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

14년 1회차

총 20문항 · 객관식 · A4 약 1장

1 / 1

A4정답 포함← → 키 · 드래그로 넘김

9급 국가직 전자공학개론 기출문제모두CBT · moducbt.com

14년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

수와 코드에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

12진수 10.001을 10진수로 변환하면 2.125이다.

28진수 64를 16진수로 변환하면 34이다.

310진수 124를 BCD 코드로 변환하면 0001 0010 0100이다.

4음수를 2의 보수로 표현할 때, 8비트 2진수 11001011을 10진수로 변환하면 －203이다.

정답 및 해설

8비트 2의 보수 11001011은 −53이므로, −203이라는 설명이 옳지 않다.

최상위 비트가 1이면 음수이고, 크기는 2의 보수를 다시 취해 구한다: 11001011 → 반전 00110100 → +1 → 00110101 = 53. 따라서 $-53$ 이다. (−203은 8비트 2의 보수 범위 −128~127을 벗어난다.)

2진수 10.001 = $2+2^{-3}=2.125$ 이다.
8진수 64 = $6\times8+4=52$ = 16진수 34이다.
124의 BCD는 각 자리를 4비트로: 0001 0010 0100이다.

문제 2

그림 ㉠∼㉣ 회로에 정현파 v_i=10sin 500t[Ⅴ]가 각각 입력되었을 때, 출력전압 V_P-P[V]값이 바르게 연결되지 않은 것은? (단, 다이오드는 이상적이라고 가정한다.) (순서대로 회로, V_P-P[V])

1㉠, 0

2㉡, 20

3㉢, 20

4㉣, 0

정답 및 해설

바르게 연결되지 않은 것은 ㉢의 20 V이다. ㉢의 실제 출력 $\mathrm{V}_{P-P}$ 는 10 V이다.

㉢은 $\mathrm{D}_{1}$ 이 직렬로 한 방향만 통과시키고, 뒤의 역병렬 $\mathrm{D}_{2}$ · $\mathrm{D}_{3}$ 는 양방향 모두 통과하므로 결과적으로 반파 정류가 되어 0~10 V만 출력된다.

㉠: 두 다이오드가 서로 반대 방향으로 직렬이라 어느 반주기에도 전류가 흐르지 않아 0 V이다.
㉡: 역병렬 다이오드가 양방향을 모두 통과시켜 입력 그대로 20 V이다.
㉣: 출력이 역병렬 이상 다이오드로 접지에 단락되어 0 V이다.

문제 3

㉠, ㉡에 들어갈 용어가 바르게 연결된 것은? (순서대로 ㉠, ㉡)

N 채널 증가형 MOSFET는 ( ㉠ )에서 동작하기위해서 채널이 드레인 끝에서 핀치오프(pinch-off) 되어야 한다. 즉, 드레인 전압이 게이트 전압 아래로 문턱전압(threshold voltage) V_tn보다 더 떨어지지 않아야 한다.
P 채널 증가형 MOSFET는 ( ㉡ )에서 동작하기 위해서 드레인 전압이 게이트 전압보다 적어도 문턱전압 |V_tp|만큼 초과해야 한다.

1포화영역(saturation region), 트라이오드 영역(triode region)

2포화영역(saturation region), 포화영역(saturation region)

3트라이오드영역(triode region), 트라이오드 영역(triode region)

4트라이오드영역(triode region), 포화영역(saturation region)

정답 및 해설

㉠은 포화영역, ㉡은 트라이오드 영역이다.

NMOS는 $V_{DS}\ge V_{GS}-V_{tn}$ , 즉 $V_D\ge V_G-V_{tn}$ 이면 드레인 끝에서 채널이 핀치오프되어 포화영역이다.

PMOS는 $V_{SD}\lt V_{SG}-|V_{tp}|$ , 즉 $V_D\gt V_G+|V_{tp}|$ 일 때 채널이 드레인까지 이어진 트라이오드 영역이다. 드레인이 게이트보다 | $\mathrm{V}_{tp}$ | 이상 높다는 조건이 이에 해당한다.

문제 4

다음 교류회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 2πf₀L≫R이다.)

1L의 자기장세기가 증가하면 C의 전기장세기는 감소하며, 그 반대도 성립한다.

2공진시 공진주파수는 1/2π√LC에 가깝다.

3공진주파수에서 임피던스는 최소가 된다.

4R 값이 커질수록 에너지 소비가 커지므로 Q 값은 감소한다.

정답 및 해설

이 회로는 병렬 공진 회로이므로 공진주파수에서 임피던스는 최대가 된다. 최소라는 설명이 옳지 않다.

공진 시 L과 C 가지의 무효 전류가 서로 상쇄되어 외부 전류가 최소가 되므로 단자에서 본 임피던스는 가장 크다(약 $\dfrac{L}{RC}$ ).

