2020년도 국회9급 전자공학개론 해설

불순물이 주입되지 않은 반도체나 도너 원자와 억셉터 원자가 동일하게 주입된 반도체나 모바일 캐리어의 농도는 같을 것이다. 하지만, 불순물이 주입되면 스캐터링들이 발생하여 흐름에 방해가 생기기 떄문에 전기 전도도가 떨어진다.

JK플립플롭에 J=K=1이 가해지면 신호가 토글되고, 클럭의 특정(상승 또는 하강) 에지에서 반응하기 때문에 한번 플립플롭을 거칠 때마다 주파수는 반으로 떨어진다.

VB=0+0.7=0.7 V이고, VCBQ=VCC/2=5 V이다. 따라서 VC=0.7+5=5.7 V임을 알 수 있다.
한편, 베이스 전류 IB=5/100k=0.05 mA이므로 컬렉터 전류 IC=beta IB=100* 0.05=5 mA이다.
이 전류가 RC를 흐름에 의해 생기는 전압 강하가 VCC-VC=10-5.7=4.3 V이므로 RC=4.3/5=0.86 Ohm이다. 근데 답지에 답이 없네?어쨌건 가장 가까운 값은 1 옴이겠다.

2 V 입력은 반전증폭되고 게인은 -2이므로 -4 V의 출력을 만든다.
3 V 입력은 1:2로 전압분배된 결과인 2 V 입력을 만들고 이는 비반전증폭되는데 게인은 1+2=3이므로 6 V출력을 만든다.
따라서 6-4=2 V가 출력된다.

스위치1이 닫혀있으므로 C1은 5 V로 충전되며 이 때의 전하량은 Q1=C1 *5=5이다.(단위생략)
C2는 1 V로 충전되어 있고 이 때의 전하량은 Q2=C2*1=3이다.
따라서 총 전하량 Q=3+5=8이고, 스위치2가 닫히면 C1과 C2는 병렬연결되어 총 커패시턴스 C=1+3=4이다.
따라서 이 두 커패시터에 나타나는 전압은 Q=CVo에서 8=4 Vo이므로 Vo=2 V이다.

시변 전계와 시변 자계는 수직 방향이다.

스위치가 닫혀있을 때 OPAMP의 -입력의 전압(0 – Virtual Ground 에 의해)이 Vo로 전달되므로 커패시턴스의 초기 충전값은 0이다.
그리고 10 kOhm을 통해 흐르는 전류는 (0 – (-5))/ 10 k=0.5 mA인데 이 전류는 커패시터를 통해 온다.
따라서 커패시터의 전압은 i=CdV/dt에서 V=integral i/C dt 이고, i=0.5 mA, C=1 uF를 대입하여 계산하면 V(t)=500t이다.
따라서 500t=5이려면 t=0.01 s= 10 ms이다.


공통이득 Ac=Ad/CMRR=0.2 이다.
차동 값 100-80=20 uV는 2,000배 증폭되어 40 mV를 만들 것이고, 공통값 80 uV은 0.2배 증폭되어 16 uV를 만든다.
따라서 40 mV + 16 uV는 거의 40 mV와 같다.
열심히 계산했지만 사실 연산증폭기의 공통이득은 매우 작기 때문에(안 그러면 제대로 된 연산증폭기가 아니다) 차동이득만 보고도 바로 답을 낼 수 있다.

2번 문제를 참고하자. 1,2번은 맞는 말이다.
전달지연이 입력의 주기보다 길어버리면 출력이 나타나는 게 일정하게 밀려버리는 문제가 있지 않을까?
카운터들의 출력은 클럭에 따라 변하고 특정 상태일 때의 출력값을 논리회로를 이용하여서 검출해낼 수 있을 것 같다.
10개의 스테이트를 가지므로 10보다 크면서 가장 작은 2의 거듭제곱은 2^4=16이므로 4개의 플립플롭이 필요할 것이다.

오랫동안 닫혀있었으므로 인덕터는 쇼트 상태였을 것이고, 6 A가 모조리 인덕터와 스위치를 통해서 흘렀을 것이기 때문에 초기 전류는 6 A일 것이다.
한편, 스위치가 열리고 아주 오랜 시간이 지나면 인덕터는 다시 쇼트 상태가 되고, 6 A 전류 중 4 A가 인덕터를 통해 5 옴으로 분배되어 흐를 것이므로 최종값은 4 A이다.
국가직 9급 같은 경우면 이렇게 풀고 끝나지만 애석하게도 이를 만족하는 보기가 2번과 4번 두 개가 있다.
좀 더 풀어보자면, 인덕터가 바라보는 총 저항은 5+10=15이다. 그런데 인덕턴스가 1.5이므로, 이 둘을 조합해서 나올 법한 숫자는 10 아니면 0.1이다.(시정수는 R/L 혹은 L/R이니까) 따라서 답은 4번이라고 결론낼 수 있다.
좀 더 정확히 설명하자면, 인덕턴스는 주파수와 곱해짐으로써 옴의 단위를 가지므로, 인덕턴스의 단위는 [시간*옴]이다. 따라서, R/L이 시정수가 되어야 이 값에 시간이 곱해지면 무차원이 되어서 지수함수의 입력이 될 수 있는 것이다. 이에 따라 R/L=15/1.5=10임을 알 수 있다.

