회로이론 2: 교류 회로: 벼락치기 팩

공식 모음, 모든 주제의 핵심 풀이 단계, 연습 문제 16개가 들어 있으며 전체 풀이는 맨 뒤에 있습니다.

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1공식과 풀이 방법

복소수

직각 형식: z = a + jb, j² = −1, z̄ = a − jb
절댓값과 편각: |z| = √(a² + b²), tan θ = b/a (check the quadrant)
극형식과 지수 형식: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·e^jθ
나눗셈: z₁/z₂ = z₁z̄₂/|z₂|²
곱과 몫: r₁∠θ₁ · r₂∠θ₂ = r₁r₂∠(θ₁ + θ₂), r₁∠θ₁ / r₂∠θ₂ = (r₁/r₂)∠(θ₁ − θ₂)
드무아브르: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ
n제곱근: z_k = R^1/n∠((φ + 360°·k)/n), k = 0 … n − 1
p² < 4q인 이차방정식: z = −p/2 ± j√(q − p²/4)

방법

연산에 맞는 형식을 고르세요: 덧셈과 뺄셈에는 직각 형식 a + jb, 곱셈, 나눗셈, 거듭제곱, 거듭제곱근에는 극형식 r∠θ.
곱셈은 j² = −1로 전개하고, 나눗셈은 분자와 분모에 분모의 켤레복소수를 곱하세요.
r = √(a² + b²)로, θ는 점의 스케치(사분면 확인)로 변환하고, a = r cos θ, b = r sin θ로 되돌리세요.
거듭제곱에는 드무아브르 (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ를 쓰고, zⁿ = R∠φ는 n개의 근 R^1/n∠((φ + 360°k)/n)을 모두 나열하세요.

교류 임피던스와 페이저

임피던스: Z_R = R, Z_L = jωL, Z_C = 1/(jωC)
각주파수: ω = 2πf
크기와 위상각: |Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
페이저 옴의 법칙: V = I·Z

방법

주파수를 바꾸세요: ω = 2πf.
각 리액턴스를 구하세요: X_L = ωL, X_C = 1/(ωC).
임피던스는 Z = R + jX로 놓고 저항처럼 합성하세요.
크기 |Z| = √(R² + X²)와 각 φ = atan(X/R)을 구한 다음 페이저로 옴의 법칙을 쓰세요.

교류 전력과 역률

유효 전력: P = V·I·cos φ
무효 전력: Q = V·I·sin φ
피상 전력: S = V·I = √(P² + Q²)
역률: pf = cos φ = P/S
역률 보상 커패시터: Q_C = P(tan φ₁ − tan φ₂), C = Q_C/(ωV²)

LC 공진, Q 인자, 대역폭

고유 진동수: ω₀ = 1/√(LC), f₀ = 1/(2π√(LC))
에너지: W = ½CV₀² = ½Cv² + ½Li²
최대 전류: I_max = V₀√(C/L)
선택도: Q = 2π·(energy stored)/(energy lost per cycle)
직렬 RLC: Q = (1/R)√(L/C), BW = R/(2πL)
병렬 RLC: Q = R√(C/L), BW = 1/(2πRC)
대역폭: BW = f₂ − f₁ = f₀/Q, f₀ = √(f₁f₂)
반전력 주파수: f_1,2 = f₀(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q))
코일 저항 r이 있는 탱크 회로: R_D = L/(C·r) = Q²·r
진폭의 감쇠: e^−Rt/(2L)

방법

먼저 공진 주파수를 구하세요: ω₀ = 1/√(LC), f₀ = ω₀/(2π).
회로가 직렬인지 병렬인지 판단하세요: 직렬 Q = (1/R)√(L/C), 병렬 Q = R√(C/L).
대역폭은 BW = f₀/Q로 구하거나, 지름길 공식 R/(2πL)(직렬), 1/(2πRC)(병렬)를 사용하세요.
에너지 문제에서는 이상적인 LC 회로에서 전체 에너지 ½CV₀²이 일정하며 사분의 일 주기마다 C와 L 사이를 오간다는 점을 이용하세요.

