9급 국가직 전자공학개론 기출문제 전 회차를 한 권으로 — PDF 전자책(문제집·정답해설집)

22년 1회차

총 20문항 · 객관식 · A4 약 1장

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9급 국가직 전자공학개론 기출문제모두CBT · moducbt.com

22년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

반송파의 진폭과 위상을 동시에 변화시켜 전송하는 디지털 변조방식은?

1PSK(phase shift keying)

2FSK(frequency shift keying)

3ASK(amplitude shift keying)

4QAM(quadrature amplitude modulation)

정답 및 해설

반송파의 진폭과 위상을 함께 바꾸는 디지털 변조는 QAM(직교 진폭 변조)이다.

QAM은 서로 직교하는 두 반송파(I·Q)에 각각 진폭 변조를 걸어 합성하므로, 결과 신호점마다 진폭과 위상이 동시에 달라진다.

PSK: 진폭은 일정하고 위상만 바꾼다.
FSK: 주파수만 바꾼다.
ASK: 진폭만 바꾼다.

문제 2

PN접합에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1PN접합 부근에서는 전하 캐리어가 고갈되어 공핍영역이 생긴다.

2PN접합을 사이에 두고 공핍영역 양쪽 전계의 전위차가 발생하는데 이를 전위장벽이라 한다.

3PN접합의 N영역 접합 부근은 음전하 층이 형성되고, P영역 접합 부근은 양전하 층이 형성된다.

4PN접합이 형성되는 순간 접합 근처의 N영역에 있던 자유전자는 접합을 넘어 P영역으로 확산되어 접합 근처의 정공과 재결합한다.

정답 및 해설

PN접합의 공핍영역에서 N영역 쪽은 양전하(이온화된 도너), P영역 쪽은 음전하(이온화된 억셉터) 층이 생기므로, 극성을 반대로 적은 진술이 옳지 않다.

N영역의 자유전자가 P영역으로 확산해 정공과 재결합하면, N영역 접합 부근에는 전자를 잃은 양이온 도너가, P영역 접합 부근에는 전자를 얻은 음이온 억셉터가 고정 전하로 남는다.

접합 부근에서 캐리어가 고갈되어 공핍영역이 생긴다는 진술은 옳다.
공핍영역 양쪽 공간전하가 만드는 전위차를 전위장벽이라 한다는 진술은 옳다.
접합 순간 N영역 자유전자가 P영역으로 확산해 정공과 재결합한다는 진술은 옳다.

문제 3

다음 회로에서 각 MOSFET M₁, M₂, M₃의 채널길이 비가 L₁:L₂:L₃＝1:2:4이고 채널 폭의 비가 W₁:W₂:W₃＝2:8:16일 때, 드레인 전류비 I_D1:I_D2:I_D3는? (단, 모든 MOSFET은 채널길이변조효과와 몸체효과는 무시하고 문턱전압 V_tn＝1[V], V_D＝5[V]이다.)

11 : 1 : 1

21 : 2 : 2

32 : 1 : 1

42 : 2 : 1

정답 및 해설

세 MOSFET은 같은 게이트-소스 전압으로 모두 포화 영역에서 동작하므로 드레인 전류는 W/L 비에 비례하고, 전류비는 1 : 2 : 2이다.

회로에서 세 게이트는 모두 $+2\,\mathrm{V}$ 에 묶이고 소스는 접지이므로 $V_{GS}=2\,\mathrm{V}$ , $V_{GS}-V_{tn}=1\,\mathrm{V}$ 이다.
드레인은 $V_D=5\,\mathrm{V}$ 이므로 $V_{DS}=5\,\mathrm{V}>V_{GS}-V_{tn}$ 로 포화 영역이다.

포화 전류식: $I_D=\dfrac{1}{2}\mu_n C_{ox}\dfrac{W}{L}(V_{GS}-V_{tn})^2$
공정 상수와 과구동 전압이 같으므로 $I_D\propto \dfrac{W}{L}$ 이다.

$\dfrac{W_1}{L_1}=\dfrac{2}{1}=2,\ \dfrac{W_2}{L_2}=\dfrac{8}{2}=4,\ \dfrac{W_3}{L_3}=\dfrac{16}{4}=4$
따라서 $I_{D1}:I_{D2}:I_{D3}=2:4:4=1:2:2$ 이다.

세 전류가 같다는 비는 W/L 비가 서로 다른 점을 무시한 것이다.
첫째 전류가 두 배라는 비는 W/L 비례 관계를 거꾸로 적용한 것이다.
셋째 전류만 절반이라는 비는 둘째와 셋째의 W/L 비가 4로 같다는 점과 맞지 않는다.

문제 4

다음 (가)와 (나) 파형은 2진 디지털 데이터를 전송하기 위한 두 개의 라인코드 펄스파형이다. (가)와 (나)에 해당하는 라인코드 방식으로 옳게 짝지은 것은?