공진 시 L(자기장)과 C(전기장) 사이에서 에너지가 주고받아지므로 한쪽이 증가하면 다른 쪽은 감소한다.
$2\pi f_0L\gg R$ 이면 공진주파수는 $\dfrac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$ 에 가깝다.
R이 커질수록 손실이 커져 Q 값은 감소한다.

문제 5

다음 회로에서 부하저항 R_L이 최대전력 전달 조건을 만족하는 저항값을 가질 때 부하저항 R_L에서 소비되는 최대전력[Ｗ]은?

18.25

29.25

310.25

411.25

정답 및 해설

최대전력은 11.25 W이다.

$\mathrm{R}_{L}$ 에서 본 테브난 등가: $V_{th}=30\times\dfrac{10}{10+10}=15\,\mathrm{V}$ , $R_{th}=10\parallel10=5\,\mathrm{\Omega}$

최대전력 조건 $R_L=R_{th}=5\,\mathrm{\Omega}$ 에서
$P_{max}=\dfrac{V_{th}^2}{4R_{th}}=\dfrac{225}{20}=11.25\,\mathrm{W}$

문제 6

다음은 어떤 N 채널 접합형 전계효과 트랜지스터(JFET)의 드레인 특성곡선이다. 이 특성곡선에서 구한 핀치오프(pinch-off) 전압 V_P[V]와 드레인－소스 전압이 10 [V]일 때의 순방향 전달 컨덕턴스 g_m[mS]에 가장 가까운 값은? (순서대로 V_P[V], g_m[mS])

12, 2

22, 5

38, 2

48, 5

정답 및 해설

핀치오프 전압은 약 2 V, $g_{m}$ 은 약 5 mS이다.

$\mathrm{V}_{GS}$ = 0 V 곡선이 포화(평탄)로 꺾이기 시작하는 $\mathrm{V}_{DS}$ 가 핀치오프 전압으로, 그래프에서 약 2 V이다.

$\mathrm{V}_{DS}$ = 10 V에서 $\mathrm{V}_{GS}$ 가 0.2 V 바뀔 때마다 드레인 전류가 약 1 mA씩 변하므로
$g_m=\dfrac{\Delta I_D}{\Delta V_{GS}}\approx\dfrac{1\,\mathrm{mA}}{0.2\,\mathrm{V}}=5\,\mathrm{mS}$

문제 7

㉠, ㉡에 들어갈 적합한 용어가 바르게 연결된 것은? (순서대로 ㉠, ㉡)

100 Hz, 120 Hz, 200 Hz의 주파수 성분으로 이루어진아날로그 신호를 300 Hz의 주파수로 표본화(sampling)하면 표본화 주파수의 $\dfrac{1}{2}$ 을 넘는 주파수 성분이 신호에 존재하므로 ( ㉠ )이 발생한다. 그래서 이 신호를 차단주파수가 150Hz인 ( ㉡ )에 먼저 통과시켜 ( ㉠ )을 방지한 후 표본화한다.

1앙상블(ensemble) 고역, 통과 필터(High Pass Filter)

2앙상블(ensemble) 저역, 통과 필터(Low Pass Filter)

3에일리어싱(aliasing) 고역, 통과 필터(High Pass Filter)

4에일리어싱(aliasing) 저역, 통과 필터(Low Pass Filter)

정답 및 해설

㉠은 에일리어싱(aliasing), ㉡은 저역통과 필터이다.

표본화 주파수 300 Hz의 절반(150 Hz)을 넘는 200 Hz 성분은 다른 주파수( $300-200=100\,\mathrm{Hz}$ )로 겹쳐 보이는 에일리어싱을 일으킨다.

이를 막으려면 표본화 전에 150 Hz 이상의 성분을 제거해야 하므로 차단주파수 150 Hz의 저역통과 필터(앤티에일리어싱 필터)를 쓴다.

문제 8

다음 회로에서 상측 트리거 기준 전압 V_UTP[V]와 하측 트리거 기준 전압 V_LTP[V]는? (단, +V_out(max)=+4V, -V_out(max)=-4V, 3R_A=R_B이다.) (순서대로 V_UTP][V], V_LTP[V])

1＋1, －1

2＋1, －3

3＋3, －1

4＋3, －3

정답 및 해설

$\mathrm{V}_{UTP}$ = +1 V, $\mathrm{V}_{LTP}$ = −1 V이다.

입력이 반전 단자에 들어가고 출력이 $\mathrm{R}_{B}$ - $\mathrm{R}_{A}$ 분압으로 비반전 단자에 귀환되는 반전형 슈미트 트리거이다.