3상 전력

Y 결선: V_L = √3·V_ph, I_L = I_ph
Δ 결선: V_L = V_ph, I_L = √3·I_ph
전체 유효 전력: P = √3·V_L·I_L·cos φ = 3·I_ph²·R
피상 전력과 무효 전력: S = √3·V_L·I_L, Q = P·tan φ
역률 개선용 커패시터: Q_C = P(tan φ₁ − tan φ₂), C = Q_C/(3ωV²)
각 커패시터에 걸리는 전압: Δ: V_L Y: V_L/√3
전동기 입력: P_in = P_out/η

RC·RL 과도 현상

시정수: τ = RC | τ = L/R
응답: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ
직류에서의 커패시터: 개방; v_C는 갑자기 변할 수 없음
직류에서의 인덕터: 단락; i_L은 갑자기 변할 수 없음
정상 상태 값: t ≈ 5τ

방법

스위칭 직후의 초깃값을 구하세요. 커패시터 전압과 인덕터 전류는 갑자기 변할 수 없습니다.
스위칭 후 충분히 지난 뒤의 최종값을 구하세요. 커패시터는 개방 회로, 인덕터는 단락 회로처럼 동작합니다.
커패시터나 인덕터에서 본 저항을 이용해 시정수 τ = RC 또는 τ = L/R을 구하세요.
x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ를 쓰세요.

테브난·노턴

테브난 전압: V_th = V_{open circuit}
테브난 저항: R_th: 모든 전원을 제거하고 a–b에서 본 저항
노턴 전류: I_N = V_th/R_th
부하 전류: I_L = V_th/(R_th + R_L)
최대 전력 전달: R_L = R_th, P_max = V_th²/(4R_th)

방법

부하를 떼어 내고 두 단자를 a와 b로 표시하세요.
a와 b 사이의 개방 전압을 구하세요. 이것이 V_th입니다.
모든 독립 전원을 끄고 a–b에서 본 저항을 구하세요. 이것이 R_th입니다.
부하를 등가 회로에 다시 연결합니다: V_th와 R_th의 직렬.
노턴 등가 회로로 변환합니다: I_N = V_th/R_th, R_N = R_th를 병렬로.

2연습 문제

1.복소수보통

복소수 z = 1.5·e^j0.4의 각은 라디안이다. 허수부 b을(를) 구하라.

r = 1.5θ = 0.4 rad

b =

2.복소수어려움

z³ − 7z² + 16z − 10 = 0의 한 근은 z₁ = 3 + j이다. 계수는 실수이다. 실근 r을(를) 구하시오.

z₁ = 3 + j

r =

3.교류 임피던스와 페이저보통

직렬 RLC 회로가 50 V (실효값), 100 Hz 전원에 연결되어 있다. 임피던스의 위상각 φ을(를) 도 단위로 구하시오 (전류가 전압보다 뒤질 때 양).

V = 50 V (rms)f = 100 HzR = 80 ΩL = 100 mHC = 100 µF

φ = °

4.교류 임피던스와 페이저어려움

저항 R₁이(가) R₂와(과) 커패시터 C의 병렬 조합과 직렬로 연결되어 12 V(실효값), 50 Hz 전원에 연결되어 있다. 임피던스의 크기 |Z|을(를) 구하시오.

V = 12 V (rms)f = 50 HzR₁ = 40 ΩR₂ = 40 ΩC = 47 µF

|Z| = Ω

5.교류 전력과 역률보통

유도성 부하가 230 V(실효값) 단상 전원에서 14.5 A와 2835 W를 소비한다. 이 부하를 저항 R과 리액턴스 X의 직렬로 모델링한다. X을(를) 구하시오.

