다음 회로에서 정전압이 유지되는 상태에서 허용될 수 있는 최소부하저항 및 최대부하전류 는? (단, 제너무릎전류 , 제너최대전류 이고, 제너임피던스는 무시한다)
2016년 국가직 9급 전자공학개론 9번
2016년도 시행 • 9번 문항
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정답: 1번
■ 1단계: 직렬 저항($R_S$)에 흐르는 총 공급 전류($I_T$) 계산
• 제너 다이오드가 항복 영역에서 동작하여 부하 양단에 $V_Z = 6\text{ V}$의 정전압이 유지될 때 저항 $R_S = 2\text{ k}\Omega$에 흐르는 전류:
$$I_T = \frac{V_{in} - V_Z}{R_S} = \frac{20\text{ V} - 6\text{ V}}{2\text{ k}\Omega} = \frac{14\text{ V}}{2\text{ k}\Omega} = 7\text{ mA}$$
■ 2단계: 정전압 유지를 위한 최대 부하 전류($I_{L(\text{max})}$) 계산
• 키르히호프 전류 법칙(KCL)에 따라 $I_T = I_Z + I_L$이 성립합니다:
$$I_L = I_T - I_Z = 7\text{ mA} - I_Z$$
• 제너 다이오드에 최소 무릎 전류($I_{ZK} = 2\text{ mA}$)가 흐를 때 부하 전류는 최대가 됩니다:
$$I_{L(\text{max})} = I_T - I_{ZK} = 7\text{ mA} - 2\text{ mA} = 5\text{ mA}$$
■ 3단계: 최소 부하 저항($R_{L(\text{min})}$) 계산
• 정전압 $V_Z = 6\text{ V}$와 최대 부하 전류 $I_{L(\text{max})} = 5\text{ mA}$로부터 최소 부하 저항을 계산합니다:
$$R_{L(\text{min})} = \frac{V_Z}{I_{L(\text{max})}} = \frac{6\text{ V}}{5\text{ mA}} = 1.2\text{ k}\Omega$$
■ 최종 결과:
• $R_{L(\text{min})} = 1.2\text{ k}\Omega, \quad I_{L(\text{max})} = 5\text{ mA}$ (①번)
• 제너 다이오드가 항복 영역에서 동작하여 부하 양단에 $V_Z = 6\text{ V}$의 정전압이 유지될 때 저항 $R_S = 2\text{ k}\Omega$에 흐르는 전류:
$$I_T = \frac{V_{in} - V_Z}{R_S} = \frac{20\text{ V} - 6\text{ V}}{2\text{ k}\Omega} = \frac{14\text{ V}}{2\text{ k}\Omega} = 7\text{ mA}$$
■ 2단계: 정전압 유지를 위한 최대 부하 전류($I_{L(\text{max})}$) 계산
• 키르히호프 전류 법칙(KCL)에 따라 $I_T = I_Z + I_L$이 성립합니다:
$$I_L = I_T - I_Z = 7\text{ mA} - I_Z$$
• 제너 다이오드에 최소 무릎 전류($I_{ZK} = 2\text{ mA}$)가 흐를 때 부하 전류는 최대가 됩니다:
$$I_{L(\text{max})} = I_T - I_{ZK} = 7\text{ mA} - 2\text{ mA} = 5\text{ mA}$$
■ 3단계: 최소 부하 저항($R_{L(\text{min})}$) 계산
• 정전압 $V_Z = 6\text{ V}$와 최대 부하 전류 $I_{L(\text{max})} = 5\text{ mA}$로부터 최소 부하 저항을 계산합니다:
$$R_{L(\text{min})} = \frac{V_Z}{I_{L(\text{max})}} = \frac{6\text{ V}}{5\text{ mA}} = 1.2\text{ k}\Omega$$
■ 최종 결과:
• $R_{L(\text{min})} = 1.2\text{ k}\Omega, \quad I_{L(\text{max})} = 5\text{ mA}$ (①번)