귀환율 $\dfrac{R_A}{R_A+R_B}=\dfrac{R_A}{R_A+3R_A}=\dfrac{1}{4}$ 이므로 문턱 전압은 $\pm4\times\dfrac{1}{4}=\pm1\,\mathrm{V}$ 이다.

문제 9

다음의 상태표를 만족하는 순차회로를 D－플립플롭으로 설계할 때, D－플립플롭 A의 입력 DA에 대한 논리식은? (단, 정의되지 않은 상태는 ‘don't care’로 처리한다)

현재상태 A B	입력 X	다음상태 A B
0 0	0	0 1
0 0	1	1 0
0 1	0	1 1
0 1	1	1 0
1 0	0	0 0
1 0	1	1 1

1D_A =X＋B

2D_A =A'X＋A'B＋BX

3D_A =A'X＋AB＋AB'X

4D_A =X＋AB'

정답 및 해설

$\mathrm{D}_{A}$ 의 논리식은 $D_A=X+B$ 이다.

D 플립플롭은 $D=Q(t+1)$ 이므로 다음 상태 A가 1인 경우를 모은다: (A, B, X) = (0,0,1), (0,1,0), (0,1,1), (1,0,1). AB = 11인 두 경우는 정의되지 않아 don't care이다.

X = 1인 네 칸(don't care 111 포함)을 묶으면 X
B = 1인 네 칸(don't care 110·111 포함)을 묶으면 $B$

A = 1, B = 0, X = 0과 A = 0, B = 0, X = 0은 0이므로 덮이지 않아 $D_A=X+B$ 이다.

문제 10

다음 회로의 출력전압 V_out[V]은?

1－27

318

427

정답 및 해설

출력 전압은 9 V이다.

위 연산증폭기: 전압 폴로어 → 1 V
아래 연산증폭기: 반전 증폭 $-\dfrac{30}{10}\times2=-6\,\mathrm{V}$

마지막 단은 반전 가산기이다.
$V_{out}=-\left(\dfrac{90}{10}\times1+\dfrac{90}{30}\times(-6)\right)=-(9-18)=9\,\mathrm{V}$

문제 11

다이오드에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1제너(zener) 다이오드는 순방향 전압이 항복영역에 이르면 역방향 전류가 크게 증가하는 특성이 있고, 정전압 제어에 사용된다.

2터널(tunnel) 다이오드는 순방향 전압이 증가해도 전류가 감소하는 특성이 있고, 고속 스위칭에 사용된다.

3쇼트키(schottky) 다이오드는 PN 접합 다이오드보다 스위칭타임이 짧고, 고속 스위칭에 사용된다.

4PN 접합 다이오드에는 PN 접합으로 생성된 전위장벽(potential barrier)에 의해 격리된 공핍층이 존재하며, 정류작용에 사용된다.

정답 및 해설

제너 다이오드는 역방향 전압이 항복영역에 이르면 역방향 전류가 크게 증가하는 특성을 이용하므로, 순방향 전압이라고 한 설명이 옳지 않다.

항복영역에서는 전류가 크게 변해도 전압이 거의 일정해 정전압 제어에 쓰인다.

터널 다이오드는 순방향 전압 증가에도 전류가 감소하는 부성 저항 영역이 있어 고속 스위칭·발진에 쓰인다.
쇼트키 다이오드는 다수 캐리어 소자라 축적 전하가 거의 없어 스위칭 시간이 짧다.
PN 접합 다이오드는 전위장벽과 공핍층이 있어 한 방향으로만 전류를 흘리는 정류작용을 한다.

문제 12

출력 Y가 나머지 셋과 다른 것은?

정답 및 해설

NOR(A, B)와 NAND(A, B)를 NAND로 묶은 회로만 출력이 다르다.

그 회로는 $\overline{\overline{A+B}\cdot\overline{AB}}=(A+B)+AB=A+B$ 로 OR이고, 나머지 셋은 모두 XOR( $A\oplus B$ )이다.

NOR 네 개 회로: $\overline{\overline{A+B}+AB}=\overline{A'B'+AB}=A\oplus B$
AND(A, B)와 AND(A', B')를 NOR: $\overline{AB+A'B'}=A\oplus B$
NAND(A, B')와 NAND(A', B)를 NAND: $AB'+A'B=A\oplus B$

문제 13

다음의 PN 접합 다이오드 특성곡선에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1영역 I에서 전자는 (＋)전위에 이끌려 P형쪽으로 이동한다.

2영역 II는 접합면에서의 전위장벽으로 인해 나타난다.

3영역 III에서는 온도가 변해도 전류값은 변하지 않는다.

4영역 IV에서는 눈사태 항복(avalanche breakdown) 현상이 전류를 주도한다.

정답 및 해설

영역 III(역방향 바이어스 영역)의 역포화 전류는 온도에 크게 의존하므로, 온도가 변해도 전류가 변하지 않는다는 설명이 옳지 않다.

