다음 출력제한 비교기 회로에서 출력 의 최소, 최대 제한 전압값[V]으로서 가장 적절한 근삿값은? (단, 동일 사양의 제너다이오드 의 제너 항복 전압은 4.7[V], 순방향 도통 전압은 0.7[V]이다)
2021년 지방직 9급 전자공학개론 20번
2021년도 시행 • 20번 문항
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정답: 3번
■ 1단계: 비반전 단자 전압($V_+$) 분배식 수립
• 저항 $120\text{ k}\Omega, 50\text{ k}\Omega$에 의한 전압 분배:
$$V_+ = V_{\text{out}} \times \frac{50\text{ k}\Omega}{120\text{ k}\Omega + 50\text{ k}\Omega} = \frac{5}{17}V_{\text{out}}$$
• 가상 단락 조건에 의해 $V_- = V_+ = \frac{5}{17}V_{\text{out}}$
■ 2단계: 제너 다이오드 클리핑 전압 및 출력 전압 계산
• 직렬 결합된 두 제너 다이오드의 양단 전압 강하:
$$V_Z = 4.7\text{ V} + 0.7\text{ V} = 5.4\text{ V}$$
• 피드백 경로 KVL 적용:
$$V_{\text{out}} - V_- = 5.4\text{ V} \implies V_{\text{out}} - \frac{5}{17}V_{\text{out}} = 5.4\text{ V}$$
$$\frac{12}{17}V_{\text{out}} = 5.4 \implies V_{\text{out}} = \frac{5.4 \times 17}{12} = 7.65\text{ V}$$
• 양방향 대칭이므로 출력 전압 제한 범위는 최소 $-7.65\text{ V}$, 최대 $+7.65\text{ V}$입니다.
■ 최종 결과:
• 최소 -7.65, 최대 +7.65 (③번)
• 저항 $120\text{ k}\Omega, 50\text{ k}\Omega$에 의한 전압 분배:
$$V_+ = V_{\text{out}} \times \frac{50\text{ k}\Omega}{120\text{ k}\Omega + 50\text{ k}\Omega} = \frac{5}{17}V_{\text{out}}$$
• 가상 단락 조건에 의해 $V_- = V_+ = \frac{5}{17}V_{\text{out}}$
■ 2단계: 제너 다이오드 클리핑 전압 및 출력 전압 계산
• 직렬 결합된 두 제너 다이오드의 양단 전압 강하:
$$V_Z = 4.7\text{ V} + 0.7\text{ V} = 5.4\text{ V}$$
• 피드백 경로 KVL 적용:
$$V_{\text{out}} - V_- = 5.4\text{ V} \implies V_{\text{out}} - \frac{5}{17}V_{\text{out}} = 5.4\text{ V}$$
$$\frac{12}{17}V_{\text{out}} = 5.4 \implies V_{\text{out}} = \frac{5.4 \times 17}{12} = 7.65\text{ V}$$
• 양방향 대칭이므로 출력 전압 제한 범위는 최소 $-7.65\text{ V}$, 최대 $+7.65\text{ V}$입니다.
■ 최종 결과:
• 최소 -7.65, 최대 +7.65 (③번)