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​ = 20 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​18 VR2​8 ΩAR4​8 ΩB

전원 V1이(가) 보는 합성 저항 Req을(를) 구하시오.

V1 = 18 VR1 = 20 ΩR2 = 8 ΩR3 = 2 ΩR4 = 8 Ω
Req = Ω
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 2 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​12 VR2​10 ΩIR2​AR4​2 ΩBR6​30 Ω

R2에 흐르는 전류 IR2을(를) 구하시오.

V1 = 12 VR1 = 2 ΩR2 = 10 ΩR3 = 6 ΩR4 = 2 ΩR5 = 3 ΩR6 = 30 Ω
IR2 = A
3.마디 해석보통
R1​ = 3 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAR4​12 ΩBIs​2 A

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

V1 = 9 VIs = 2 AR1 = 3 ΩR2 = 5 ΩR3 = 12 ΩR4 = 12 Ω
VB = V
4.마디 해석어려움
R1​ = 4 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​36 VR3​25 ΩAR5​20 ΩBIs​4 A+−V2​15 V

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

V1 = 36 VIs = 4 AV2 = 15 VR1 = 4 ΩR2 = 15 ΩR3 = 25 ΩR4 = 8 ΩR5 = 20 Ω
VB = V
5.망 해석보통
R1​ = 2 ΩR2​ = 12 Ω+−V1​18 VR3​20 ΩA+−V2​12 VI1​I2​

망 해석법을 이용해 망 전류 I2 (시계 방향)을(를) 구하시오.

V1 = 18 VV2 = 12 VR1 = 2 ΩR2 = 12 ΩR3 = 20 Ω
I2 = A
6.망 해석어려움
R1​ = 25 ΩR2​ = 5 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​18 VR4​25 Ω+−VR4​AR5​15 ΩB+−V2​10 VI1​I2​I3​

망 해석법을 이용해 표시된 극성에서 R4 양단의 전압 VR4을(를) 구하시오.

V1 = 18 VV2 = 10 VR1 = 25 ΩR2 = 5 ΩR3 = 4 ΩR4 = 25 ΩR5 = 15 Ω
VR4 = V
7.중첩의 원리보통
R1​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​6 VR2​12 ΩAR4​10 Ω+−VR4​BIs​2.5 A

중첩의 원리를 이용해 표시된 극성에서 R4 양단의 전압 VR4을(를) 구하시오.

V1 = 6 VIs = 2.5 AR1 = 6 ΩR2 = 12 ΩR3 = 10 ΩR4 = 10 Ω
VR4 = V
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 = 17 mA이다. V1을(를) 두 배로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = 18 mA이다. Is의 방향을 반대로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = −1 mA이다. V2을(를) 끄고 V1와(과) Is이(가) 정상값일 때의 부하 전류 I을(를) 구하시오.

정상: I = 17 mA2·V1: I = 18 mA−Is: I = −1 mA
I = mA
9.테브난·노턴보통
R1​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​9 VR2​20 ΩARL​3 ΩIL​B

a–b 사이에 부하 RL = 3 Ω을 연결한다. 나머지 회로를 테브난 등가 회로로 바꾸고 부하 전류 IL을(를) 구하시오.

V1 = 9 VR1 = 8 ΩR2 = 20 ΩR3 = 10 ΩRL = 3 Ω
IL = A
10.테브난·노턴어려움
R1​ = 10 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​36 VR2​3 ΩAIs​5 ABab

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

V1 = 36 VIs = 5 AR1 = 10 ΩR2 = 3 ΩR3 = 6 Ω
IN = A
11.연산 증폭기 회로보통
−+Vout​Rf​ = 4.7 kΩVin​R1​ = 2 kΩ

연산 증폭기는 이상적이며 ±15 V 전원으로 동작한다. 출력은 ±14 V에서 포화된다. 반전 증폭기를 사인파로 구동한다. 출력이 잘리지 않는 최대 입력 진폭 Vin,max(최댓값)을(를) 구하시오.