역포화 전류는 열적으로 생성되는 소수 캐리어에 의해 흐르므로, 온도가 오르면 급격히 증가한다.

영역 I(순방향 도통): n형의 전자가 (+) 전위 쪽 P형으로 이동해 전류가 흐른다.
영역 II: 전위장벽 때문에 문턱 전압까지 전류가 거의 흐르지 않는다.
영역 IV: 항복전압 이상에서 눈사태 항복으로 역전류가 급증한다.

문제 14

페르미 준위(Fermi level)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1절대온도 0Ｋ에서 최외각 전자가 가지는 에너지 준위이다.

2온도와 캐리어 농도에 따라 크기가 변한다.

3진성 반도체의 경우 금지대의 중앙에 위치한다.

4온도와 무관하게 전자 점유 확률이 1인 에너지 준위이다.

정답 및 해설

페르미 준위는 전자 점유 확률이 1/2인 에너지 준위이므로, 온도와 무관하게 점유 확률이 1이라는 설명이 옳지 않다.

페르미-디랙 분포 $f(E)=\dfrac{1}{1+e^{(E-E_F)/kT}}$ 에서 $E=E_F$ 이면 $T\gt0$ 에서 항상 $f=\dfrac{1}{2}$ 이다.

0 K에서는 페르미 준위까지 전자가 모두 차 있어 최외각 전자가 가지는 최고 에너지 준위가 된다.
불순물 농도(캐리어 농도)와 온도에 따라 위치가 변한다.
진성 반도체에서는 금지대 중앙 부근에 위치한다.

문제 15

다음 회로에서 저항에 걸리는 전압 V₁과 V₂의 값 [V]은? (순서대로 V₁, V₂)

17, 6

27, 10

38, 6

48, 10

정답 및 해설

$\mathrm{V}_{1}$ = 7 V, $\mathrm{V}_{2}$ = 6 V이다.

윗 노드 전압이 $\mathrm{V}_{1}$ 이다. KCL: $2=\dfrac{V_1}{5}+\dfrac{V_1-1}{10}$

양변에 10을 곱하면 $20=2V_1+V_1-1$ , $V_1=7\,\mathrm{V}$ 이다.

$V_2=V_1-1=6\,\mathrm{V}$

문제 16

다음 증폭기에서 베이스와 컬렉터 간의 교류전압이득에 가장 가까운 값은? (단, V_BE=0.7V, β_DC=150, r′_e=25mV/I_E이다.)

11.5

32.5

정답 및 해설

교류 전압이득은 약 2이다.

직류 해석: $V_B=10\times\dfrac{10}{40+10}=2\,\mathrm{V}$ , $V_E=1.3\,\mathrm{V}$ , $I_E=\dfrac{1.3}{1.3\,\mathrm{k}}=1\,\mathrm{mA}$ , $r'_e=25\,\mathrm{\Omega}$

$\mathrm{R}_{E}$ 에 바이패스 커패시터가 없으므로
$A_v\approx\dfrac{R_C}{r'_e+R_E}=\dfrac{2650}{25+1300}=2$

문제 17

다음 조건으로 변환된 오디오 데이터를 전송속도 2 kbps인 네트워크를 이용하여 실시간으로 전송할 때, 이론적으로 필요한 최소 압축률[%]은? (단, 1 kbps＝1,000 bps이며, 오디오 데이터 이외의 부가정보는 무시한다.)

표본화율(sampling rate) : 1,000 Hz
양자화 비트(quantization bit) 수: 5
채널(channel) :스테레오(stereo)

120

240

360

480

정답 및 해설

필요한 최소 압축률은 80 %이다.

원 데이터율: $1000\,\mathrm{Hz}\times5\,\mathrm{bit}\times2\,(\mathrm{stereo})=10\,\mathrm{kbps}$

2 kbps로 실시간 전송하려면 데이터를 $\dfrac{2}{10}=20\,\%$ 크기로 줄여야 하므로, 80 %를 압축해야 한다.

문제 18

논리식 A′B(D′＋C′D)＋B(A＋A′CD)와 동일한 것은?

1AB

3AB＋C′

4A＋BC′

정답 및 해설

논리식은 B와 같다.

전개: $A'BD'+A'BC'D+AB+A'BCD$

$A'BC'D+A'BCD=A'BD$ 이므로 $A'BD'+A'BD=A'B$ 가 된다.

따라서 $A'B+AB=B$ 이다. B를 공통 인수로 묶어 $B(A'D'+A'C'D+A+A'CD)=B\cdot1$ 로 보아도 된다.

문제 19

다음 신호 f(t)를 푸리에 변환한 F(ω)는?

