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 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​15 ΩAR4​8 ΩB

전원 V1이(가) 보는 합성 저항 Req을(를) 구하시오.

V1 = 10 VR1 = 6 ΩR2 = 15 ΩR3 = 15 ΩR4 = 8 Ω
Req = Ω
2.저항의 직렬·병렬어려움
R1​ = 6 ΩIR1​R3​ = 8 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​8 ΩAR4​12 ΩBR6​12 Ω

전원이 공급하며 R1에 흐르는 전류 IR1을(를) 구하시오.

V1 = 24 VR1 = 6 ΩR2 = 8 ΩR3 = 8 ΩR4 = 12 ΩR5 = 6 ΩR6 = 12 Ω
IR1 = A
3.마디 해석보통
R1​4 Ω+−V1​24 VI1​R2​20 Ω+−V2​12 VR3​12 Ω+−V3​18 VA

그림과 같이 마디 A와 접지 사이에 세 가지가 연결되어 있다. 마디 해석법을 이용해 가지 1에서 화살표 방향으로 마디 A를 향해 위로 흐르는 전류 I1을(를) 구하시오.

V1 = 24 VR1 = 4 ΩV2 = 12 VR2 = 20 ΩV3 = 18 VR3 = 12 Ω
I1 = A
4.마디 해석어려움
R1​ = 20 ΩIR1​R2​ = 10 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​18 VR3​20 ΩAR5​20 ΩBIs​4 A+−V2​9 V

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

V1 = 18 VIs = 4 AV2 = 9 VR1 = 20 ΩR2 = 10 ΩR3 = 20 ΩR4 = 8 ΩR5 = 20 Ω
IR1 = A
5.망 해석보통
R1​ = 12 ΩR2​ = 3 Ω+−V1​30 VR3​10 ΩA+−V2​30 VI1​I2​

망 해석법을 이용해 망 전류 I1 (시계 방향)을(를) 구하시오.

V1 = 30 VV2 = 30 VR1 = 12 ΩR2 = 3 ΩR3 = 10 Ω
I1 = A
6.망 해석어려움
R1​ = 2 ΩR2​ = 5 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​36 VR4​12 ΩAR5​10 Ω+−VR5​B+−V2​10 VI1​I2​I3​

망 해석법을 이용해 표시된 극성에서 R5 양단의 전압 VR5을(를) 구하시오.

V1 = 36 VV2 = 10 VR1 = 2 ΩR2 = 5 ΩR3 = 25 ΩR4 = 12 ΩR5 = 10 Ω
VR5 = V
7.중첩의 원리보통
R1​ = 10 ΩR3​ = 20 ΩIR3​+−V1​24 VR2​10 ΩAR4​2 ΩBIs​2.5 A

중첩의 원리를 이용해 화살표 방향으로 R3에 흐르는 전류 IR3을(를) 구하시오.

V1 = 24 VIs = 2.5 AR1 = 10 ΩR2 = 10 ΩR3 = 20 ΩR4 = 2 Ω
IR3 = A
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 = 4 mA이다. V1을(를) 두 배로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = 8.5 mA이다. Is의 방향을 반대로 하고 나머지 둘은 그대로 두면 I = −5 mA이다. V2을(를) 끄고 V1와(과) Is이(가) 정상값일 때의 부하 전류 I을(를) 구하시오.

정상: I = 4 mA2·V1: I = 8.5 mA−Is: I = −5 mA
I = mA
9.테브난·노턴보통
R1​ = 10 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​6 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 = 6 VR1 = 10 ΩR2 = 20 ΩR3 = 15 ΩRL = 3 Ω
IL = A
10.테브난·노턴어려움
R1​ = 4 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​20 ΩAIs​1.5 ABRL​8 ΩIL​

a–b 사이에 부하 RL = 8 Ω을 연결한다. 테브난 등가 회로를 이용해 부하에 전달되는 전력 PL을(를) 구하시오.

V1 = 6 VIs = 1.5 AR1 = 4 ΩR2 = 20 ΩR3 = 3 ΩRL = 8 Ω
PL = W
11.연산 증폭기 회로보통
−+Vout​R2​ = 47 kΩV1​ = 0.2 VR1​ = 100 kΩV2​ = −2 VR3​ = 100 kΩR4​ = 47 kΩ

차동 증폭기는 ±15 V 전원의 이상적인 연산 증폭기를 쓰며, R3 = R1, R4 = R2이다. 출력 전압 Vout을(를) 구하시오.