V = 230 VI = 14.5 AP = 2835 W

X = Ω

6.교류 전력과 역률어려움

단상 부하가 240 V, 50 Hz 전원에서 지상 역률 0.7로 30 kW를 소비한다. 병렬로 연결한 커패시터가 역률을 0.98(으)로 높인다. 새 선전류 I_new을(를) 구하시오.

P = 30 kWpf₁ = 0.7pf₂ = 0.98V = 240 Vf = 50 Hz

I_new = A

7.LC 공진, Q 인자, 대역폭보통

L = 0.1 µH, C = 2.2 µF인 이상적인 LC 회로에서 t = 0에 커패시터가 완전히 충전되어 있습니다. 모든 에너지가 인덕터에 있게 되기까지 얼마나 걸립니까? t을(를) µs 단위로 구하시오.

L = 0.1 µHC = 2.2 µF

t = µs

8.LC 공진, Q 인자, 대역폭어려움

전체 저항 5 Ω, 공진 주파수 500 kHz, 대역폭 50 kHz인 직렬 RLC 필터를 설계합니다. 커패시턴스 C을(를) nF 단위로 구하시오.

R = 5 Ωf₀ = 500 kHzBW = 50 kHz

C = nF

9.3상 전력보통

상당 임피던스가 8 + j6 Ω인 평형 Δ 결선 부하가 선간 전압 415 V의 평형 3상 전원에 연결되어 있다. 부하가 흡수하는 전체 유효 전력 P을(를) kW 단위로 구하시오.

V_L = 415 VZ = 8 + j6 Ω 상당

P = kW

10.3상 전력어려움

평형 3상 부하가 400 V(선간), 60 Hz 전원에서 역률 0.8(지상)로 120 kW를 소비한다. 부하에 병렬로 연결한 3상 커패시터 뱅크로 전체 역률을 0.98(지상)까지 높여야 한다. 유효 전력은 변하지 않는다. 커패시터는 Δ 결선이다. 각 커패시터의 정전 용량 C_ph을(를) µF 단위로 구하시오.

P = 120 kWpf₁ = 0.8pf₂ = 0.98V_L = 400 Vf = 60 Hz

C_ph = µF

11.RC·RL 과도 현상보통

t = 0에서 스위치가 닫히기 전에는 인덕터에 전류가 흐르지 않는다. 스위치를 닫은 뒤 얼마 후에 전류가 최종값의 99%에 도달하는가? t을(를) 구하시오.

V_s = 12 VR = 15 ΩL = 33 mH

t = ms

12.RC·RL 과도 현상어려움

타이머가 t = 0에 5 V 전원에서 저항을 통해 충전되지 않은 커패시터를 충전하기 시작한다. 타이머는 시작 후 정확히 10 ms에 커패시터 전압이 3.16 V에 도달할 때 작동해야 한다. C = 47 µF일 때 필요한 저항 R을(를) 구하시오.

V_s = 5 VV_th = 3.16 VT = 10 msC = 47 µF

R = kΩ

13.테브난·노턴보통

단자 a–b에서 본 테브난 저항 R_th을(를) 구하시오.

V₁ = 9 VR₁ = 10 ΩR₂ = 15 ΩR₃ = 10 Ω

R_th = Ω

14.테브난·노턴어려움

a–b 사이에 부하 R_L = 5 Ω을 연결한다. 테브난 등가 회로를 이용해 부하에 전달되는 전력 P_L을(를) 구하시오.

V₁ = 12 VI_s = 3 AR₁ = 15 ΩR₂ = 15 ΩR₃ = 20 ΩR_L = 5 Ω

P_L = W

15.보드 선도와 여유보통

그림의 직렬 RLC 대역 통과 필터에서 출력은 R = 2 Ω 양단에서 취하며, L = 1 mH, C = 4.7 µF입니다. −3 dB 대역폭 BW을(를) Hz 단위로 구하시오.

R = 2 ΩL = 1 mHC = 4.7 µF

BW = Hz

16.보드 선도와 여유어려움

단위 되먹임 루프의 개루프 전달함수는 L(s) = K/(s(s + 3)(s + 10))이다. 이득 여유 10 dB를 주는 이득 K을(를) 구하시오.

