다음 회로의 특성곡선으로 옳은 것은? (단, 다이오드의 문턱전압은 이다)
2011년 국가직 9급 전자공학개론 13번
2011년도 시행 • 13번 문항
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정답: 3번
■ 1단계: 다이오드 동작 구간 분석
• 비반전 단자가 $+5\text{ V}$에 연결되어 있으므로 가상 단락에 의해 반전 단자 전압은 $V_- = 5\text{ V}$입니다.
• 입력 $V_i < 5\text{ V}$일 때:
- 반전 단자에서 입력 단자 방향으로 전류가 흘러 피드백 다이오드가 순방향 도통(ON)됩니다.
- 다이오드가 단락되므로 출력 전압은 반전 단자 전압과 동일한 $V_o = 5\text{ V}$로 고정됩니다.
• 입력 $V_i > 5\text{ V}$일 때:
- 피드백 다이오드는 역방향 차단(OFF) 상태가 되며, 피드백 저항 $R$을 통해 동작합니다.
- 출력 전압:
$$\frac{V_i - 5\text{ V}}{R} = \frac{5\text{ V} - V_o}{R} \implies V_o = 10\text{ V} - V_i$$
■ 2단계: 입출력 특성 곡선 판별
• $V_i \le 5\text{ V}$ 구간에서는 $V_o = 5\text{ V}$의 일정한 수평선을 나타내고, $V_i > 5\text{ V}$ 구간에서는 기울기 $-1$로 감소하는 직선을 나타내는 파형은 ③번입니다.
■ 최종 결과:
• 올바른 특성곡선은 ③번 파형 (③번)
• 비반전 단자가 $+5\text{ V}$에 연결되어 있으므로 가상 단락에 의해 반전 단자 전압은 $V_- = 5\text{ V}$입니다.
• 입력 $V_i < 5\text{ V}$일 때:
- 반전 단자에서 입력 단자 방향으로 전류가 흘러 피드백 다이오드가 순방향 도통(ON)됩니다.
- 다이오드가 단락되므로 출력 전압은 반전 단자 전압과 동일한 $V_o = 5\text{ V}$로 고정됩니다.
• 입력 $V_i > 5\text{ V}$일 때:
- 피드백 다이오드는 역방향 차단(OFF) 상태가 되며, 피드백 저항 $R$을 통해 동작합니다.
- 출력 전압:
$$\frac{V_i - 5\text{ V}}{R} = \frac{5\text{ V} - V_o}{R} \implies V_o = 10\text{ V} - V_i$$
■ 2단계: 입출력 특성 곡선 판별
• $V_i \le 5\text{ V}$ 구간에서는 $V_o = 5\text{ V}$의 일정한 수평선을 나타내고, $V_i > 5\text{ V}$ 구간에서는 기울기 $-1$로 감소하는 직선을 나타내는 파형은 ③번입니다.
■ 최종 결과:
• 올바른 특성곡선은 ③번 파형 (③번)