1①

2②

3③

4④

정답 및 해설

(가)는 극성 NRZ, (나)는 맨체스터 부호이다.

(가)는 1이면 +V, 0이면 −V를 비트 구간 내내 유지하고 중간에 0으로 돌아가지 않으므로 극성 NRZ이다.

(나)는 모든 비트의 중앙에서 반드시 천이가 일어나며, 1은 +V에서 −V로, 0은 −V에서 +V로 바뀐다. 비트마다 중앙 천이가 있어 클록 복원이 쉬운 맨체스터 부호의 특징이다.

극성 RZ라면 각 비트의 뒤 절반에서 0 V로 복귀해야 하는데, 두 파형 모두 0 V 구간이 없다.
(가)는 비트 중앙 천이가 없으므로 맨체스터가 아니다.

문제 5

다음 회로에 피크값이 20[V]인 펄스파 입력전압 V_in을 인가하였을 때, 출력전압 V_out 펄스파형의 최댓값과 최솟값의 합[V]은? (단, 다이오드는 이상적이다.)

118

2-18

322

4-22

정답 및 해설

출력은 최댓값 20 V, 최솟값 2 V이므로 합은 22 V이다.

다이오드의 애노드가 2 V 전지의 + 단자에, 캐소드가 출력단에 연결되어 있으므로, 출력이 2 V보다 낮아지려 할 때만 도통하여 출력을 2 V로 고정하는 하한 클리퍼이다.

입력 +20 V: 다이오드 역바이어스로 차단, 저항에 전류가 흐르지 않아 $V_{out}=20\,\mathrm{V}$
입력 −20 V: 다이오드 도통, $V_{out}=2\,\mathrm{V}$
합: $20+2=22\,\mathrm{V}$

문제 6

다음 논리 회로에서 출력 F의 논리식은?

4A · B

정답 및 해설

출력 F는 입력과 관계없이 항상 1이다.

첫 단: $\overline{A\cdot 1}=\overline{A}$ , $\overline{B+1}=0$ , $C\cdot 1=C$
가운데 NOR: $\overline{\overline{A}+0+C}=A\overline{C}$
마지막 NAND: $F=\overline{A\overline{C}\cdot C}=\overline{0}=1$

마지막 NAND에 C와 그 보수가 함께 들어가 곱이 항상 0이 되므로 출력은 상수 1이다.

문제 7

다음 차동증폭기회로에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 트랜지스터 Q₁과 Q₂는 동일하다.)

1공통모드 입력 차동증폭기이다.

2이미터신호 V_e는 입력신호 V_in과 동위상이다.

3출력신호 V_out1은 입력신호 V_in과 동위상이다.

4출력신호 V_out2는 입력신호 V_in과 역위상이다.

정답 및 해설

공통 이미터 노드 전압 $V_e$ 는 $Q_{1}$ 의 이미터 폴로어 동작으로 입력 $V_{in}$ 을 따라가므로 동위상이다.

$Q_{1}$ 베이스에만 신호가 들어가고 $Q_{2}$ 베이스는 접지된 단일 입력(차동 모드) 구성이다. $Q_{1}$ 은 공통 이미터로 동작하고, $Q_{2}$ 는 $V_e$ 를 이미터로 받는 공통 베이스처럼 동작한다.

공통모드 입력은 두 입력에 같은 신호를 넣는 경우로, 이 회로와 다르다.
$V_{out1}$ 은 공통 이미터 출력이라 입력과 역위상이다.
$V_{out2}$ 는 이미터에 동위상 신호를 받는 공통 베이스 출력이라 입력과 동위상이다.

문제 8

다음 PNP BJT 증폭회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, BJT는 활성영역에서 동작하며, BJT의 직류전류이득(β_DC)은 100이고, PN접합 다이오드의 순방향 전압은 0.7[V]로 가정한다.)

1V_B＝5[V]이다.

2컬렉터 직류 전류 I_C＝1[mA]이다.

3V_C가 4[V] 되기 위해 필요한 R_C는 2[kΩ]이다.

4베이스－컬렉터 접합에는 역방향 전압이 걸려 있다.

정답 및 해설

$V_C=4\,\mathrm{V}$ 가 되려면 $R_C=4\,\mathrm{k\Omega}$ 여야 하므로, 2 kΩ이라는 진술이 옳지 않다.

이미터가 +5.7 V, 이미터-베이스 순방향 전압 0.7 V이므로 $V_B=5.7-0.7=5\,\mathrm{V}$
$I_B=\dfrac{5}{500\,\mathrm{k\Omega}}=10\,\mathrm{\mu A}$ , $I_C=\beta I_B=100\times10\,\mathrm{\mu A}=1\,\mathrm{mA}$
$R_C=\dfrac{V_C}{I_C}=\dfrac{4}{1\,\mathrm{mA}}=4\,\mathrm{k\Omega}$

$V_B=5\,\mathrm{V}$ 는 옳다.
$I_C=1\,\mathrm{mA}$ 는 옳다.
PNP에서 베이스(5 V)가 컬렉터(4 V)보다 높아 베이스-컬렉터 접합은 역바이어스이므로 옳다.

