15년 3회차

전류와 전압이 서로 비례한다는 관계를 나타내는 것은 옴의 법칙으로 $V=IR$로 표현된다.

저항이 일정하다면 전압을 두 배로 올릴 때 전류도 두 배가 되므로, 저항을 비례상수로 하는 정비례 관계가 성립한다.

• 키르히호프의 법칙은 한 점에 모인 전류의 합과 폐회로의 전압 합이 0이 된다는 보존 법칙이다.
• 주울의 법칙은 저항에서 생기는 열량이 전류의 제곱·저항·시간에 비례한다는 법칙이다.
• 렌츠의 법칙은 유도기전력이 자속의 변화를 방해하는 방향으로 생긴다는 법칙이다.

그림 (a)는 입력 V1 쪽에 직렬 콘덴서 C, 출력 V2 쪽에 병렬 저항 R을 둔 CR 고역통과 회로이므로 저역차단주파수는 $f_L=\dfrac{1}{2\pi RC}$ 이다.

그림 (b)에서 V2/V1 은 주파수가 높아질수록 1 에 수렴하고, 세로축이 $\dfrac{1}{\sqrt{2}}$ 가 되는 지점을 가로축의 차단주파수 fL 로 표시했다. 이 점은 출력 전력이 절반, 즉 -3dB 가 되는 주파수다.

유도: 용량 리액턴스가 저항과 같아질 때 $\dfrac{V_2}{V_1}=\dfrac{R}{\sqrt{R^2+X_C^2}}=\dfrac{1}{\sqrt{2}}$ 이므로 $X_C=\dfrac{1}{2\pi f_L C}=R$, 정리하면 $f_L=\dfrac{1}{2\pi RC}$.

• 분모에 $\sqrt{C}$ 나 $\sqrt{RC}$ 가 들어간 식은 $X_C=\dfrac{1}{2\pi fC}$ 에서 나올 수 없는 형태다.
• $R^2$ 이 들어간 식은 리액턴스와 저항의 차원이 맞지 않아 주파수 단위가 되지 않는다.

정현파 발진기가 아닌 것은 멀티바이브레이터로, 트랜지스터가 포화와 차단 사이를 오가며 구형파를 만들어 내는 비정현파(이완) 발진회로이다.

나머지는 모두 공진이나 위상 조건을 이용해 사인 모양의 출력을 얻는 정현파 발진기이다.

• LC 반결합 발진기는 코일과 콘덴서의 공진으로 정현파를 얻는다.
• CR 발진기는 저항과 콘덴서의 위상 이동을 이용해 정현파를 얻는다.
• 수정 발진기는 수정 진동자의 기계적 공진을 이용해 안정한 정현파를 얻는다.

단측파대(SSB) 통신에 쓰이는 변조 회로는 반송파를 억압하는 평형 변조 구조의 링 변조회로이다.

다이오드를 고리 모양으로 연결한 이 회로는 반송파 성분을 상쇄해 반송파 억압 양측파대(DSB-SC) 신호를 만들고, 여기에 대역통과필터를 걸어 한쪽 측파대만 남기면 SSB 신호가 된다.

• 컬렉터 변조회로는 AM 송신기의 전력단에서 쓰는 진폭 변조 방식이다.
• 베이스 변조회로도 소전력 진폭 변조에 쓰이는 회로로 반송파를 억압하지 못한다.
• 주파수 변조회로는 반송파의 주파수를 바꾸는 FM 방식이어서 측파대를 한쪽만 남기는 방식과는 계통이 다르다.

실리콘 제어 정류기(SCR)의 게이트는 캐소드 쪽에 인접한 P형 반도체 층에서 인출된다.

SCR은 애노드 쪽부터 P-N-P-N 순으로 쌓인 PNPN 4층 구조이며, 게이트는 그중 세 번째 층인 P층에 연결된다.

이 게이트에 작은 트리거 전류를 흘려 해당 PN 접합을 순방향으로 만들면 소자 전체가 도통(턴온) 상태로 넘어간다.

틀린 설명은 입력 펄스 파형이 하강할 때 C 가 충전된다는 것이다 — C 가 충전되는 구간은 하강 시가 아니라 상승(+) 구간이다.