L(s) = K/(s(s + 3)(s + 10))GM = 10 dB

K =

3용액

1.복소수

답: b = 0.5841

극형식: z = r∠θ = r(cos θ + j sin θ) = r·e^jθ이며 r = |z|, θ = arg z입니다. 직각 형식으로 되돌리면 a = r cos θ, b = r sin θ입니다. 편각은 사분면을 따져야 합니다. θ = atan(b/a)는 a > 0일 때만 맞고, a < 0이면 180°를 더하거나 뺍니다. 극형식에서는 곱셈이 쉽습니다. 절댓값을 곱하고 편각을 더하며, 나눗셈은 절댓값을 나누고 편각을 뺍니다.

오일러 공식

z = 1.5·(cos 0.4 + j sin 0.4)

성분(라디안)

a = 1.5·cos 0.4 = 1.382

b = 1.5·sin 0.4 = 0.5841

b = 0.5841

답

b = 0.5841

2.복소수

답: r = 1

드무아브르와 거듭제곱근: (r∠θ)ⁿ = rⁿ∠nθ. 방정식 zⁿ = R∠φ는 정확히 n개의 근을 가지며, 모두 절댓값이 R^1/n이고 편각은 k = 0, 1, …, n − 1에 대해 (φ + 360°·k)/n입니다. 근들은 원 위에 360°/n 간격으로 고르게 놓입니다. p² < 4q인 이차방정식 z² + pz + q = 0은 복소수 근 z = −p/2 ± j√(q − p²/4)를 가지며, 실수 계수 다항식의 복소수 근은 항상 켤레 쌍 a ± jb로 나타납니다.

켤레 쌍

z₂ = 3 − j

(z − z₁)(z − z₂) = z² − 2·3·z + (3² + 1²) = z² − 6z + 10

이차식 인수 분리

z³ − 7z² + 16z − 10 = (z² − 6z + 10)(z − 1)

실근

r = 1

답

r = 1

근의 합으로 검산하세요: z₁ + z₂ + r = 6 + 1 = 7 = −(−7).

3.교류 임피던스와 페이저

답: φ = 30.39 °

페이저를 이용한 교류 회로: 저항, 인덕터, 커패시터의 임피던스는 R, jωL, 1/(jωC)이며 ω = 2πf입니다. 직렬에서는 임피던스를 저항처럼 더하되 복소수로 계산합니다. 실효 전류와 전압은 |Z|를 쓴 옴의 법칙을 따릅니다.

리액턴스

ω = 2πf = 2π·100 = 628.3 rad/s

X_L = ωL = 628.3·0.1 = 62.83 Ω

X_C = 1/(ωC) = 1/(628.3·100·10⁻⁶) = 15.92 Ω

임피던스

직렬에서는 임피던스를 복소수로 더합니다: Z = R + j(X_L − X_C).

|Z| = √(R² + (X_L − X_C)²) = √(80² + (46.92)²) = 92.74 Ω

위상각

φ = arctan((X_L − X_C)/R) = arctan(46.92/80) = 30.39°

답

φ = 30.39°

4.교류 임피던스와 페이저

답: |Z| = 71.82 Ω

리액턴스

X_C = 1/(2π·50·47·10⁻⁶) = 67.73 Ω

병렬 조합

분자와 분모에 켤레 복소수를 곱해 Z_p를 실수부와 허수부로 나누세요.

Z_p = R₂·(−jX_C)/(R₂ − jX_C) = (R₂·X_C² − jR₂²·X_C)/(R₂² + X_C²)

Z_p = 29.66 − j17.51 Ω

전체 임피던스

Z = 40 + 29.66 − j17.51 = 69.66 − j17.51 Ω

|Z| = √(69.66² + 17.51²) = 71.82 Ω

답

|Z| = 71.82 Ω

5.교류 전력과 역률

답: X = 8.354 Ω

교류 전력: 피상 전력 S = V·I (VA)는 유용한 일을 하는 유효 전력 P = S·cos φ (W)와, 전원과 부하 사이를 오가는 무효 전력 Q = S·sin φ (var)로 나뉩니다. 역률은 cos φ입니다. 병렬 커패시터가 무효 전력을 현장에서 공급하므로 같은 유효 전력에서 선전류가 줄어듭니다.