문제 9

다음 RLC 병렬공진회로의 전달함수 H(ω)=V(ω)/I(ω)는? (단, ω는 각주파수이다.)

정답 및 해설

전달함수는 병렬 어드미턴스의 역수이며 $H(\omega)=\dfrac{R}{1+jR\sqrt{\dfrac{C}{L}}\left(\omega\sqrt{LC}-\dfrac{1}{\omega\sqrt{LC}}\right)}$ 이다.

병렬 RLC의 어드미턴스: $Y=\dfrac{1}{R}+j\omega C+\dfrac{1}{j\omega L}=\dfrac{1}{R}+j\left(\omega C-\dfrac{1}{\omega L}\right)$
$H=\dfrac{V}{I}=\dfrac{1}{Y}=\dfrac{R}{1+jR\left(\omega C-\dfrac{1}{\omega L}\right)}$

여기서 $\sqrt{\dfrac{C}{L}}\,\omega\sqrt{LC}=\omega C$ , $\sqrt{\dfrac{C}{L}}\cdot\dfrac{1}{\omega\sqrt{LC}}=\dfrac{1}{\omega L}$ 이므로 괄호 앞 계수는 $\sqrt{C/L}$ 이고 괄호 안은 $\omega\sqrt{LC}-\dfrac{1}{\omega\sqrt{LC}}$ 가 된다. 계수가 $\sqrt{L/C}$ 이거나 괄호 안 항이 $\omega/\sqrt{LC}$ 꼴인 식은 차원이 맞지 않는다.

문제 10

다음 연산증폭기 회로에서 V_out/I_S[V/A]은? (단, R₁＝4[kΩ], R_S＝2[kΩ], R_f＝30[kΩ], R_L＝6[kΩ]이고, 연산증폭기는 이상적이다.)

1－1,500

2－5,000

3－7,500

4－10,000

정답 및 해설

$\dfrac{V_{out}}{I_S}=-10{,}000\,\mathrm{V/A}$ 이다.

반전 입력은 가상 접지(0 V)이므로 $R_1$ 의 오른쪽 끝은 0 V이고, $I_S$ 는 $R_S$ 와 $R_1$ 로 전류 분배된다.
$I_1=I_S\dfrac{R_S}{R_S+R_1}=I_S\dfrac{2}{2+4}=\dfrac{I_S}{3}$

이 전류가 모두 $R_f$ 로 흐르므로 $V_{out}=-R_fI_1=-30\,\mathrm{k\Omega}\times\dfrac{I_S}{3}=-10\,\mathrm{k\Omega}\cdot I_S$
출력은 이상적 연산증폭기가 직접 구동하므로 $R_L$ 은 결과에 영향이 없다.

문제 11

다음 직렬 RC 회로에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, ω는 교류 입력전압의 각주파수이다.)

1저역통과 필터로 사용될 수 있다.

2전압이득

이다.

3교류 입력전압과 출력전압의 위상차는

이다.

4입력에 직류 전압 신호만 인가할 때 전압이득은 0이다.

정답 및 해설

출력을 커패시터 양단에서 취하는 직렬 RC 회로는 저역통과 필터이다.

전압 분배로 $H(\omega)=\dfrac{1/(j\omega C)}{R+1/(j\omega C)}=\dfrac{1}{1+j\omega RC}$ 이다. 저주파에서는 크기가 1, 고주파에서는 0에 가까워 낮은 주파수만 통과시킨다.

전압이득을 $\dfrac{1}{1-j\dfrac{R}{\omega C}}$ 로 쓴 식은 위 결과와 다르다.
위상차는 $-\tan^{-1}(\omega RC)$ 이므로 $\tan^{-1}\left(\dfrac{\omega C}{R}\right)$ 가 아니다.
직류( $\omega=0$ )에서 커패시터는 개방이 되어 이득은 0이 아니라 1이다.

문제 12

입력 X와 Y 합 S(sum)와 캐리 C(carry)를 출력하는 반가산기 회로에서 출력 C와 S의 논리식은? (단, 입력 X와 Y는 1비트 2진 입력이다.)

	C	S
①	X + Y	X ⊕ Y
②	X · Y	X ⊕ Y
③	X ⊕ Y	X + Y
④	X ⊕ Y	X · Y

1①

2②

3③

4④

정답 및 해설

반가산기의 출력은 C = X · Y, S = X ⊕ Y이다.