테브닌 저항을 구해보자. 10 A를 제거해보자,
그런데, 가운데의 -5 Vo의 종속전압원이 왼쪽의 30 옴의 Vo와는 어떻게 관련될까?
-5 Vo가 30 옴에 분배되면 -5Vo * 30/50=-3 Vo인데 이 값이 바로 Vo이다.
즉 Vo=-3Vo이므로 Vo=0이다. 따라서 왼쪽 위의 20옴의 양단 전압은 0이기 때문에, -5Vo 기준 왼쪽 회로는 없는 것과 마찬가지이다.(전류가 안 흐르니까)
따라서 테브닌 저항은 오른쪽 20 옴 하나이므로 최대 전력 전달을 위한 RL=20 옴이다.

VBE=0.7이므로 VE=VB-0.7=1-0.7=0.3 V이다. 따라서 R=0.3 V/1 mA=300 옴이다.
한편, Vo=10-1 kOhm* 1 mA=10-1=9 V이다.

종속 전압원을 +에서 -로 통과하는 전류와 0.5VA를 곱하고 -를 붙여주면 된다.
VA=0.5VA-150에서 0.5VA=-150이므로 VA=-300 V이다. 따라서 종속전압원을 +에서 -로 통과하는 전류는 30옴의 왼쪽에서 오른쪽으로 흐르는 전류이고 이 전류는 -VA/30=10 A이다.
이 값과 0.5VA를 곱하고 -를 붙여주면 -0.5VA*10=-5VA=1,500 W가 된다.

Vin+V가 0보다 작으면 신호가 잘리고, 0 이상이면 그대로 출력된다. 이에 해당하는 개형은 3번 하나밖에 없다.

바락터 식을 생각하자. 바락터의 커패시턴스는 1/sqrt(V)와 비례하는데, 전압이 높아질수록 커패시턴스가 작아지므로 커패시터의 간격을 의미하는 공핍층 두께는 커질 것이다.
역방향 전압을 가하면 당연히 전류가 거의 흐르지 않는다.
순방향 전압을 가할 경우 온도가 높아지면 열적으로 생성되는 캐리어들이 많아지므로, 동일전류를 흘리기 위해 전위장벽을 눌러주는 전압이 덜 필요할 것이다.
순방향 전압을 가하면 전위장벽 값인 0.7 V 근처에서 전류는 지수함수를 따른다.
다이오드의 문턱전압은 양쪽 타입에서 밴드와 페르미 레벨의 차이를 더해준 것인데, 쇼트키 다이오드는 한쪽 타입에서 밴드와 페르미 레벨의 차이가 0이므로(금속이니까) 더 작은 값을 가질 것이다.

변압기를 거친 전기는 교류이므로 먼저 정류를 시켜주어야 한다. 다음으로 전압값을 유지해주는(즉 시간에 따라 변하는 성분인 고주파를 제거해주는) RC LPF가 필요하고, 마지막으로 부하가 변해도 전압을 유지해주는 레귤레이터가 필요하다.

A가 0일 때 X는 C의 반전이고, A가 1일 때 X는 B와 C의 NAND이다.
따라서 X=A’C’+A(BC)’=A’C’+A(B’+C’)=A’C’+AB’+AC’=AB’+C’이다.
제발 카르노맵 그리는 무식한 짓은 하지 말자.

ID=0.5unCoxW/L(VGS-VT)^2이다.(원래는 MOS가 선형 영역에 있는지 생각해야 하지만 9급에선 그런 거 고려할 필요 없이 그냥 선형 영역이라고 가정해도 문제없는 거 같다.)
VGS=VDD-Vx=1.8-0.4=1.4 V이니 VGS-VT=1 V이다.
unCoxW/L이 1이니(단위 생략) 볼 것도 없이 0.5*1*1=0.5이므로 답은 1번이다.

(1+beta)ib=100ib가 R1을 통해 흐른다. 따라서 vE=10,000ib이다.
한편, 베이스에 걸리는 전압은 vs이므로 ib=(vs-vE)/rb=vs/rb-10,000ib/rb이다.
rb=2,500 옴을 대입하면 ib=vs/2.5k – 4ib에서 5ib=vs/2.5k이므로 ib=vs/12.5k이다.
Vo=-R2*beta*ib이므로 계산하면 Vo=-625*99*vs/12.5k이므로 Vo/vs=-4.95이므로 이에 가까운 값은 -5이다.
이렇게 풀 수도 있지만, 훨씬 간단하게 풀 수도 있다.
R1의 존재로 인해, R1의 위쪽에 걸리는 전압은 이미터 폴로워 회로의 경우를 생각해보면 거의 vs임을 알 수 있다.
한편, 이 vs에 의해 R1에 흐르는 전류는 R2에 흐르는 전류와 (거의) 같다.
따라서 같은 전류에 의해 나타나는 전압 크기의 비율은 저항의 비율과 같게 되므로, 전압이득의 크기는 R2/R1=625/100=6.25이다.
이 값에 가장 가까운 것은 5이다.

  1. 잘 모르겠으니 일단 넘기자.
  2. 전가산기는 두 개의 입력에 캐리까지 더해진다. 사실 전가산기는 회로를 의미하므로 ‘값’이라고 할 수 없다. 누가 문제를 낸 건지 참 궁금하다.
  3. S=R=1은 입력해선 안된다. 정의되지 않는 상태이다.
  4. 래치는 보통 클록이 변경될 때가 아니라 유지될 때 작동한다.
  5. 2개 입력 XOR은 입력이 다를 때 참을 낸다. 옳은 설명이니 이게 답이다.

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