그림은 직렬 콘덴서 C 와, 출력단에 병렬로 놓인 저항 R·다이오드 D 로 이루어진 클램퍼다. D 는 애노드가 위(출력 측), 캐소드가 아래(귀환선 측)이므로 출력 쪽이 (+)로 올라갈 때 도통하며, 그 결과 파형의 위쪽이 0 V 에 붙는 음(−) 클램프로 동작한다.

입력이 (+)로 상승하면 D 가 도통해 매우 작은 순방향 저항을 통해 C 가 순식간에 충전되고, 입력이 하강하면 D 가 차단되어 C 는 시정수 RC 로 아주 천천히 방전한다. 이 느린 방전이 파형의 모양을 유지시켜 준다.

• 다이오드의 애노드가 출력 측을 향해 양의 첨두가 0 V 부근에 묶이므로, 음 클램프 회로라는 설명은 옳다.
• 입력이 상승하는 구간에서 출력 노드가 (+)가 되어 D 가 순방향으로 도통하므로, 상승 시 다이오드가 동작한다는 설명도 옳다.
• 충전 구간에서는 D 의 순방향 저항이 거의 0 이어서 전류가 그쪽으로만 흐르므로, R 을 무한대로 보아 무시한다는 설명도 옳다.

슈미트 트리거 회로는 입력 전압이 상한·하한 두 개의 문턱값을 넘나들 때마다 출력이 급격히 전환되어 구형파를 만들어 내는 파형 정형 회로이다.

두 문턱값 사이의 히스테리시스 덕분에 느리게 변하거나 잡음이 섞인 입력도 가장자리가 뚜렷한 사각 펄스로 바뀌어, 디지털 회로의 입력단이나 펄스 성형에 널리 쓰인다.

• 톱니파는 콘덴서를 천천히 충전하고 급격히 방전시키는 시간축 발생회로에서 얻어지는 파형이다.
• 삼각파는 적분 동작을 이용해 전압이 일정한 기울기로 오르내리도록 만든 파형이다.
• 계단파는 카운터나 D/A 변환 출력처럼 값이 한 단씩 이산적으로 바뀌는 파형이다.

베이스 접지의 전류증폭률 $\alpha$를 이미터 접지의 전류증폭률 $\beta$로 바꾸는 변환식은 $\beta=\dfrac{\alpha}{1-\alpha}$이다.

주어진 값을 대입하면 $\beta=\dfrac{0.89}{1-0.89}=\dfrac{0.89}{0.11}$이 된다.

따라서 이미터 접지회로의 전류증폭률은 약 8.1이다.

전계효과트랜지스터(FET)는 다수 반송자만 전류에 관여하는 단극성 소자이고 게이트 전압으로 전류를 조절하는 전압 제어형이므로, 소수 반송자에 의한 전류 제어형이라는 설명은 틀린 내용이다.

소수 반송자의 확산에 의존하지 않기 때문에 잡음이 적고 온도 변화에도 비교적 안정적이다.

• BJT보다 잡음특성이 양호하다는 설명은 옳은 내용이다.
• 접합형(JFET)의 입력저항이 절연 게이트를 갖는 MOS형보다 낮다는 설명도 옳은 내용이다.
• BJT보다 온도 변화에 따른 안정성이 높다는 설명도 옳은 내용이다.

쌍안정 멀티바이브레이터는 두 증폭단이 서로 정궤환으로 결합된 회로이므로, 부궤환을 하는 2단 비동조 증폭회로로 구성된다는 설명은 틀린 내용이다.

정궤환 결합 덕분에 두 트랜지스터 가운데 한쪽만 도통한 상태가 그대로 유지되어, 다음 트리거가 올 때까지 상태를 기억한다.

• 능동소자로 트랜지스터나 IC를 쓴다는 설명은 옳은 내용이다.
• 플립플롭이 쌍안정 멀티바이브레이터의 일종이라는 설명도 옳은 내용이다.
• 트리거 펄스 2개마다 출력 펄스 1개가 얻어진다는 설명도 상태가 두 번 바뀌어야 한 주기가 완성되는 쌍안정 동작과 일치한다.

연산증폭기의 응용회로가 아닌 것은 멀티플렉서로, 여러 입력 가운데 하나를 골라 내보내는 디지털 조합회로이다.