유효 전력에서 구한 저항

R = P/I² = 2835/14.5² = 13.48 Ω

임피던스에서 구한 리액턴스

|Z| = V/I = 230/14.5 = 15.86 Ω

X = √(|Z|² − R²) = √(15.86² − 13.48²) = 8.354 Ω

답

X = 8.354 Ω

6.교류 전력과 역률

답: I_new = 127.6 A

보상 전후의 무효 전력

유효 전력 P는 변하지 않고, 전원에서 끌어오는 무효 전력만 변합니다.

Q₁ = P·tan φ₁ = 30·tan(45.57°) = 30.61 kvar

Q₂ = P·tan φ₂ = 30·tan(11.48°) = 6.092 kvar

Q_C = Q₁ − Q₂ = 24.51 kvar

새 선전류

I_new = P/(V·cos φ₂) = 30000/(240·0.98) = 127.6 A

답

I_new = 127.6 A

7.LC 공진, Q 인자, 대역폭

답: t = 0.7368 µs

LC 공진: 충전된 커패시터를 인덕터에 연결하면 전류가 흘러 커패시터를 반대 방향으로 충전합니다. 에너지는 고유 주파수 f₀ = 1/(2π√(LC))로 C의 전기장(½Cv²)과 L의 자기장(½Li²) 사이를 오갑니다. 저항이 없으면 전체 에너지 ½CV₀²은 일정하므로 최대 전류는 I_max = V₀√(C/L)입니다. 한 주기는 T = 1/f₀이며, 에너지는 그 사분의 일 동안 C에서 L로 이동합니다.

주기

T = 2π√(1 × 10⁻⁷·2.2 × 10⁻⁶) = 2.947 µs

사분의 일 주기

t = T/4 = 0.7368 µs

답

t = 0.7368 µs

8.LC 공진, Q 인자, 대역폭

답: C = 6.366 nF

Q 인자와 대역폭: 공진 회로에서 Q = 2π·(저장된 에너지)/(한 주기당 손실된 에너지)입니다. 직렬 RLC에서는 Q = ω₀L/R = (1/R)√(L/C), 병렬 RLC에서는 Q = R/(ω₀L) = R√(C/L)입니다. 반전력 주파수 f₁과 f₂(전력이 절반이고 전류나 전압이 최댓값의 1/√2인 주파수) 사이의 대역폭은 BW = f₂ − f₁ = f₀/Q이며, 직렬에서는 R/(2πL), 병렬에서는 1/(2πRC)입니다. 공진 주파수는 기하평균 f₀ = √(f₁f₂)이고, f_1,2 = f₀(√(1 + 1/(4Q²)) ∓ 1/(2Q))입니다. 손실은 진동을 감쇠시키기도 합니다: 직렬 RLC에서 진폭은 e^−Rt/(2L)로 줄어듭니다.

대역폭으로부터 구한 인덕턴스

L = R/(2π·BW) = 5/(2π·50000) = 1.592 × 10⁻⁵ H

공진 주파수로부터 구한 커패시턴스

C = 1/((2π·500000)²·1.592 × 10⁻⁵) = 6.366 × 10⁻⁹ F = 6.366 nF

답

C = 6.366 nF

Q = f₀/BW = 10.

9.3상 전력

답: P = 41.33 kW

상전압

V_ph = V_L = 415 V

상전류

|Z| = √(8² + 6²) = 10 Ω

I_ph = 415/10 = 41.5 A

전체 유효 전력

각 임피던스의 저항 성분만 유효 전력을 흡수합니다.

