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

z = −3 + j4의 편각 θ을(를) −180°와 180° 사이의 주값으로 도 단위로 구하시오.

z = −3 + j4

θ = °

2.복소수어려움

z³ − 5z² + 11z − 15 = 0의 한 근은 z₁ = 1 + j2이다. 계수는 실수이다. 실근 r을(를) 구하시오.

z₁ = 1 + j2

r =

3.교류 임피던스와 페이저보통

C = 47 µF인 직렬 RLC 회로가 100 Hz에서 공진해야 한다. 필요한 인덕턴스 L을(를) 구하시오.

f₀ = 100 HzC = 47 µF

L = mH

4.교류 임피던스와 페이저어려움

직렬 RLC 회로가 12 V (실효값), 500 Hz 전원에 연결되어 있다. 커패시터 양단 실효 전압 V_C을(를) 구하시오.

V = 12 V (rms)f = 500 HzR = 25 ΩL = 150 mHC = 100 µF

V_C = V

5.교류 전력과 역률보통

두 부하가 230 V 단상 전원에 병렬로 연결되어 있다: 지상 역률 0.7의 28 kW 부하와 지상 역률 0.85의 12 kW 부하. 전원에서 본 전체 역률 cos φ을(를) 구하시오.

V = 230 VP₁ = 28 kW, pf₁ = 0.7 지상P₂ = 12 kW, pf₂ = 0.85 지상

cos φ =

6.교류 전력과 역률어려움

200 kVA 단상 변압기가 지상 역률 0.65의 98 kW 부하에 전력을 공급한다. 변압기가 kVA 정격에 도달하기 전까지 저항성(역률 1) 부하로 추가할 수 있는 유효 전력 ΔP은(는) 얼마인가?

S_max = 200 kVAP₁ = 98 kWpf₁ = 0.65

ΔP = kW

7.LC 공진, Q 인자, 대역폭보통

L = 1 µH, C = 10 µF인 이상적인 LC 회로에서 t = 0에 커패시터가 완전히 충전되어 있습니다. 모든 에너지가 인덕터에 있게 되기까지 얼마나 걸립니까? t을(를) µs 단위로 구하시오.

L = 1 µHC = 10 µF

t = µs

8.LC 공진, Q 인자, 대역폭어려움

직렬 공진 회로가 1 mH 인덕터를 사용합니다. 대역폭이 20 kHz가 되려면 전체 직렬 저항 R은 얼마여야 합니까?

L = 1 mHBW = 20 kHz

R = Ω

9.3상 전력보통

상당 임피던스가 15 + j20 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 = 15 + j20 Ω 상당

P = kW

10.3상 전력어려움

평형 3상 부하가 480 V(선간), 50 Hz 전원에서 역률 0.65(지상)로 150 kW를 소비한다. 부하에 병렬로 연결한 3상 커패시터 뱅크로 전체 역률을 0.95(지상)까지 높여야 한다. 유효 전력은 변하지 않는다. 커패시터는 Δ 결선이다. 각 커패시터의 정전 용량 C_ph을(를) µF 단위로 구하시오.

P = 150 kWpf₁ = 0.65pf₂ = 0.95V_L = 480 Vf = 50 Hz

C_ph = µF

11.RC·RL 과도 현상보통

전원 Vₛ가 R₁을 통해 커패시터를 충전하며, R₂는 C와 병렬로 연결되어 있습니다. t = 0에서 스위치가 닫힐 때 커패시터는 충전되어 있지 않다. t = 25 ms에서 커패시터 전압 v_C을(를) 구하시오.

V_s = 6 VR₁ = 1 kΩR₂ = 10 kΩC = 22 µFt = 25 ms

v_C = V

12.RC·RL 과도 현상어려움

t = 0에서 스위치가 닫히기 직전, 커패시터 전압은 표시된 극성으로 3 V이다. v_C이(가) 3.6 V에 도달하는 데 걸리는 시간은? t을(를) 구하시오.

V_s = 5 VR = 3.3 kΩC = 100 µFv_C(0) = 3 V

t = ms

13.테브난·노턴보통

a–b 사이에 부하 R_L = 15 Ω을 연결한다. 나머지 회로를 테브난 등가 회로로 바꾸고 부하 전류 I_L을(를) 구하시오.

V₁ = 24 VR₁ = 12 ΩR₂ = 12 ΩR₃ = 2 ΩR_L = 15 Ω

I_L = A

14.테브난·노턴어려움

a–b 사이에 부하 R_L = 2 Ω을 연결한다. 나머지 회로를 테브난 등가 회로로 바꾸고 부하 전류 I_L을(를) 구하시오.