1비트 덧셈 진리표: 0+0=00, 0+1=01, 1+0=01, 1+1=10(캐리 1, 합 0)이다. 캐리는 두 입력이 모두 1일 때만 1이므로 AND, 합은 두 입력이 다를 때 1이므로 XOR이다.

C = X + Y로 두면 한쪽만 1일 때도 캐리가 생겨 틀리다.
C = X ⊕ Y로 두면 1+1에서 캐리가 0이 되어 틀리다.
S = X · Y나 S = X + Y는 1+1의 합 비트 0을 만들지 못한다.

문제 13

다음 정전압 회로의 제너다이오드에 흐르는 전류 I_Z[mA]는? (단, 제너다이오드는 이상적이고 제너전압 V_Z＝8[V]이다.)

140

280

3170

4450

정답 및 해설

제너 전류는 170 mA이다.

제너다이오드가 8 V로 고정하므로 직렬 저항 전류: $I_R=\dfrac{18-8}{40}=0.25\,\mathrm{A}=250\,\mathrm{mA}$

이 중 80 mA는 부하 전류원으로 빠지므로 $I_Z=250-80=170\,\mathrm{mA}$

문제 14

다음 상승에지 JK 플립플롭 회로에서 입력신호 CP, J, K가 인가되었을 때 출력 Q는? (단, 출력 Q는 1로 초기화되어 있고, 게이트에서 전파지연은 없다고 가정한다.)

정답 및 해설

출력 Q는 $t_{1}$ 에서 0, $t_{2}$ 에서 1이 된 뒤 $t_{5}$ 까지 1을 유지하고, $t_{5}$ 에서 0, $t_{6}$ 에서 다시 1이 되는 파형이다.

각 상승에지에서 J, K 값을 읽어 JK 동작표(00 유지, 01 리셋, 10 세트, 11 토글)를 적용한다. 초기값은 Q=1이다.

$t_{1}$ : J=0, K=1 → 리셋, Q=0
$t_{2}$ : J=1, K=1 → 토글, Q=1
$t_{3}$ : J=0, K=0 → 유지, Q=1
$t_{4}$ : J=1, K=0 → 세트, Q=1
$t_{5}$ : J=1, K=1 → 토글, Q=0
$t_{6}$ : J=1, K=1 → 토글, Q=1

$t_{3}$ 에서 0으로 떨어지거나 $t_{2}$ ~ $t_{3}$ 사이에 0을 유지하는 파형은 $t_{2}$ 의 토글과 $t_{3}$ 의 유지를 반영하지 못한 것이다.

문제 15

바르크하우젠의 발진조건에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, L(jω₀)는 루프이득, ω₀는 발진주파수이다.)

1L(jω₀)=0을 만족하면서 발진한다.

2기본증폭기의 입력신호와 귀환신호의 크기는 같아야 한다.

3기본증폭기의 입력신호와 귀환신호는 동일한 위상을 가져야 한다.

4외부의 입력신호 없이도 출력이 지속적으로 발생되는 발진조건을 의미한다.

정답 및 해설

바르크하우젠 조건은 루프이득이 0이 아니라 크기 1, 위상 0°(360°의 정수배)여야 한다는 것이므로, 루프이득이 0이라는 진술이 옳지 않다.

발진 조건은 $L(j\omega_0)=1$ , 즉 $|L(j\omega_0)|=1$ 이고 $\angle L(j\omega_0)=0^{\circ}$ 이다. 루프이득이 0이면 귀환 신호가 사라져 발진이 유지될 수 없다.

입력신호와 귀환신호의 크기가 같아야 한다는 것은 루프이득 크기 1 조건으로 옳다.
입력신호와 귀환신호가 동위상이어야 한다는 것은 위상 조건으로 옳다.
외부 입력 없이 출력이 지속되는 조건이라는 설명은 발진의 정의로 옳다.

문제 16

다음 CMOS 논리 게이트의 논리식으로 옳은 것은?

정답 및 해설

출력은 $Y=\overline{A}\cdot\overline{B}+\overline{C}+\overline{D}$ 이다.

NMOS 풀다운 망은 C와 D가 직렬이고, 그 아래에 A와 B가 병렬로 연결되어 있다. 풀다운이 도통하는 조건이 $(A+B)CD$ 이므로 출력은 그 보수이다.

$Y=\overline{(A+B)CD}=\overline{A+B}+\overline{C}+\overline{D}=\overline{A}\,\overline{B}+\overline{C}+\overline{D}$
PMOS 풀업 망도 A·B 직렬 경로와 C, D 각각의 병렬 경로로 이루어져 쌍대 관계를 이루므로 같은 결과가 확인된다.

문제 17

다음 스피커와 증폭기의 정합을 위한 이상적인 임피던스 정합 변압기 회로에서 스피커에 최대 전력 전달을 위한 권선수비(n)가 0.2라면, 스피커 내부 저항 R_L[Ω]은? (단, 증폭기 내부 저항 R_S＝200[Ω]이다.)