나머지는 모두 연산증폭기의 귀환 소자 구성만 바꾸어 만드는 아날로그 연산 회로이다.

• 미분기는 입력단에 콘덴서, 귀환단에 저항을 두어 입력의 시간 변화율을 출력한다.
• 가산기는 여러 입력을 저항을 통해 반전 입력단에 모아 그 합을 출력한다.
• 적분기는 귀환단에 콘덴서를 두어 입력을 시간에 대해 누적한 값을 출력한다.

전압의 변화를 주파수의 변화로 바꾸어 주는 회로는 전압제어 발진기(VCO)이다.

VCO는 제어 전압이 커지거나 작아짐에 따라 발진 주파수가 따라 변하도록 설계된 발진기이며, PLL은 위상 비교기 → 저역통과필터 → VCO가 귀환 루프를 이루어 출력 주파수를 기준 신호에 동기시킨다.

• 공진 회로는 특정 주파수를 골라내는 수동 회로로 전압을 주파수로 바꾸는 기능이 없다.
• 신시사이저 회로는 PLL과 분주기 등을 조합해 원하는 주파수를 합성하는 상위 시스템이다.
• 슈미트 트리거 회로는 파형을 사각형으로 정형하는 회로로 전압-주파수 변환과는 무관하다.

증폭기를 직렬(종속)로 연결하면 전체 이득은 각 단의 데시벨 이득을 더한 값이 되므로 $30\,\mathrm{dB}+50\,\mathrm{dB}=80\,\mathrm{dB}$이다.

전압 이득의 데시벨 정의 $G_{\mathrm{dB}}=20\log_{10}A$에서 $A=10^{G_{\mathrm{dB}}/20}$이므로 $A=10^{80/20}=10^{4}$이 된다.

따라서 종합 전압 이득은 10000배이다.

발문 그림의 식은 $F=A+\overline{A}\cdot B$ 이고, 흡수(분배) 법칙으로 정리하면 $F=A+B$ 가 되어 논리합 A+B 와 같은 기능이다.

유도: $A+\overline{A}B=(A+\overline{A})(A+B)=1\cdot(A+B)=A+B$.

진리표로 확인해도 A=0·B=0 일 때만 출력이 0 이고 나머지는 모두 1 이므로 둘 중 하나라도 1 이면 출력 1 인 OR 동작이다.

• 논리곱 A·B 는 A=1·B=0 에서 0 이지만 원식은 1 이므로 불일치한다.
• B 단독은 A=1·B=0 에서 0 이 되어 역시 불일치한다.
• A-B 는 불 대수에 존재하지 않는 연산 표기다.

반도체 기반 저장장치가 아닌 것은 Floppy Disk로, 자성체를 입힌 원판에 자기적으로 기록하는 자기 저장장치이다.

나머지는 모두 플래시 메모리 칩에 전기적으로 데이터를 저장하는 반도체 저장장치이다.

• Solid State Drive는 플래시 메모리를 묶어 하드디스크를 대체하는 저장장치이다.
• MicroSD는 소형 기기에 주로 쓰이는 플래시 메모리 카드이다.
• Compact Flash도 플래시 메모리를 사용하는 카드형 저장장치이다.

ALU(Arithmetic and Logical Unit)는 이름 그대로 산술연산 및 논리연산을 수행하는 중앙처리장치의 연산 담당 부분이다.

덧셈·뺄셈 같은 산술 연산과 AND·OR·NOT 같은 논리 연산을 처리하고 그 결과를 누산기에 남긴다.

• 데이터를 기억하는 일은 레지스터와 기억장치가 맡는다.
• 명령 내용을 해석하고 실행을 지시하는 일은 제어장치가 맡는다.
• 연산 결과가 저장될 주소를 산출하는 일은 제어장치의 주소 지정 과정에 해당한다.

스택에 데이터를 일시 저장하거나 꺼내오는 명령은 PUSH/POP이다.

스택은 마지막에 넣은 자료가 가장 먼저 나오는 후입선출(LIFO) 구조이며, PUSH는 스택 포인터를 옮겨 자료를 쌓고 POP은 그 반대로 꺼낸다.