R1 = 2 kΩRf = 4.7 kΩVsat = ±14 V
Vin,max = V
12.연산 증폭기 회로어려움
−+Vout​Rf​ = 4.7 kΩV1​ = −2 VR1​ = 4.7 kΩV2​ = −0.9 VR2​ = 1 kΩ

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

V1 = −2 VV2 = −0.9 VR1 = 4.7 kΩR2 = 1 kΩRf = 4.7 kΩ
Vout = V
13.RC·RL 과도 현상보통
R = 100 Ωt = 0L47 mHi(t)

인덕터에 2.5 A의 정상 전류가 흐른다. t = 0에 스위치가 R을 통한 루프를 닫고 전원이 제거되어, 인덕터 전류는 R을 통해 감쇠한다. t = 1 ms에서 R 양단의 전압 vR을(를) 구하시오.

i(0) = 2.5 AR = 100 ΩL = 47 mHt = 1 ms
vR = V
14.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​9 Vt = 0R = 1 kΩC?+−vC​

타이머가 t = 0에 9 V 전원에서 저항을 통해 충전되지 않은 커패시터를 충전하기 시작한다. 타이머는 시작 후 정확히 10 ms에 커패시터 전압이 7.2 V에 도달할 때 작동해야 한다. R = 1 kΩ일 때 필요한 커패시턴스 C을(를) 구하시오.

Vs = 9 VVth = 7.2 VT = 10 msR = 1 kΩ
C = µF

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: Req = 24.44 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​ = 20 ΩR3​ = 2 Ω+−V1​18 VR2​8 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 = 2 + 8 = 10 Ω
R2 ∥ 10 = 8·10/(8+10) = 4.444 Ω
Req = R1 + 4.444 = 20 + 4.444 = 24.44 Ω

답

Req = 24.44 Ω
2.저항의 직렬·병렬

답: IR2 = 0.8255 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​ = 2 ΩR3​ = 6 ΩR5​ = 3 Ω+−V1​12 VR2​10 ΩAR4​2 ΩBR6​30 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 = 3 + 30 = 33 Ω
R4 ∥ 33 = 1.886 Ω
R3 + 1.886 = 7.886 Ω
R2 ∥ 7.886 = 4.409 Ω
Req = R1 + 4.409 = 2 + 4.409 = 6.409 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 12/6.409 = 1.872 A

R₂에 흐르는 전류

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

VA = V1 − IR1·R1 = 12 − 1.872·2 = 8.255 V
IR2 = VA/R2 = 8.255/10 = 0.8255 A

답

IR2 = 0.8255 A
3.마디 해석

답: VB = 15.48 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 ΩR3​ = 12 Ω+−V1​9 VR2​5 ΩAR4​12 ΩBIs​2 A

마디 설정

접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 9 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/5 + (VA − 9)/3 + (VA − VB)/12 = 0
0.6167·VA − 0.08333·VB = 3

마디 B에서 KCL

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

VB/R4 + (VB − VA)/R3 = Is
VB/12 + (VB − VA)/12 = 2
−0.08333·VA + 0.1667·VB = 2

풀기

Δ = (0.6167)(0.1667) − (−0.08333)(−0.08333) = 0.09583
VA = Δ1/Δ = 0.6667/0.09583 = 6.957 V
VB = Δ2/Δ = 1.483/0.09583 = 15.48 V

답

VB = 15.48 V
4.마디 해석

답: VB = 32.97 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​ = 4 ΩR2​ = 15 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​36 VR3​25 ΩAR5​20 ΩBIs​4 A+−V2​15 V

마디 설정

접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 36 V, V2 = 15 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/25 + (VA − 36)/4 + (VA − VB)/15 = 0
0.3567·VA − 0.06667·VB = 9

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/20 + (VB − VA)/15 + (VB − 15)/8 = 4
−0.06667·VA + 0.2417·VB = 5.875

풀기

Δ = (0.3567)(0.2417) − (−0.06667)(−0.06667) = 0.08175
VA = Δ1/Δ = 2.567/0.08175 = 31.4 V
VB = Δ2/Δ = 2.695/0.08175 = 32.97 V

답

VB = 32.97 V
5.망 해석

답: I2 = 0.3158 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​ = 2 ΩR2​ = 12 Ω+−V1​18 VR3​20 ΩA+−V2​12 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
2·I1 + 20(I1 − I2) = 18
22·I1 − 20·I2 = 18

망 2의 KVL

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

R2·I2 + R3(I2 − I1) = −V2
12·I2 + 20(I2 − I1) = (−12)
−20·I1 + 32·I2 = −12

풀기

Δ = (22)(32) − (−20)(−20) = 304
I1 = Δ1/Δ = 336/304 = 1.105 A
I2 = Δ2/Δ = 96/304 = 0.3158 A

답

I2 = 0.3158 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

6.망 해석

답: VR4 = 8.331 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​ = 25 ΩR2​ = 5 ΩR3​ = 4 Ω+−V1​18 VR4​25 ΩAR5​15 ΩB+−V2​10 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 + 25(I1 − I2) = 18
50·I1 − 25·I2 = 18