P = 3·I_ph²·R = 3·41.5²·8 = 41.33 kW

답

P = 41.33 kW

확인: cos φ = R/|Z| = 0.8이고, √3·V_L·I_L·cos φ도 같은 전력을 줍니다.

10.3상 전력

답: C_ph = 362.7 µF

평형 3상 계통: Y(성형) 결선에서는 선간 전압이 상전압의 √3배, V_L = √3·V_ph이고, 선전류는 상전류와 같습니다. Δ(삼각) 결선에서는 선간 전압이 상전압과 같고 선전류는 상전류의 √3배, I_L = √3·I_ph입니다. 전체 전력은 한 상 전력의 세 배입니다: P = 3·V_ph·I_ph·cos φ = √3·V_L·I_L·cos φ. 역률 개선: 커패시터는 무효 전력을 부하 가까이에서 공급합니다, Q_C = P·(tan φ₁ − tan φ₂). 세 커패시터는 각각 Q_C/3 = V²·ω·C를 공급하며, 여기서 V는 그 커패시터에 걸리는 전압으로 Δ 뱅크에서는 V_L, Y 뱅크에서는 V_L/√3입니다.

보상 전후의 무효 전력

유효 전력은 변하지 않으므로 각 역률이 무효 전력을 결정합니다: Q = P·tan φ.

Q₁ = 120·tan(acos 0.8) = 120·0.75 = 90 kvar

Q₂ = 120·tan(acos 0.98) = 120·0.2031 = 24.37 kvar

커패시터가 공급하는 무효 전력

Q_C = Q₁ − Q₂ = 65.63 kvar

상당 정전 용량

Δ 뱅크에서 각 커패시터는 두 선 사이에 연결됩니다.

V = 400 V, ω = 2π·60 = 377 rad/s

C_ph = (Q_C/3)/(ω·V²) = 21878/(377·400²) = 362.7 µF

답

C_ph = 362.7 µF

11.RC·RL 과도 현상

답: t = 10.13 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.

시정수와 최종 전류

스위치를 닫고 오래 지나면 인덕터는 단락처럼 동작하므로 최종 전류는 R로만 정해집니다.

τ = L/R = 33 mH / 15 Ω = 2.2 ms

i(∞) = V_s/R = 12/15 = 0.8 A

시간에 대해 풀기

0.99 = 1 − e^−t/τ → t = −τ·ln(1 − 0.99)

t = −2.2·ln(0.01) = 10.13 ms

답

t = 10.13 ms

12.RC·RL 과도 현상

답: R = 0.2128 kΩ

필요한 시정수

3.16 = 5·(1 − e^−10/τ) → τ = 10/ln(5/(5 − 3.16))

τ = 10/0.9997 = 10 ms

저항

kΩ × µF는 밀리초입니다.

R = τ/C = 10/47 = 0.2128 kΩ

답

R = 0.2128 kΩ

13.테브난·노턴

답: R_th = 16 Ω

테브난 정리: 모든 선형 2단자 회로는 하나의 전압원 V_th와 저항 R_th의 직렬 회로처럼 동작합니다. 노턴 정리는 같은 회로를 전류원 I_N = V_th/R_th와 R_th의 병렬 회로로 나타냅니다.

모든 전원을 끄고 R_th 구하기

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

R₁ ∥ R₂ = 10·15/(10+15) = 6 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 6 + 10 = 16 Ω

14.테브난·노턴

답: P_L = 37.08 W

모든 전원을 끄고 R_th 구하기

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

R₁ ∥ R₂ = 15·15/(15+15) = 7.5 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 7.5 + 20 = 27.5 Ω

개방 전압 V_th 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.

V_A = V₁·R₂/(R₁+R₂) + I_s·(R₁∥R₂) = 6 + 3·7.5 = 28.5 V

V_th = V_B = V_A + I_s·R₃ = 28.5 + 3·20 = 88.5 V

부하를 테브난 등가 회로에 연결하기

테브난 전원과 직렬 R_th는 a–b에서 원래 회로와 똑같이 동작하므로, 부하는 단순한 직렬 루프를 보게 됩니다.