240

31000

45000

정답 및 해설

스피커 내부 저항은 8 Ω이다.

권선비 1 : n인 이상 변압기에서 2차 부하를 1차로 환산하면 $R_L'=\dfrac{R_L}{n^2}$ 이다. 최대 전력 전달 조건은 환산 저항 = 내부 저항이다.

$\dfrac{R_L}{n^2}=R_S$ → $R_L=n^2R_S=0.2^2\times200=0.04\times200=8\,\mathrm{\Omega}$

문제 18

N 채널 MOSFET의 포화영역에서의 전류－전압 특성(I - V characteristics)은

I_D=\dfrac{1}{2}k_n(V_{GS}-V_{tn})^2

일 때, 포화영역에서 N 채널 MOSFET의 소신호 등가회로의 전달컨덕턴스(transconductance) g_m은? (단, k_n은 전달컨덕턴스 파라미터, V_tn은 문턱전압이다.)

3k_n(V_GS-V_tn)

정답 및 해설

전달컨덕턴스는 $g_m=k_n(V_{GS}-V_{tn})$ 이다.

정의 $g_m=\dfrac{\partial I_D}{\partial V_{GS}}$ 에 대입하면 $g_m=\dfrac{1}{2}k_n\cdot2(V_{GS}-V_{tn})=k_n(V_{GS}-V_{tn})$ 이다. 같은 값을 $\sqrt{2k_nI_D}$ 또는 $\dfrac{2I_D}{V_{GS}-V_{tn}}$ 로도 쓸 수 있다.

$\sqrt{k_nI_D}$ 는 $\sqrt{2k_nI_D}$ 보다 계수가 작다.
$\dfrac{I_D}{V_{GS}-V_{tn}}$ 는 올바른 값의 절반이다.
$\dfrac{2k_n(V_{GS}-V_{tn})}{I_D}$ 는 단위가 컨덕턴스가 아니다.

문제 19

다음 BJT 증폭기 회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, BJT는 활성영역에서 동작한다.)

1R_C가 증가하면 중간주파수 대역의 전압이득이 증가한다.

2바이패스 커패시터는 중간주파수 대역의 전압이득을 증가시킨다.

3중간주파수 대역에서 커패시터의 영향을 무시할 때 출력전압 V_out은 입력전압 V_in과 180°의 위상차가 난다.

4결합 커패시터와 바이패스 커패시터에 의해서 고주파 대역 응답특성과 상측 차단주파수가 결정된다.

정답 및 해설

결합 커패시터와 바이패스 커패시터는 저주파 대역 응답과 하측 차단주파수를 결정하므로, 고주파 대역과 상측 차단주파수를 결정한다는 진술이 옳지 않다.

이들 커패시터는 용량이 커서 중간·고주파에서는 단락으로 보이고, 주파수가 낮아질 때 리액턴스가 커지며 이득을 떨어뜨린다. 상측 차단주파수는 트랜지스터 내부 접합 커패시턴스와 배선 기생 용량이 정한다.

중간대역 이득은 $-g_mR_C$ 에 비례하므로 $R_C$ 가 커지면 이득이 커진다.
바이패스 커패시터가 $R_E$ 를 교류적으로 단락해 부귀환을 없애므로 이득이 커진다.
공통 이미터 증폭기이므로 출력은 입력과 180° 위상차가 난다.

문제 20

다음 회로에서 부하 저항 R_L이 최대 전력 전달 조건을 만족하는 저항값을 가질 때, R_L에 전달되는 최대 전력[W]은?

15.4

26.5

37.8

412.3

정답 및 해설

최대 전력은 5.4 W이다.

20 V와 20 Ω을 노턴 등가로 바꾸면 1 A 전류원이 되고, 0.5 A와 합쳐 1.5 A가 $20\,\Omega\parallel30\,\Omega=12\,\Omega$ 에 흐른다.
$V_{th}=1.5\times12=18\,\mathrm{V}$ , $R_{th}=12+3=15\,\Omega$

$R_L=R_{th}=15\,\Omega$ 일 때 $P_{max}=\dfrac{V_{th}^2}{4R_{th}}=\dfrac{18^2}{4\times15}=\dfrac{324}{60}=5.4\,\mathrm{W}$

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22년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

반송파의 진폭과 위상을 동시에 변화시켜 전송하는 디지털 변조방식은?

1PSK(phase shift keying)

2FSK(frequency shift keying)

3ASK(amplitude shift keying)

4QAM(quadrature amplitude modulation)

정답 및 해설

반송파의 진폭과 위상을 함께 바꾸는 디지털 변조는 QAM(직교 진폭 변조)이다.

QAM은 서로 직교하는 두 반송파(I·Q)에 각각 진폭 변조를 걸어 합성하므로, 결과 신호점마다 진폭과 위상이 동시에 달라진다.