V₁ = 6 VI_s = 2 AR₁ = 8 ΩR₂ = 2 ΩR₃ = 25 ΩR_L = 2 Ω

I_L = A

15.보드 선도와 여유보통

ω = 1 rad/s에서 G(s) = 12(s + 7)/(s(s + 9))의 위상 ∠G(jω)을(를) 도 단위로 구하시오.

G(s) = 12(s + 7)/(s(s + 9))ω = 1 rad/s

∠G(jω) = °

16.보드 선도와 여유어려움

단위 되먹임 루프의 개루프 전달함수는 L(s) = 540/(s(s + 10))이다. 위상 여유 PM을(를) 도 단위로 구하시오.

L(s) = 540/(s(s + 10))

PM = °

3용액

1.복소수

답: θ = 126.9 °

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.

사분면

a = −3, b = 4 → II

기준각

α = atan(4/3) = 53.13°

편각

θ = 180° − α = 126.9°

답

θ = 126.9°

극형식으로 z = 5∠126.9°.

2.복소수

답: r = 3

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 = 1 − j2

(z − z₁)(z − z₂) = z² − 2·1·z + (1² + 2²) = z² − 2z + 5

이차식 인수 분리

z³ − 5z² + 11z − 15 = (z² − 2z + 5)(z − 3)

실근

r = 3

답

r = 3

근의 합으로 검산하세요: z₁ + z₂ + r = 2 + 3 = 5 = −(−5).

3.교류 임피던스와 페이저

답: L = 53.89 mH

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.

공진 조건

공진에서는 유도성 리액턴스와 용량성 리액턴스가 상쇄됩니다: ωL = 1/(ωC).

ω₀ = 2π·100 = 628.3 rad/s

L = 1/(ω₀²·C) = 1/(628.3²·47·10⁻⁶) = 53.89 mH

답

L = 53.89 mH

4.교류 임피던스와 페이저

답: V_C = 0.08149 V

리액턴스

ω = 2πf = 2π·500 = 3142 rad/s

X_L = ωL = 3142·0.15 = 471.2 Ω

X_C = 1/(ωC) = 1/(3142·100·10⁻⁶) = 3.183 Ω

임피던스

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

|Z| = √(R² + (X_L − X_C)²) = √(25² + (468.1)²) = 468.7 Ω

전류

직렬 회로의 모든 소자에는 같은 전류가 흐릅니다.

I = V/|Z| = 12/468.7 = 0.0256 A

커패시터 전압

V_C = I·X_C = 0.0256·3.183 = 0.08149 V

답

V_C = 0.08149 V

5.교류 전력과 역률

답: cos φ = 0.7433

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.

각 부하의 무효 전력

지상 부하는 무효 전력을 소비하고(Q > 0), 진상 부하는 무효 전력을 공급합니다(Q < 0).

Q₁ = 28·tan(arccos 0.7) = 28.57 kvar

Q₂ = 12·tan(arccos 0.85) = 7.437 kvar

합계

P = 28 + 12 = 40 kW

Q = 28.57 + 7.437 = 36 kvar

S = √(40² + 36²) = 53.82 kVA

전체 역률

cos φ = P/S = 40/53.82 = 0.7433 지상

답

cos φ = 0.7433

6.교류 전력과 역률

답: ΔP = 65.93 kW

기존 부하의 무효 전력

Q₁ = 98·tan(arccos 0.65) = 114.6 kvar

최대 전체 유효 전력

정격 전부에서 S = S_max이며, 저항성 부하는 Q를 바꾸지 않습니다.

P = √(S_max² − Q₁²) = √(200² − 114.6²) = 163.9 kW

추가 유효 전력

ΔP = 163.9 − 98 = 65.93 kW

답

ΔP = 65.93 kW

7.LC 공진, Q 인자, 대역폭

답: t = 4.967 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 × 10⁻⁶·1 × 10⁻⁵) = 19.87 µs

사분의 일 주기

t = T/4 = 4.967 µs

답

t = 4.967 µs

8.LC 공진, Q 인자, 대역폭

답: R = 125.7 Ω

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.

직렬 대역폭

BW = R/(2πL)

저항

R = 2π·0.001·20000 = 125.7 Ω

답

R = 125.7 Ω

9.3상 전력

답: P = 12.4 kW

상전압

V_ph = V_L = 415 V

상전류

|Z| = √(15² + 20²) = 25 Ω

I_ph = 415/25 = 16.6 A

전체 유효 전력

각 임피던스의 저항 성분만 유효 전력을 흡수합니다.

P = 3·I_ph²·R = 3·16.6²·15 = 12.4 kW

답

P = 12.4 kW

확인: cos φ = R/|Z| = 0.6이고, √3·V_L·I_L·cos φ도 같은 전력을 줍니다.