정답 및 해설

푸리에 변환은 $F(\omega)=\dfrac{8\sin(\pi\omega/2)}{\omega}$ 이다.

높이 A = 4, 구간 $-\dfrac{\pi}{2}\le t\le\dfrac{\pi}{2}$ 인 구형 펄스이다.

$F(\omega)=\int_{-\pi/2}^{\pi/2}4e^{-j\omega t}dt=4\cdot\dfrac{2\sin(\omega\pi/2)}{\omega}=\dfrac{8\sin(\pi\omega/2)}{\omega}$

검산: $\omega\to0$ 이면 $4\pi$ 로 펄스 면적과 같다.

문제 20

다음 동기식 카운터 회로의 카운트열(count sequence)을 10진수로 바르게 나열한 것은? (단, Q3, Q2, Q1의 초기 값은 모두 0이라고 가정한다)

10 3 7 1 3 7 1 3

20 5 6 1 4 3 5 6

30 6 5 3 2 4 6 5

40 6 5 2 4 3 6 5

정답 및 해설

카운트열은 0 6 5 2 4 3 6 5이다.

배선: $J_3=1,\ K_3=\overline{Q_2}$ , $J_2=1,\ K_2=\overline{Q_1}$ , $J_1=Q_3,\ K_1=1$ 이다. JK는 J = K = 1이면 토글, J = 1·K = 0이면 1, J = 0·K = 1이면 0이다.

현재 Q3Q2Q1	다음	10진
000	110	6
110	101	5
101	010	2
010	100	4
100	011	3
011	110	6

6 이후 다시 5로 가므로 6→5→2→4→3이 반복된다.

9급 국가직 전자공학개론 기출문제모두CBT · moducbt.com

14년 1회차

총 20문항 · 객관식 · 정답·해설 포함

문제 1

수와 코드에 관한 설명으로 옳지 않은 것은?

12진수 10.001을 10진수로 변환하면 2.125이다.

28진수 64를 16진수로 변환하면 34이다.

310진수 124를 BCD 코드로 변환하면 0001 0010 0100이다.

4음수를 2의 보수로 표현할 때, 8비트 2진수 11001011을 10진수로 변환하면 －203이다.

정답 및 해설

8비트 2의 보수 11001011은 −53이므로, −203이라는 설명이 옳지 않다.

2진수 10.001 = $2+2^{-3}=2.125$ 이다.
8진수 64 = $6\times8+4=52$ = 16진수 34이다.
124의 BCD는 각 자리를 4비트로: 0001 0010 0100이다.

문제 2

1㉠, 0

2㉡, 20

3㉢, 20

4㉣, 0

정답 및 해설

바르게 연결되지 않은 것은 ㉢의 20 V이다. ㉢의 실제 출력 $\mathrm{V}_{P-P}$ 는 10 V이다.

㉠: 두 다이오드가 서로 반대 방향으로 직렬이라 어느 반주기에도 전류가 흐르지 않아 0 V이다.
㉡: 역병렬 다이오드가 양방향을 모두 통과시켜 입력 그대로 20 V이다.
㉣: 출력이 역병렬 이상 다이오드로 접지에 단락되어 0 V이다.

문제 3

㉠, ㉡에 들어갈 용어가 바르게 연결된 것은? (순서대로 ㉠, ㉡)

N 채널 증가형 MOSFET는 ( ㉠ )에서 동작하기위해서 채널이 드레인 끝에서 핀치오프(pinch-off) 되어야 한다. 즉, 드레인 전압이 게이트 전압 아래로 문턱전압(threshold voltage) V_tn보다 더 떨어지지 않아야 한다.
P 채널 증가형 MOSFET는 ( ㉡ )에서 동작하기 위해서 드레인 전압이 게이트 전압보다 적어도 문턱전압 |V_tp|만큼 초과해야 한다.

1포화영역(saturation region), 트라이오드 영역(triode region)

2포화영역(saturation region), 포화영역(saturation region)

3트라이오드영역(triode region), 트라이오드 영역(triode region)

4트라이오드영역(triode region), 포화영역(saturation region)

정답 및 해설

㉠은 포화영역, ㉡은 트라이오드 영역이다.

NMOS는 $V_{DS}\ge V_{GS}-V_{tn}$ , 즉 $V_D\ge V_G-V_{tn}$ 이면 드레인 끝에서 채널이 핀치오프되어 포화영역이다.

문제 4

다음 교류회로에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? (단, 2πf₀L≫R이다.)

1L의 자기장세기가 증가하면 C의 전기장세기는 감소하며, 그 반대도 성립한다.

2공진시 공진주파수는 1/2π√LC에 가깝다.

3공진주파수에서 임피던스는 최소가 된다.

4R 값이 커질수록 에너지 소비가 커지므로 Q 값은 감소한다.