PSK: 진폭은 일정하고 위상만 바꾼다.
FSK: 주파수만 바꾼다.
ASK: 진폭만 바꾼다.

문제 2

PN접합에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1PN접합 부근에서는 전하 캐리어가 고갈되어 공핍영역이 생긴다.

2PN접합을 사이에 두고 공핍영역 양쪽 전계의 전위차가 발생하는데 이를 전위장벽이라 한다.

3PN접합의 N영역 접합 부근은 음전하 층이 형성되고, P영역 접합 부근은 양전하 층이 형성된다.

4PN접합이 형성되는 순간 접합 근처의 N영역에 있던 자유전자는 접합을 넘어 P영역으로 확산되어 접합 근처의 정공과 재결합한다.

정답 및 해설

접합 부근에서 캐리어가 고갈되어 공핍영역이 생긴다는 진술은 옳다.
공핍영역 양쪽 공간전하가 만드는 전위차를 전위장벽이라 한다는 진술은 옳다.
접합 순간 N영역 자유전자가 P영역으로 확산해 정공과 재결합한다는 진술은 옳다.

문제 3

11 : 1 : 1

21 : 2 : 2

32 : 1 : 1

42 : 2 : 1

정답 및 해설

세 MOSFET은 같은 게이트-소스 전압으로 모두 포화 영역에서 동작하므로 드레인 전류는 W/L 비에 비례하고, 전류비는 1 : 2 : 2이다.

포화 전류식: $I_D=\dfrac{1}{2}\mu_n C_{ox}\dfrac{W}{L}(V_{GS}-V_{tn})^2$
공정 상수와 과구동 전압이 같으므로 $I_D\propto \dfrac{W}{L}$ 이다.

$\dfrac{W_1}{L_1}=\dfrac{2}{1}=2,\ \dfrac{W_2}{L_2}=\dfrac{8}{2}=4,\ \dfrac{W_3}{L_3}=\dfrac{16}{4}=4$
따라서 $I_{D1}:I_{D2}:I_{D3}=2:4:4=1:2:2$ 이다.

세 전류가 같다는 비는 W/L 비가 서로 다른 점을 무시한 것이다.
첫째 전류가 두 배라는 비는 W/L 비례 관계를 거꾸로 적용한 것이다.
셋째 전류만 절반이라는 비는 둘째와 셋째의 W/L 비가 4로 같다는 점과 맞지 않는다.

문제 4

1①

2②

3③

4④

정답 및 해설

(가)는 극성 NRZ, (나)는 맨체스터 부호이다.

(가)는 1이면 +V, 0이면 −V를 비트 구간 내내 유지하고 중간에 0으로 돌아가지 않으므로 극성 NRZ이다.

극성 RZ라면 각 비트의 뒤 절반에서 0 V로 복귀해야 하는데, 두 파형 모두 0 V 구간이 없다.
(가)는 비트 중앙 천이가 없으므로 맨체스터가 아니다.

문제 5

118

2-18

322

4-22

정답 및 해설

출력은 최댓값 20 V, 최솟값 2 V이므로 합은 22 V이다.

문제 6

다음 논리 회로에서 출력 F의 논리식은?

4A · B

정답 및 해설

출력 F는 입력과 관계없이 항상 1이다.

마지막 NAND에 C와 그 보수가 함께 들어가 곱이 항상 0이 되므로 출력은 상수 1이다.

문제 7

다음 차동증폭기회로에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, 트랜지스터 Q₁과 Q₂는 동일하다.)

1공통모드 입력 차동증폭기이다.

2이미터신호 V_e는 입력신호 V_in과 동위상이다.

3출력신호 V_out1은 입력신호 V_in과 동위상이다.

4출력신호 V_out2는 입력신호 V_in과 역위상이다.

정답 및 해설

공통 이미터 노드 전압 $V_e$ 는 $Q_{1}$ 의 이미터 폴로어 동작으로 입력 $V_{in}$ 을 따라가므로 동위상이다.

공통모드 입력은 두 입력에 같은 신호를 넣는 경우로, 이 회로와 다르다.
$V_{out1}$ 은 공통 이미터 출력이라 입력과 역위상이다.
$V_{out2}$ 는 이미터에 동위상 신호를 받는 공통 베이스 출력이라 입력과 동위상이다.

문제 8

1V_B＝5[V]이다.

2컬렉터 직류 전류 I_C＝1[mA]이다.

3V_C가 4[V] 되기 위해 필요한 R_C는 2[kΩ]이다.

4베이스－컬렉터 접합에는 역방향 전압이 걸려 있다.

정답 및 해설

$V_C=4\,\mathrm{V}$ 가 되려면 $R_C=4\,\mathrm{k\Omega}$ 여야 하므로, 2 kΩ이라는 진술이 옳지 않다.