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
5·I2 + 25(I2 − I1) + 15(I2 − I3) = 0
−25·I1 + 45·I2 − 15·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 + 15(I3 − I2) = (−10)
−15·I2 + 19·I3 = −10

풀기

Δ = 계수 행렬의 행렬식 = 19625
I1 = Δ1/Δ = 7590/19625 = 0.3868 A
I2 = Δ2/Δ = 1050/19625 = 0.0535 A
I3 = Δ3/Δ = −9500/19625 = −0.4841 A

답

IR4 = I1 − I2 = 0.3332 A
VR4 = IR4·R4 = 0.3332·25 = 8.331 V

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

7.중첩의 원리

답: VR4 = 16.25 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​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​6 VR2​12 ΩAR4​10 ΩB개방

경우 1 · V1만 작용

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

R3+R4 = 10+10 = 20 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 12·20/(12+20) = 7.5 Ω
VA = 6·7.5/(6+7.5) = 3.333 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 3.333·10/20 = 1.667 V
VR4′ = VB − 0 = 1.667 − 0 = 1.667 V
R1​ = 6 ΩR3​ = 10 Ω단락R2​12 ΩAR4​10 ΩBIs​2.5 A

경우 2 · Is만 작용

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

R1 ∥ R2 = 6·12/(6+12) = 4 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 10 ∥ 14 = 5.833 Ω
VB = Is·Req = 2.5·5.833 = 14.58 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 14.58·4/14 = 4.167 V
VR4″ = VB − 0 = 14.58 − 0 = 14.58 V

성분을 더하기

VR4 = VR4′ + VR4″
VR4 = 1.667 + 14.58 = 16.25 V

결과가 음수이면 실제로는 극성이 표시와 반대로 되어 있다는 뜻입니다.

8.중첩의 원리

답: I = 10 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 = 17
2·I₁ + I₂ + I₃ = 18
I₁ + I₂ − I₃ = −1

기여분 구하기

I₁ = 18 − 17 = 1 mA
I₃ = (17 − (−1))/2 = 9 mA
I₂ = 17 − 1 − 9 = 7 mA

V₂ 끄기

I = I₁ + I₃ = 1 + 9 = 10 mA

답

I = 10 mA
9.테브난·노턴

답: IL = 0.3435 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​ = 10 Ω단락R2​20 ΩAabRth​

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 + 10 = 15.71 Ω
R1​ = 8 ΩR3​ = 10 Ω+−V1​9 VR2​20 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) = 9·20/(8+20) = 6.429 V
Rth​ = 15.71 Ω+−Vth​6.429 VRL​3 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) = 6.429/(15.71 + 3) = 0.3435 A
10.테브난·노턴

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

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 10·3/(10+3) = 2.308 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 2.308 + 6 = 8.308 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 6 Ω+−V1​36 VR2​3 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) = 8.308 + 5·2.308 = 19.85 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 19.85 + 5·6 = 49.85 V
IN​6 ARth​8.308 Ωab

노턴 등가 회로

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

IN = Vth/Rth = 49.85/8.308 = 6 A
11.연산 증폭기 회로

답: Vin,max = 5.957 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.

이득

|Av| = Rf/R1 = 4.7/2 = 2.35

잘리기 전의 최대 입력

Vin,max = Vsat/|Av| = 14/2.35 = 5.957 V

답

Vin,max = 5.957 V
12.연산 증폭기 회로

답: Vout = 6.23 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 = −2/4.7 = −0.4255 mA
I2 = V2/R2 = −0.9/1 = −0.9 mA
If = I1 + I2 = −1.326 mA

출력 전압

Vout = −Rf·If = −4.7·(−1.326) = 6.23 V

답

Vout = 6.23 V
13.RC·RL 과도 현상

답: vR = 29.78 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.

시정수

τ = L/R = 47 mH / 100 Ω = 0.47 ms

전류의 감쇠

i(t) = 2.5·e−1/0.47 = 0.2978 A
vR = R·i = 100·0.2978 = 29.78 V

답

vR = 29.78 V
14.RC·RL 과도 현상

답: C = 6.213 µF

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

7.2 = 9·(1 − e−10/τ) → τ = 10/ln(9/(9 − 7.2))
τ = 10/1.609 = 6.213 ms

정전 용량

kΩ × µF는 밀리초입니다.

C = τ/R = 6.213/1 = 6.213 µF

답

C = 6.213 µF

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