10.3상 전력

답: C_ph = 580.6 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 = 150·tan(acos 0.65) = 150·1.169 = 175.4 kvar

Q₂ = 150·tan(acos 0.95) = 150·0.3287 = 49.3 kvar

커패시터가 공급하는 무효 전력

Q_C = Q₁ − Q₂ = 126.1 kvar

상당 정전 용량

Δ 뱅크에서 각 커패시터는 두 선 사이에 연결됩니다.

V = 480 V, ω = 2π·50 = 314.2 rad/s

C_ph = (Q_C/3)/(ω·V²) = 42022/(314.2·480²) = 580.6 µF

답

C_ph = 580.6 µF

11.RC·RL 과도 현상

답: v_C = 3.892 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

R_th를 구하려면 전원을 단락하고, 최종 전압을 구하려면 커패시터를 개방하세요.

R_th = R₁ ∥ R₂ = 1·10/(1 + 10) = 0.9091 kΩ

v_C(∞) = 6·10/(1 + 10) = 5.455 V

시정수

τ = R_th·C = 0.9091·22 = 20 ms

충전 곡선

v_C(t) = 5.455·(1 − e^−25/20) = 3.892 V

답

v_C = 3.892 V

12.RC·RL 과도 현상

답: t = 117.7 ms

초기값, 최종값, 시정수

커패시터 전압은 갑자기 변할 수 없으므로 저장된 값에서 시작해 전원 전압으로 향합니다.

v_C(0) = 3 V, v_C(∞) = V_s = 5 V

τ = R·C = 3.3 kΩ · 100 µF = 330 ms

v_C(t) = 5 + (3 − 5)·e^−t/τ

시간에 대해 풀기

3.6 = 5 + (−2)·e^−t/τ → e^−t/τ = (3.6 − 5)/(3 − 5) = 0.7

t = τ·ln((3 − 5)/(3.6 − 5)) = 330·ln(1.429) = 117.7 ms

답

t = 117.7 ms

13.테브난·노턴

답: I_L = 0.5217 A

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 = 12·12/(12+12) = 6 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 6 + 2 = 8 Ω

개방 전압 V_th 구하기

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

V_th = V₁·R₂/(R₁+R₂) = 24·12/(12+12) = 12 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) = 12/(8 + 15) = 0.5217 A

14.테브난·노턴

답: I_L = 1.902 A

모든 전원을 끄고 R_th 구하기

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

R₁ ∥ R₂ = 8·2/(8+2) = 1.6 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 1.6 + 25 = 26.6 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) = 1.2 + 2·1.6 = 4.4 V

V_th = V_B = V_A + I_s·R₃ = 4.4 + 2·25 = 54.4 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) = 54.4/(26.6 + 2) = 1.902 A

15.보드 선도와 여유

답: ∠G(jω) = −88.21 °

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.

각도를 더하기

∠G = atan(1/7) − 90° − atan(1/9) = 8.13° − 90° − 6.34°

결과

∠G(j1) = −88.21°

답

∠G(jω) = −88.21°

16.보드 선도와 여유

답: PM = 24.26 °

이득 교차

ω⁴ + 100ω² − 291600 = 0

ω² = (−100 + √(10000 + 4·291600))/2 = 492.3

ω_c = 22.19 rad/s

위상 여유

∠L(jω_c) = −90° − atan(22.19/10) = −155.7°

PM = 180° + ∠L = 24.26°

답

PM = 24.26°

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

사분면

기준각

편각

답

켤레 쌍

이차식 인수 분리

실근

답

공진 조건

답

리액턴스

임피던스

전류

커패시터 전압

답

각 부하의 무효 전력

합계

전체 역률

답

기존 부하의 무효 전력

최대 전체 유효 전력

추가 유효 전력

답

주기

사분의 일 주기

답

직렬 대역폭

저항

답

상전압

상전류

전체 유효 전력

답

보상 전후의 무효 전력

커패시터가 공급하는 무효 전력

상당 정전 용량

답

커패시터에서 본 테브난 등가 회로

시정수

충전 곡선

답

초기값, 최종값, 시정수

시간에 대해 풀기

답

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

개방 전압 Vth 구하기

부하를 테브난 등가 회로에 연결하기

모든 전원을 끄고 Rth 구하기

개방 전압 Vth 구하기

부하를 테브난 등가 회로에 연결하기

각도를 더하기

결과

답

이득 교차

위상 여유

답

모든 전원을 끄고 R_th 구하기

개방 전압 V_th 구하기

모든 전원을 끄고 R_th 구하기

개방 전압 V_th 구하기