I1 + 5(I1 − I2) = 6
10·I1 − 5·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 + 5(I2 − I1) + 5(I2 − I3) = 0
−5·I1 + 25·I2 − 5·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
6·I3 + 5(I3 − I2) = (−15)
−5·I2 + 11·I3 = −15

풀기

Δ = 계수 행렬의 행렬식 = 2225
I1 = Δ1/Δ = 1125/2225 = 0.5056 A
I2 = Δ2/Δ = −420/2225 = −0.1888 A
I3 = Δ3/Δ = −3225/2225 = −1.449 A

답

I1 = 0.5056 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

7.중첩의 원리

답: I = 14.25 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
4·k₁ + 8·k₂ = 2
6·k₁ + 5·k₂ = 4.75

상수 구하기

Δ = (4)(5) − (8)(6) = −28
k₁ = Δ1/Δ = −28/−28 = 1
k₂ = Δ2/Δ = 7/−28 = −0.25
k₁ = 1 mA/V, k₂ = −0.25

새 전류 예측

I = 1·15 + (−0.25)·3 = 14.25 mA

답

I = 14.25 mA
8.중첩의 원리

답: V2 = 12 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​ = 12 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 30 Ω+−V1​36 VR3​10 ΩA개방B단락

경우 1 · V1 단독 작용

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

R3 ∥ (R2+R4) = 10 ∥ 36 = 7.826 Ω
VA = 36·7.826/(12+7.826) = 14.21 V
VB = VA·R4/(R2+R4) = 14.21·30/36 = 11.84 V
R1​ = 12 ΩR2​ = 6 ΩR4​ = 30 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 = 5.455 Ω, 따라서 왼쪽 경로는 R2+5.455 = 11.45 Ω
Req = R4 ∥ 11.45 = 8.289 Ω
VB = −Is·Req = −4·8.289 = −33.16 V
VA = VB·5.455/11.45 = −15.79 V

경우 3 · V2 단독 작용, 1 V당

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

R1 ∥ R3 = 5.455 Ω
VA‴ = V2·5.455/(30 + 6 + 5.455) = 0.1316·V2

VA를 0으로 두기

VA = 0이면 R₃ 양단에 전압이 없으므로 전류는 0입니다.

VA′ + VA″ + VA‴ = 14.21 + (−15.79) + 0.1316·V2 = 0
V2 = 1.579/0.1316 = 12 V

답

V2 = 12 V
9.테브난·노턴

답: Vth = 5.538 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​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω단락R2​8 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 5·8/(5+8) = 3.077 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3.077 + 6 = 9.077 Ω
R1​ = 5 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​9 VR2​8 ΩAab+−Vth​

개방 전압 Vth 구하기

a–b가 개방되면 R₃에 전류가 흐르지 않으므로 전압 강하가 없고 V_b = V_A입니다. R₁과 R₂는 전압 분배기를 이룹니다.

Vth = V1·R2/(R1+R2) = 9·8/(5+8) = 5.538 V
10.테브난·노턴

답: IN = 3.926 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​ = 6 ΩR3​ = 3 Ω단락R2​10 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 6·10/(6+10) = 3.75 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3.75 + 3 = 6.75 Ω
R1​ = 6 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​10 VR2​10 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) = 6.25 + 3·3.75 = 17.5 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 17.5 + 3·3 = 26.5 V
IN​3.926 ARth​6.75 Ωab

노턴 등가 회로

노턴 전원은 같은 회로를 R_th와 병렬인 전류원으로 본 것입니다. 그 전류는 a–b의 단락 전류입니다.

IN = Vth/Rth = 26.5/6.75 = 3.926 A
11.연산 증폭기 회로

답: Vout = 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.

+ 입력의 전압

V₊ = Vin·Rb/(Ra + Rb) = 2·1/(100 + 1) = 0.0198 V

비반전 이득

V₋ = V₊이고, R₁을 흐르는 전류는 Rf도 흐릅니다.

Vout = V₊·(1 + Rf/R1) = 0.0198·(1 + 100/1) = 2 V

답

Vout = 2 V
12.연산 증폭기 회로

답: If = −0.2 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 = 0.4/1 = 0.4 mA
I2 = V2/R2 = −1.2/2 = −0.6 mA
If = I1 + I2 = −0.2 mA

답

If = −0.2 mA
13.RC·RL 과도 현상

답: i = 0.2687 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.

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 = 9/20 = 0.45 A

주어진 시각의 전류

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0.45·(1 − e−1/1.1) = 0.2687 A

답

i = 0.2687 A
14.RC·RL 과도 현상

답: R = 0.4343 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

10.8 = 12·(1 − e−10/τ) → τ = 10/ln(12/(12 − 10.8))
τ = 10/2.303 = 4.343 ms

저항

kΩ × µF는 밀리초입니다.

R = τ/C = 4.343/10 = 0.4343 kΩ

답

R = 0.4343 kΩ

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