V1 = 0.2 VV2 = −2 VR1 = R3 = 100 kΩR2 = R4 = 47 kΩ
Vout = V
12.연산 증폭기 회로어려움
−+Vout​R2​ = 4.7 kΩV1​ = −0.3 VR1​ = 47 kΩV2​ = 1.2 VR3​ = 2 kΩR4​ = 1 kΩ

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

V1 = −0.3 VV2 = 1.2 VR1 = 47 kΩR2 = 4.7 kΩR3 = 2 kΩR4 = 1 kΩ
Vout = V
13.RC·RL 과도 현상보통
+−Vs​9 Vt = 0R = 100 ΩL220 mHi(t)

t = 0에서 스위치가 닫히기 전에는 인덕터에 전류가 흐르지 않는다. t = 5 ms에서 전류 i을(를) 구하시오.

Vs = 9 VR = 100 ΩL = 220 mHt = 5 ms
i = A
14.RC·RL 과도 현상어려움
+−Vs​12 Vt = 0R = ?C22 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 = 22 µF일 때 필요한 저항 R을(를) 구하시오.

Vs = 12 VVth = 10.8 VT = 10 msC = 22 µF
R = kΩ

3용액

1.저항의 직렬·병렬

답: Req = 15.08 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​ = 6 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​10 VR2​15 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 = 15·23/(15+23) = 9.079 Ω
Req = R1 + 9.079 = 6 + 9.079 = 15.08 Ω

답

Req = 15.08 Ω
2.저항의 직렬·병렬

답: IR1 = 2.135 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​ = 8 ΩR5​ = 6 Ω+−V1​24 VR2​8 ΩAR4​12 ΩBR6​12 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 = 6 + 12 = 18 Ω
R4 ∥ 18 = 7.2 Ω
R3 + 7.2 = 15.2 Ω
R2 ∥ 15.2 = 5.241 Ω
Req = R1 + 5.241 = 6 + 5.241 = 11.24 Ω

전원 전류

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

IR1 = V1/Req = 24/11.24 = 2.135 A

답

IR1 = 2.135 A
3.마디 해석

답: I1 = 0.7174 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

아래 도선을 접지로 잡습니다. 각 가지는 A에서 나가는 방향으로 (VA − Vk)/Rk의 전류가 흐르며, Vk는 그 가지 전원의 전압입니다(저항만 있으면 0). A에서 나가는 전류의 합은 0입니다.

(VA − 24)/4 + (VA − 12)/20 + (VA − 18)/12 = 0

VA 구하기

VA = (24/4 + 12/20 + 18/12) / (1/4 + 1/20 + 1/12) = 8.1/0.3833 = 21.13 V

가지 전류

화살표는 가지를 따라 위쪽, 마디 A로 향합니다.

I1 = (24 − VA)/R1 = (24 − 21.13)/4 = 0.7174 A

답

I1 = 0.7174 A

결과가 음수이면 실제 전류는 화살표와 반대로 흐릅니다.

4.마디 해석

답: IR1 = 0.9444 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​ = 20 ΩR2​ = 10 ΩR4​ = 8 Ω+−V1​18 VR3​20 ΩAR5​20 ΩBIs​4 A+−V2​9 V

마디 설정

접지는 아래 도선입니다. 알고 있는 마디 전압은 전원에서 바로 나옵니다 (V1 = 18 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 − 18)/20 + (VA − VB)/10 = 0
0.2·VA − 0.1·VB = 0.9

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)/10 + (VB − 9)/8 = (−4)
−0.1·VA + 0.275·VB = −2.875

풀기

Δ = (0.2)(0.275) − (−0.1)(−0.1) = 0.045
VA = Δ1/Δ = −0.04/0.045 = −0.8889 V
VB = Δ2/Δ = −0.485/0.045 = −10.78 V

답

IR1 = (V1 − VA)/R1 = (18 − −0.8889)/20 = 0.9444 A
5.망 해석

답: I1 = 0.4839 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​ = 12 ΩR2​ = 3 Ω+−V1​30 VR3​10 ΩA+−V2​30 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 + 10(I1 − I2) = 30
22·I1 − 10·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
3·I2 + 10(I2 − I1) = (−30)
−10·I1 + 13·I2 = −30

풀기

Δ = (22)(13) − (−10)(−10) = 186
I1 = Δ1/Δ = 90/186 = 0.4839 A
I2 = Δ2/Δ = −360/186 = −1.935 A

답

I1 = 0.4839 A

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

6.망 해석

답: VR5 = 17.29 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​ = 2 ΩR2​ = 5 ΩR3​ = 25 Ω+−V1​36 VR4​12 ΩAR5​10 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
2·I1 + 12(I1 − I2) = 36
14·I1 − 12·I2 = 36

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 + 12(I2 − I1) + 10(I2 − I3) = 0
−12·I1 + 27·I2 − 10·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 + 10(I3 − I2) = (−10)
−10·I2 + 35·I3 = −10

풀기

Δ = 계수 행렬의 행렬식 = 6790
I1 = Δ1/Δ = 29220/6790 = 4.303 A
I2 = Δ2/Δ = 13720/6790 = 2.021 A
I3 = Δ3/Δ = 1980/6790 = 0.2916 A

답

IR5 = I2 − I3 = 1.729 A
VR5 = IR5·R5 = 1.729·10 = 17.29 V

음의 망 전류는 반시계 방향으로 흐릅니다.