$V_B=5\,\mathrm{V}$ 는 옳다.
$I_C=1\,\mathrm{mA}$ 는 옳다.
PNP에서 베이스(5 V)가 컬렉터(4 V)보다 높아 베이스-컬렉터 접합은 역바이어스이므로 옳다.

문제 9

다음 RLC 병렬공진회로의 전달함수 H(ω)=V(ω)/I(ω)는? (단, ω는 각주파수이다.)

정답 및 해설

전달함수는 병렬 어드미턴스의 역수이며 $H(\omega)=\dfrac{R}{1+jR\sqrt{\dfrac{C}{L}}\left(\omega\sqrt{LC}-\dfrac{1}{\omega\sqrt{LC}}\right)}$ 이다.

문제 10

다음 연산증폭기 회로에서 V_out/I_S[V/A]은? (단, R₁＝4[kΩ], R_S＝2[kΩ], R_f＝30[kΩ], R_L＝6[kΩ]이고, 연산증폭기는 이상적이다.)

1－1,500

2－5,000

3－7,500

4－10,000

정답 및 해설

$\dfrac{V_{out}}{I_S}=-10{,}000\,\mathrm{V/A}$ 이다.

문제 11

다음 직렬 RC 회로에 대한 설명으로 옳은 것은? (단, ω는 교류 입력전압의 각주파수이다.)

1저역통과 필터로 사용될 수 있다.

2전압이득

이다.

3교류 입력전압과 출력전압의 위상차는

이다.

4입력에 직류 전압 신호만 인가할 때 전압이득은 0이다.

정답 및 해설

출력을 커패시터 양단에서 취하는 직렬 RC 회로는 저역통과 필터이다.

전압이득을 $\dfrac{1}{1-j\dfrac{R}{\omega C}}$ 로 쓴 식은 위 결과와 다르다.
위상차는 $-\tan^{-1}(\omega RC)$ 이므로 $\tan^{-1}\left(\dfrac{\omega C}{R}\right)$ 가 아니다.
직류( $\omega=0$ )에서 커패시터는 개방이 되어 이득은 0이 아니라 1이다.

문제 12

입력 X와 Y 합 S(sum)와 캐리 C(carry)를 출력하는 반가산기 회로에서 출력 C와 S의 논리식은? (단, 입력 X와 Y는 1비트 2진 입력이다.)

	C	S
①	X + Y	X ⊕ Y
②	X · Y	X ⊕ Y
③	X ⊕ Y	X + Y
④	X ⊕ Y	X · Y

1①

2②

3③

4④

정답 및 해설

반가산기의 출력은 C = X · Y, S = X ⊕ Y이다.

1비트 덧셈 진리표: 0+0=00, 0+1=01, 1+0=01, 1+1=10(캐리 1, 합 0)이다. 캐리는 두 입력이 모두 1일 때만 1이므로 AND, 합은 두 입력이 다를 때 1이므로 XOR이다.

C = X + Y로 두면 한쪽만 1일 때도 캐리가 생겨 틀리다.
C = X ⊕ Y로 두면 1+1에서 캐리가 0이 되어 틀리다.
S = X · Y나 S = X + Y는 1+1의 합 비트 0을 만들지 못한다.

문제 13

다음 정전압 회로의 제너다이오드에 흐르는 전류 I_Z[mA]는? (단, 제너다이오드는 이상적이고 제너전압 V_Z＝8[V]이다.)

140

280

3170

4450

정답 및 해설

제너 전류는 170 mA이다.

제너다이오드가 8 V로 고정하므로 직렬 저항 전류: $I_R=\dfrac{18-8}{40}=0.25\,\mathrm{A}=250\,\mathrm{mA}$

이 중 80 mA는 부하 전류원으로 빠지므로 $I_Z=250-80=170\,\mathrm{mA}$

문제 14

정답 및 해설

출력 Q는 $t_{1}$ 에서 0, $t_{2}$ 에서 1이 된 뒤 $t_{5}$ 까지 1을 유지하고, $t_{5}$ 에서 0, $t_{6}$ 에서 다시 1이 되는 파형이다.

각 상승에지에서 J, K 값을 읽어 JK 동작표(00 유지, 01 리셋, 10 세트, 11 토글)를 적용한다. 초기값은 Q=1이다.

$t_{1}$ : J=0, K=1 → 리셋, Q=0
$t_{2}$ : J=1, K=1 → 토글, Q=1
$t_{3}$ : J=0, K=0 → 유지, Q=1
$t_{4}$ : J=1, K=0 → 세트, Q=1
$t_{5}$ : J=1, K=1 → 토글, Q=0
$t_{6}$ : J=1, K=1 → 토글, Q=1

$t_{3}$ 에서 0으로 떨어지거나 $t_{2}$ ~ $t_{3}$ 사이에 0을 유지하는 파형은 $t_{2}$ 의 토글과 $t_{3}$ 의 유지를 반영하지 못한 것이다.