정답 및 해설

이 회로는 병렬 공진 회로이므로 공진주파수에서 임피던스는 최대가 된다. 최소라는 설명이 옳지 않다.

공진 시 L과 C 가지의 무효 전류가 서로 상쇄되어 외부 전류가 최소가 되므로 단자에서 본 임피던스는 가장 크다(약 $\dfrac{L}{RC}$ ).

공진 시 L(자기장)과 C(전기장) 사이에서 에너지가 주고받아지므로 한쪽이 증가하면 다른 쪽은 감소한다.
$2\pi f_0L\gg R$ 이면 공진주파수는 $\dfrac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$ 에 가깝다.
R이 커질수록 손실이 커져 Q 값은 감소한다.

문제 5

다음 회로에서 부하저항 R_L이 최대전력 전달 조건을 만족하는 저항값을 가질 때 부하저항 R_L에서 소비되는 최대전력[Ｗ]은?

18.25

29.25

310.25

411.25

정답 및 해설

최대전력은 11.25 W이다.

$\mathrm{R}_{L}$ 에서 본 테브난 등가: $V_{th}=30\times\dfrac{10}{10+10}=15\,\mathrm{V}$ , $R_{th}=10\parallel10=5\,\mathrm{\Omega}$

최대전력 조건 $R_L=R_{th}=5\,\mathrm{\Omega}$ 에서
$P_{max}=\dfrac{V_{th}^2}{4R_{th}}=\dfrac{225}{20}=11.25\,\mathrm{W}$

문제 6

12, 2

22, 5

38, 2

48, 5

정답 및 해설

핀치오프 전압은 약 2 V, $g_{m}$ 은 약 5 mS이다.

$\mathrm{V}_{GS}$ = 0 V 곡선이 포화(평탄)로 꺾이기 시작하는 $\mathrm{V}_{DS}$ 가 핀치오프 전압으로, 그래프에서 약 2 V이다.

문제 7

㉠, ㉡에 들어갈 적합한 용어가 바르게 연결된 것은? (순서대로 ㉠, ㉡)

1앙상블(ensemble) 고역, 통과 필터(High Pass Filter)

2앙상블(ensemble) 저역, 통과 필터(Low Pass Filter)

3에일리어싱(aliasing) 고역, 통과 필터(High Pass Filter)

4에일리어싱(aliasing) 저역, 통과 필터(Low Pass Filter)

정답 및 해설

㉠은 에일리어싱(aliasing), ㉡은 저역통과 필터이다.

표본화 주파수 300 Hz의 절반(150 Hz)을 넘는 200 Hz 성분은 다른 주파수( $300-200=100\,\mathrm{Hz}$ )로 겹쳐 보이는 에일리어싱을 일으킨다.

이를 막으려면 표본화 전에 150 Hz 이상의 성분을 제거해야 하므로 차단주파수 150 Hz의 저역통과 필터(앤티에일리어싱 필터)를 쓴다.

문제 8

다음 회로에서 상측 트리거 기준 전압 V_UTP[V]와 하측 트리거 기준 전압 V_LTP[V]는? (단, +V_out(max)=+4V, -V_out(max)=-4V, 3R_A=R_B이다.) (순서대로 V_UTP][V], V_LTP[V])

1＋1, －1

2＋1, －3

3＋3, －1

4＋3, －3

정답 및 해설

$\mathrm{V}_{UTP}$ = +1 V, $\mathrm{V}_{LTP}$ = −1 V이다.

입력이 반전 단자에 들어가고 출력이 $\mathrm{R}_{B}$ - $\mathrm{R}_{A}$ 분압으로 비반전 단자에 귀환되는 반전형 슈미트 트리거이다.

귀환율 $\dfrac{R_A}{R_A+R_B}=\dfrac{R_A}{R_A+3R_A}=\dfrac{1}{4}$ 이므로 문턱 전압은 $\pm4\times\dfrac{1}{4}=\pm1\,\mathrm{V}$ 이다.

문제 9

현재상태 A B	입력 X	다음상태 A B
0 0	0	0 1
0 0	1	1 0
0 1	0	1 1
0 1	1	1 0
1 0	0	0 0
1 0	1	1 1

1D_A =X＋B

2D_A =A'X＋A'B＋BX

3D_A =A'X＋AB＋AB'X

4D_A =X＋AB'

정답 및 해설

$\mathrm{D}_{A}$ 의 논리식은 $D_A=X+B$ 이다.

D 플립플롭은 $D=Q(t+1)$ 이므로 다음 상태 A가 1인 경우를 모은다: (A, B, X) = (0,0,1), (0,1,0), (0,1,1), (1,0,1). AB = 11인 두 경우는 정의되지 않아 don't care이다.