7.중첩의 원리

답: IR3 = 0.2593 A

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​ = 10 ΩR3​ = 20 Ω+−V1​24 VR2​10 ΩAR4​2 ΩB개방

경우 1 · V1만 작용

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

R3+R4 = 20+2 = 22 Ω
R2 ∥ (R3+R4) = 10·22/(10+22) = 6.875 Ω
VA = 24·6.875/(10+6.875) = 9.778 V
VB = VA·R4/(R3+R4) = 9.778·2/22 = 0.8889 V
IR3′ = (VA − VB)/R3 = (9.778 − 0.8889)/20 = 0.4444 A
R1​ = 10 ΩR3​ = 20 Ω단락R2​10 ΩAR4​2 ΩBIs​2.5 A

경우 2 · Is만 작용

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

R1 ∥ R2 = 10·10/(10+10) = 5 Ω
Req = R4 ∥ (R3+R1∥R2) = 2 ∥ 25 = 1.852 Ω
VB = Is·Req = 2.5·1.852 = 4.63 V
VA = VB·(R1∥R2)/(R3+R1∥R2) = 4.63·5/25 = 0.9259 V
IR3″ = (VA − VB)/R3 = (0.9259 − 4.63)/20 = −0.1852 A

성분을 더하기

IR3 = IR3′ + IR3″
IR3 = 0.4444 + (−0.1852) = 0.2593 A

결과가 음수이면 실제로는 전류가 화살표와 반대로 흐른다는 뜻입니다.

8.중첩의 원리

답: I = 9 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 = 4
2·I₁ + I₂ + I₃ = 8.5
I₁ + I₂ − I₃ = −5

기여분 구하기

I₁ = 8.5 − 4 = 4.5 mA
I₃ = (4 − (−5))/2 = 4.5 mA
I₂ = 4 − 4.5 − 4.5 = −5 mA

V₂ 끄기

I = I₁ + I₃ = 4.5 + 4.5 = 9 mA

답

I = 9 mA
9.테브난·노턴

답: IL = 0.1622 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​ = 15 Ω단락R2​20 ΩAabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 10·20/(10+20) = 6.667 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 6.667 + 15 = 21.67 Ω
R1​ = 10 ΩR3​ = 15 Ω+−V1​6 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) = 6·20/(10+20) = 4 V
Rth​ = 21.67 Ω+−Vth​4 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) = 4/(21.67 + 3) = 0.1622 A
10.테브난·노턴

답: PL = 8.187 W

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​ = 3 Ω단락R2​20 ΩA개방BabRth​

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

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

R1 ∥ R2 = 4·20/(4+20) = 3.333 Ω
Rth = (R1 ∥ R2) + R3 = 3.333 + 3 = 6.333 Ω
R1​ = 4 ΩR3​ = 3 Ω+−V1​6 VR2​20 ΩAIs​1.5 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) = 5 + 1.5·3.333 = 10 V
Vth = VB = VA + Is·R3 = 10 + 1.5·3 = 14.5 V
Rth​ = 6.333 Ω+−Vth​14.5 VRL​8 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) = 14.5/(6.333 + 8) = 1.012 A
PL = IL²·RL = 1.012²·8 = 8.187 W
11.연산 증폭기 회로

답: Vout = −1.034 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 단자의 전압

R₃와 R₄에는 같은 전류가 흐르므로 전압 분배기를 이루며, 귀환이 V₋ = V₊가 되게 합니다.

V₊ = V2·R4/(R3 + R4) = −2·47/(100 + 47) = −0.6395 V
V₋ = V₊

반전 입력에서의 KCL

(0.2 − −0.6395)/100 = (−0.6395 − Vout)/47
Vout = (R2/R1)·(V2 − V1) = (47/100)·(−2 − 0.2) = −1.034 V

답

Vout = −1.034 V
12.연산 증폭기 회로

답: Vout = 0.47 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) = 1.2·1/(2 + 1) = 0.4 V

두 입력의 중첩

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

Vout = −(4.7/47)·(−0.3) + (1 + 4.7/47)·0.4 = 0.03 + 0.44 = 0.47 V

답

Vout = 0.47 V
13.RC·RL 과도 현상

답: i = 0.08073 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 = 220 mH / 100 Ω = 2.2 ms
i(∞) = Vs/R = 9/100 = 0.09 A

주어진 시각의 전류

i(t) = i(∞)·(1 − e−t/τ) = 0.09·(1 − e−5/2.2) = 0.08073 A

답

i = 0.08073 A
14.RC·RL 과도 현상

답: R = 0.1974 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 = 4.343/22 = 0.1974 kΩ

답

R = 0.1974 kΩ

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