I_L = V_th/(R_th + R_L) = 88.5/(27.5 + 5) = 2.723 A

P_L = I_L²·R_L = 2.723²·5 = 37.08 W

15.보드 선도와 여유

답: BW = 318.3 Hz

주파수 응답: 전달함수에 s = jω를 대입하세요. 데시벨 크기는 20·log₁₀|H(jω)|이고 위상은 분자 인수들의 각도의 합에서 분모 인수들의 각도를 뺀 값입니다. 1차 RC 또는 RL 필터의 차단(−3 dB) 주파수는 ω_c = 1/(RC) 또는 R/L이며 f_c = ω_c/(2π)입니다. 저역 통과 필터는 |H| = 1/√(1 + (ω/ω_c)²)와 φ = −atan(ω/ω_c)를 줍니다. 점근(직선) 보드 선도에서 각 극점은 차단 주파수에서 크기를 10배 주파수당 20 dB씩 아래로 꺾고, 각 영점은 10배 주파수당 20 dB씩 위로 꺾으며, 적분기 1/s는 모든 주파수에서 −20 dB/decade를 줍니다. 이득 교차 주파수 ω_c: |L(jω)| = 1(0 dB); 위상 여유 PM = 180° + ∠L(jω_c). 위상 교차 주파수 ω₁₈₀: ∠L(jω) = −180°; 이득 여유 GM = −20·log₁₀|L(jω₁₈₀)| dB. 두 여유가 모두 양수이면 폐루프는 안정합니다.

공진 주파수

ω₀ = 1/√(LC) = 1/√(0.001·4.7 × 10⁻⁶) = 14586 rad/s

f₀ = ω₀/(2π) = 2322 Hz

대역폭

BW = R/L = 2/0.001 = 2000 rad/s = 318.3 Hz

답

BW = 318.3 Hz

16.보드 선도와 여유

답: K = 123.3

위상 교차

(ω/3)·(ω/10) = 1 → ω₁₈₀ = √(3·10) = 5.477 rad/s

위상 교차 주파수에서의 크기

|L(jω₁₈₀)| = K/(ω·√(ω² + 9)·√(ω² + 100)) = K/(3·10·(3 + 10)) = K/390

필요한 이득

390/K = 10^10/20 = 3.162

K = 390/3.162 = 123.3

답

K = 123.3

ExamProblems · examproblems.com/courses/circuit-analysis-2

회로이론 2: 교류 회로: 벼락치기 팩

1공식과 풀이 방법

복소수

방법

교류 임피던스와 페이저

방법

교류 전력과 역률

LC 공진, Q 인자, 대역폭

방법

3상 전력

RC·RL 과도 현상

방법

테브난·노턴

방법

2연습 문제

3용액

오일러 공식

성분(라디안)

답

켤레 쌍

이차식 인수 분리

실근

답

리액턴스

임피던스

위상각

답

리액턴스

병렬 조합

전체 임피던스

답

유효 전력에서 구한 저항

임피던스에서 구한 리액턴스

답

보상 전후의 무효 전력

새 선전류

답

주기

사분의 일 주기

답

대역폭으로부터 구한 인덕턴스

공진 주파수로부터 구한 커패시턴스

답

상전압

상전류

전체 유효 전력

답

보상 전후의 무효 전력

커패시터가 공급하는 무효 전력

상당 정전 용량

답

시정수와 최종 전류

시간에 대해 풀기

답

필요한 시정수

저항

답

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

개방 전압 Vth 구하기

부하를 테브난 등가 회로에 연결하기

공진 주파수

대역폭

답

위상 교차

위상 교차 주파수에서의 크기

필요한 이득

답

모든 전원을 끄고 R_th 구하기

모든 전원을 끄고 R_th 구하기

개방 전압 V_th 구하기