• STORE/LOAD는 주기억장치의 특정 번지에 값을 쓰고 읽는 명령이다.
• ENQUEUE/DEQUEUE는 선입선출(FIFO) 구조인 큐에 자료를 넣고 빼는 연산이다.
• INPUT/OUTPUT은 입출력 장치와 자료를 주고받는 동작을 가리킨다.

2진수를 그레이코드로 바꿀 때는 최상위 비트는 그대로 두고, 그다음부터는 이웃한 두 비트를 XOR한 값을 차례로 적는다.

2진수 $10111$에 적용하면 $1,\;1\oplus0=1,\;0\oplus1=1,\;1\oplus1=0,\;1\oplus1=0$ 순서가 된다.

따라서 그레이코드 변환 결과는 $11100$이다.

어셈블리어를 기계어로 옮기는 번역프로그램은 어셈블러이므로, 컴파일러를 사용한다는 설명은 틀린 내용이다.

컴파일러는 C나 자바 같은 고급 언어를 번역하는 프로그램으로 어셈블러와 역할이 구분된다.

• 기호 언어(Symbolic Language)라고도 부른다는 설명은 옳은 내용이다.
• 기종 간 호환성이 적어 전문가 위주로 쓰인다는 설명도 옳은 내용이다.
• 기계어를 단순히 기호화한 기계 중심 언어라는 설명도 옳은 내용이다.

16진수는 각 자리가 $16$의 거듭제곱 자리값을 가지므로, 자리마다 자리값을 곱해 더하면 10진수가 된다.

16진수 B는 10진수로 11이므로 $1\times16^{2}+11\times16^{1}+7\times16^{0}=256+176+7$이 된다.

따라서 10진수로 바꾼 값은 439이다.

R/W, Reset, INT처럼 장치의 동작 시점과 방식을 지시하는 신호가 오가는 곳은 제어 버스이다.

제어 버스는 읽기·쓰기 구분, 초기화, 인터럽트 요구 같은 제어 신호 전용 통로로 CPU와 주변장치의 동작을 맞춘다.

• 주소 버스는 접근할 기억장소나 입출력 장치의 위치 정보를 내보내는 통로이다.
• 자료 버스는 실제 데이터를 주고받는 통로이다.
• 주변 I/O 버스는 주변장치를 연결하는 확장 경로를 가리키는 표현으로 제어 신호의 집합과는 다르다.

여러 하드디스크 드라이브를 묶어 하나의 저장장치처럼 쓰게 해 주는 기술은 RAID이다.

디스크를 배열(array)로 구성해 데이터를 나누어 쓰면 속도가 빨라지고, 같은 데이터를 중복 저장하거나 패리티를 두면 한 대가 고장 나도 복구할 수 있다.

• CD-ROM은 광학식으로 읽는 저장 매체를 가리킨다.
• SCSI는 주변장치를 연결하는 인터페이스 규격이다.
• EIDE도 하드디스크를 메인보드에 연결하는 인터페이스 규격이다.

캐시 메모리는 중앙처리장치와 주기억장치 사이에 놓여 두 장치의 속도 차이를 메워 주는 고속 완충 기억장치이다.

CPU가 자주 쓰는 명령과 데이터를 미리 담아 두어 주기억장치에 접근하는 횟수를 줄이므로 실행 속도가 빨라진다.

• 입력장치와 출력장치 사이는 캐시 메모리가 놓이는 자리가 아니다.
• 주기억장치와 보조기억장치 사이의 속도 차를 줄이는 것은 디스크 캐시나 버퍼의 역할이다.
• 중앙처리장치는 보조기억장치에 직접 접근하지 않으므로 그 사이에 캐시 메모리를 두지 않는다.

C언어의 관계 연산자는 두 값의 크기나 같고 다름을 비교하는 연산자이며, 등호 하나(=)는 오른쪽 값을 왼쪽 변수에 저장하는 대입 연산자여서 관계 연산자가 아니다.

값이 같은지 비교할 때는 등호를 두 개 겹친 형태(==)를 쓰며, 등호 하나와는 기능이 전혀 다르다.

• != 는 두 값이 같지 않은지 판별하는 관계 연산자이다.
• > 는 왼쪽 값이 오른쪽보다 큰지 판별하는 관계 연산자이다.
• <= 는 왼쪽 값이 오른쪽보다 작거나 같은지 판별하는 관계 연산자이다.