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1[철도신호기사 필기] 15년 1회차
그림과 같은 RC회로에서 전압 vi(t)를 입력으로 하고 전압 v0(t)를 출력으로 할 때 이에 맞는 신호흐름 선도는? (단, 전달함수의 초기값은 0 이다.)
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해설

회로 방정식을 그대로 옮기면 ViV_i에서 II로 가는 이득이 1R\dfrac{1}{R}, II에서 VoV_o로 가는 이득이 1Cs\dfrac{1}{Cs}, VoV_o에서 II로 되돌아오는 가지가 −1R-\dfrac{1}{R}인 선도가 맞다.

그림은 전원 vi(t)v_i(t)에 저항 RR과 커패시터 CC가 직렬로 이어지고 CC 양단을 출력 vo(t)v_o(t)로 잡은 RC 회로다. 초기값이 0이므로 I(s)=Vi(s)−Vo(s)R=1RVi(s)−1RVo(s)I(s)=\dfrac{V_i(s)-V_o(s)}{R}=\dfrac{1}{R}V_i(s)-\dfrac{1}{R}V_o(s), Vo(s)=1CsI(s)V_o(s)=\dfrac{1}{Cs}I(s) 이다.

이 두 식이 곧 전진경로 이득 1R\dfrac{1}{R}·1Cs\dfrac{1}{Cs} 와 되먹임 이득 −1R-\dfrac{1}{R} 이다. 메이슨 공식으로 확인하면 루프이득이 −1RCs-\dfrac{1}{RCs} 이므로 VoVi=1RCs1+1RCs=11+RCs\dfrac{V_o}{V_i}=\dfrac{\frac{1}{RCs}}{1+\frac{1}{RCs}}=\dfrac{1}{1+RCs} 로 RC 저역통과 특성이 그대로 나온다.

전진 이득을 RR로 적은 선도는 전압을 전류로 바꾸는 관계가 뒤집힌 것이라 차원부터 맞지 않고, 전진 이득까지 −1R-\dfrac{1}{R}로 적은 선도는 전달함수가 −11+RCs-\dfrac{1}{1+RCs} 가 되어 부호가 반대로 나온다.

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