문제 15

바르크하우젠의 발진조건에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, L(jω₀)는 루프이득, ω₀는 발진주파수이다.)

1L(jω₀)=0을 만족하면서 발진한다.

2기본증폭기의 입력신호와 귀환신호의 크기는 같아야 한다.

3기본증폭기의 입력신호와 귀환신호는 동일한 위상을 가져야 한다.

4외부의 입력신호 없이도 출력이 지속적으로 발생되는 발진조건을 의미한다.

정답 및 해설

바르크하우젠 조건은 루프이득이 0이 아니라 크기 1, 위상 0°(360°의 정수배)여야 한다는 것이므로, 루프이득이 0이라는 진술이 옳지 않다.

발진 조건은 $L(j\omega_0)=1$ , 즉 $|L(j\omega_0)|=1$ 이고 $\angle L(j\omega_0)=0^{\circ}$ 이다. 루프이득이 0이면 귀환 신호가 사라져 발진이 유지될 수 없다.

입력신호와 귀환신호의 크기가 같아야 한다는 것은 루프이득 크기 1 조건으로 옳다.
입력신호와 귀환신호가 동위상이어야 한다는 것은 위상 조건으로 옳다.
외부 입력 없이 출력이 지속되는 조건이라는 설명은 발진의 정의로 옳다.

문제 16

다음 CMOS 논리 게이트의 논리식으로 옳은 것은?

정답 및 해설

출력은 $Y=\overline{A}\cdot\overline{B}+\overline{C}+\overline{D}$ 이다.

NMOS 풀다운 망은 C와 D가 직렬이고, 그 아래에 A와 B가 병렬로 연결되어 있다. 풀다운이 도통하는 조건이 $(A+B)CD$ 이므로 출력은 그 보수이다.

문제 17

240

31000

45000

정답 및 해설

스피커 내부 저항은 8 Ω이다.

권선비 1 : n인 이상 변압기에서 2차 부하를 1차로 환산하면 $R_L'=\dfrac{R_L}{n^2}$ 이다. 최대 전력 전달 조건은 환산 저항 = 내부 저항이다.

$\dfrac{R_L}{n^2}=R_S$ → $R_L=n^2R_S=0.2^2\times200=0.04\times200=8\,\mathrm{\Omega}$

문제 18

N 채널 MOSFET의 포화영역에서의 전류－전압 특성(I - V characteristics)은

I_D=\dfrac{1}{2}k_n(V_{GS}-V_{tn})^2

일 때, 포화영역에서 N 채널 MOSFET의 소신호 등가회로의 전달컨덕턴스(transconductance) g_m은? (단, k_n은 전달컨덕턴스 파라미터, V_tn은 문턱전압이다.)

3k_n(V_GS-V_tn)

정답 및 해설

전달컨덕턴스는 $g_m=k_n(V_{GS}-V_{tn})$ 이다.

$\sqrt{k_nI_D}$ 는 $\sqrt{2k_nI_D}$ 보다 계수가 작다.
$\dfrac{I_D}{V_{GS}-V_{tn}}$ 는 올바른 값의 절반이다.
$\dfrac{2k_n(V_{GS}-V_{tn})}{I_D}$ 는 단위가 컨덕턴스가 아니다.

문제 19

다음 BJT 증폭기 회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, BJT는 활성영역에서 동작한다.)

1R_C가 증가하면 중간주파수 대역의 전압이득이 증가한다.

2바이패스 커패시터는 중간주파수 대역의 전압이득을 증가시킨다.

3중간주파수 대역에서 커패시터의 영향을 무시할 때 출력전압 V_out은 입력전압 V_in과 180°의 위상차가 난다.

4결합 커패시터와 바이패스 커패시터에 의해서 고주파 대역 응답특성과 상측 차단주파수가 결정된다.

정답 및 해설

중간대역 이득은 $-g_mR_C$ 에 비례하므로 $R_C$ 가 커지면 이득이 커진다.
바이패스 커패시터가 $R_E$ 를 교류적으로 단락해 부귀환을 없애므로 이득이 커진다.
공통 이미터 증폭기이므로 출력은 입력과 180° 위상차가 난다.

문제 20

다음 회로에서 부하 저항 R_L이 최대 전력 전달 조건을 만족하는 저항값을 가질 때, R_L에 전달되는 최대 전력[W]은?

15.4

26.5

37.8

412.3

정답 및 해설

최대 전력은 5.4 W이다.

$R_L=R_{th}=15\,\Omega$ 일 때 $P_{max}=\dfrac{V_{th}^2}{4R_{th}}=\dfrac{18^2}{4\times15}=\dfrac{324}{60}=5.4\,\mathrm{W}$