X = 1인 네 칸(don't care 111 포함)을 묶으면 X
B = 1인 네 칸(don't care 110·111 포함)을 묶으면 $B$

A = 1, B = 0, X = 0과 A = 0, B = 0, X = 0은 0이므로 덮이지 않아 $D_A=X+B$ 이다.

문제 10

다음 회로의 출력전압 V_out[V]은?

1－27

318

427

정답 및 해설

출력 전압은 9 V이다.

위 연산증폭기: 전압 폴로어 → 1 V
아래 연산증폭기: 반전 증폭 $-\dfrac{30}{10}\times2=-6\,\mathrm{V}$

마지막 단은 반전 가산기이다.
$V_{out}=-\left(\dfrac{90}{10}\times1+\dfrac{90}{30}\times(-6)\right)=-(9-18)=9\,\mathrm{V}$

문제 11

다이오드에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1제너(zener) 다이오드는 순방향 전압이 항복영역에 이르면 역방향 전류가 크게 증가하는 특성이 있고, 정전압 제어에 사용된다.

2터널(tunnel) 다이오드는 순방향 전압이 증가해도 전류가 감소하는 특성이 있고, 고속 스위칭에 사용된다.

3쇼트키(schottky) 다이오드는 PN 접합 다이오드보다 스위칭타임이 짧고, 고속 스위칭에 사용된다.

4PN 접합 다이오드에는 PN 접합으로 생성된 전위장벽(potential barrier)에 의해 격리된 공핍층이 존재하며, 정류작용에 사용된다.

정답 및 해설

제너 다이오드는 역방향 전압이 항복영역에 이르면 역방향 전류가 크게 증가하는 특성을 이용하므로, 순방향 전압이라고 한 설명이 옳지 않다.

항복영역에서는 전류가 크게 변해도 전압이 거의 일정해 정전압 제어에 쓰인다.

터널 다이오드는 순방향 전압 증가에도 전류가 감소하는 부성 저항 영역이 있어 고속 스위칭·발진에 쓰인다.
쇼트키 다이오드는 다수 캐리어 소자라 축적 전하가 거의 없어 스위칭 시간이 짧다.
PN 접합 다이오드는 전위장벽과 공핍층이 있어 한 방향으로만 전류를 흘리는 정류작용을 한다.

문제 12

출력 Y가 나머지 셋과 다른 것은?

정답 및 해설

NOR(A, B)와 NAND(A, B)를 NAND로 묶은 회로만 출력이 다르다.

그 회로는 $\overline{\overline{A+B}\cdot\overline{AB}}=(A+B)+AB=A+B$ 로 OR이고, 나머지 셋은 모두 XOR( $A\oplus B$ )이다.

NOR 네 개 회로: $\overline{\overline{A+B}+AB}=\overline{A'B'+AB}=A\oplus B$
AND(A, B)와 AND(A', B')를 NOR: $\overline{AB+A'B'}=A\oplus B$
NAND(A, B')와 NAND(A', B)를 NAND: $AB'+A'B=A\oplus B$

문제 13

다음의 PN 접합 다이오드 특성곡선에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1영역 I에서 전자는 (＋)전위에 이끌려 P형쪽으로 이동한다.

2영역 II는 접합면에서의 전위장벽으로 인해 나타난다.

3영역 III에서는 온도가 변해도 전류값은 변하지 않는다.

4영역 IV에서는 눈사태 항복(avalanche breakdown) 현상이 전류를 주도한다.

정답 및 해설

영역 III(역방향 바이어스 영역)의 역포화 전류는 온도에 크게 의존하므로, 온도가 변해도 전류가 변하지 않는다는 설명이 옳지 않다.

역포화 전류는 열적으로 생성되는 소수 캐리어에 의해 흐르므로, 온도가 오르면 급격히 증가한다.

영역 I(순방향 도통): n형의 전자가 (+) 전위 쪽 P형으로 이동해 전류가 흐른다.
영역 II: 전위장벽 때문에 문턱 전압까지 전류가 거의 흐르지 않는다.
영역 IV: 항복전압 이상에서 눈사태 항복으로 역전류가 급증한다.

문제 14

페르미 준위(Fermi level)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

1절대온도 0Ｋ에서 최외각 전자가 가지는 에너지 준위이다.

2온도와 캐리어 농도에 따라 크기가 변한다.

3진성 반도체의 경우 금지대의 중앙에 위치한다.

4온도와 무관하게 전자 점유 확률이 1인 에너지 준위이다.

정답 및 해설

페르미 준위는 전자 점유 확률이 1/2인 에너지 준위이므로, 온도와 무관하게 점유 확률이 1이라는 설명이 옳지 않다.

페르미-디랙 분포 $f(E)=\dfrac{1}{1+e^{(E-E_F)/kT}}$ 에서 $E=E_F$ 이면 $T\gt0$ 에서 항상 $f=\dfrac{1}{2}$ 이다.

0 K에서는 페르미 준위까지 전자가 모두 차 있어 최외각 전자가 가지는 최고 에너지 준위가 된다.
불순물 농도(캐리어 농도)와 온도에 따라 위치가 변한다.
진성 반도체에서는 금지대 중앙 부근에 위치한다.

문제 15

다음 회로에서 저항에 걸리는 전압 V₁과 V₂의 값 [V]은? (순서대로 V₁, V₂)

17, 6

27, 10

38, 6

48, 10

정답 및 해설

$\mathrm{V}_{1}$ = 7 V, $\mathrm{V}_{2}$ = 6 V이다.

윗 노드 전압이 $\mathrm{V}_{1}$ 이다. KCL: $2=\dfrac{V_1}{5}+\dfrac{V_1-1}{10}$

양변에 10을 곱하면 $20=2V_1+V_1-1$ , $V_1=7\,\mathrm{V}$ 이다.

$V_2=V_1-1=6\,\mathrm{V}$

문제 16

다음 증폭기에서 베이스와 컬렉터 간의 교류전압이득에 가장 가까운 값은? (단, V_BE=0.7V, β_DC=150, r′_e=25mV/I_E이다.)

11.5

32.5

정답 및 해설

교류 전압이득은 약 2이다.

직류 해석: $V_B=10\times\dfrac{10}{40+10}=2\,\mathrm{V}$ , $V_E=1.3\,\mathrm{V}$ , $I_E=\dfrac{1.3}{1.3\,\mathrm{k}}=1\,\mathrm{mA}$ , $r'_e=25\,\mathrm{\Omega}$

$\mathrm{R}_{E}$ 에 바이패스 커패시터가 없으므로
$A_v\approx\dfrac{R_C}{r'_e+R_E}=\dfrac{2650}{25+1300}=2$

문제 17

표본화율(sampling rate) : 1,000 Hz
양자화 비트(quantization bit) 수: 5
채널(channel) :스테레오(stereo)

120

240

360

480

정답 및 해설

필요한 최소 압축률은 80 %이다.

원 데이터율: $1000\,\mathrm{Hz}\times5\,\mathrm{bit}\times2\,(\mathrm{stereo})=10\,\mathrm{kbps}$

2 kbps로 실시간 전송하려면 데이터를 $\dfrac{2}{10}=20\,\%$ 크기로 줄여야 하므로, 80 %를 압축해야 한다.

문제 18

논리식 A′B(D′＋C′D)＋B(A＋A′CD)와 동일한 것은?

1AB

3AB＋C′

4A＋BC′

정답 및 해설

논리식은 B와 같다.

전개: $A'BD'+A'BC'D+AB+A'BCD$

$A'BC'D+A'BCD=A'BD$ 이므로 $A'BD'+A'BD=A'B$ 가 된다.

따라서 $A'B+AB=B$ 이다. B를 공통 인수로 묶어 $B(A'D'+A'C'D+A+A'CD)=B\cdot1$ 로 보아도 된다.

문제 19

다음 신호 f(t)를 푸리에 변환한 F(ω)는?

정답 및 해설

푸리에 변환은 $F(\omega)=\dfrac{8\sin(\pi\omega/2)}{\omega}$ 이다.

높이 A = 4, 구간 $-\dfrac{\pi}{2}\le t\le\dfrac{\pi}{2}$ 인 구형 펄스이다.

$F(\omega)=\int_{-\pi/2}^{\pi/2}4e^{-j\omega t}dt=4\cdot\dfrac{2\sin(\omega\pi/2)}{\omega}=\dfrac{8\sin(\pi\omega/2)}{\omega}$

검산: $\omega\to0$ 이면 $4\pi$ 로 펄스 면적과 같다.

문제 20

다음 동기식 카운터 회로의 카운트열(count sequence)을 10진수로 바르게 나열한 것은? (단, Q3, Q2, Q1의 초기 값은 모두 0이라고 가정한다)

10 3 7 1 3 7 1 3

20 5 6 1 4 3 5 6

30 6 5 3 2 4 6 5

40 6 5 2 4 3 6 5

정답 및 해설

카운트열은 0 6 5 2 4 3 6 5이다.

배선: $J_3=1,\ K_3=\overline{Q_2}$ , $J_2=1,\ K_2=\overline{Q_1}$ , $J_1=Q_3,\ K_1=1$ 이다. JK는 J = K = 1이면 토글, J = 1·K = 0이면 1, J = 0·K = 1이면 0이다.

현재 Q3Q2Q1	다음	10진
000	110	6
110	101	5
101	010	2
010	100	4
100	011	3
011	110	6

6 이후 다시 5로 가므로 6→5→2→4→3이 반복된다.