다음 회로에 입력전압이 일 때 출력전압 는? (단, 다이오드와 제너다이오드는 이상적이다)
2017년 국가직 9급 전자공학개론 7번
2017년도 시행 • 7번 문항
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정답: 2번
■ 1단계: 병렬 클리퍼 분로의 동작 구조 분석
• 첫 번째 분로: 제너 다이오드($V_{Z1} = 5\text{ V}$), 직렬 $2\text{ V}$ 직류 전원, 아래 방향 일반 다이오드로 구성
• 두 번째 분로: 제너 다이오드($V_{Z2} = 5\text{ V}$), 직렬 $2\text{ V}$ 직류 전원, 위 방향 일반 다이오드로 구성
■ 2단계: 입력 전압 극성에 따른 출력 제한값(클리핑 레벨) 도출
• 입력 전압 $V_i$가 양(+)의 반주기일 때:
- 첫 번째 분로의 일반 다이오드가 도통(ON)되고, $V_i$가 상승하여 제너 항복 전압과 직렬 전원의 합에 도달하면 제너 다이오드가 항복 영역에서 동작합니다.
- 이에 따라 출력의 상한값은 다음과 같이 제한됩니다:
$$V_{o,\text{max}} = V_{Z1} + 2\text{ V} = 5\text{ V} + 2\text{ V} = 7\text{ V}$$
• 입력 전압 $V_i$가 음(-)의 반주기일 때:
- 두 번째 분로의 일반 다이오드가 도통(ON)되고, 출력 전압이 $-2\text{ V}$ 이하로 떨어지면 해당 분로를 통해 전압이 고정됩니다.
- 이에 따라 출력의 하한값은 다음과 같이 제한됩니다:
$$V_{o,\text{min}} = -2\text{ V}$$
■ 3단계: 출력 파형 매칭
• 출력 전압 $V_o$는 최댓값 $7\text{ V}$, 최솟값 $-2\text{ V}$ 범위로 클리핑된 파형을 나타냅니다.
■ 최종 결과:
• 올바른 출력 전압 파형은 ②번
• 첫 번째 분로: 제너 다이오드($V_{Z1} = 5\text{ V}$), 직렬 $2\text{ V}$ 직류 전원, 아래 방향 일반 다이오드로 구성
• 두 번째 분로: 제너 다이오드($V_{Z2} = 5\text{ V}$), 직렬 $2\text{ V}$ 직류 전원, 위 방향 일반 다이오드로 구성
■ 2단계: 입력 전압 극성에 따른 출력 제한값(클리핑 레벨) 도출
• 입력 전압 $V_i$가 양(+)의 반주기일 때:
- 첫 번째 분로의 일반 다이오드가 도통(ON)되고, $V_i$가 상승하여 제너 항복 전압과 직렬 전원의 합에 도달하면 제너 다이오드가 항복 영역에서 동작합니다.
- 이에 따라 출력의 상한값은 다음과 같이 제한됩니다:
$$V_{o,\text{max}} = V_{Z1} + 2\text{ V} = 5\text{ V} + 2\text{ V} = 7\text{ V}$$
• 입력 전압 $V_i$가 음(-)의 반주기일 때:
- 두 번째 분로의 일반 다이오드가 도통(ON)되고, 출력 전압이 $-2\text{ V}$ 이하로 떨어지면 해당 분로를 통해 전압이 고정됩니다.
- 이에 따라 출력의 하한값은 다음과 같이 제한됩니다:
$$V_{o,\text{min}} = -2\text{ V}$$
■ 3단계: 출력 파형 매칭
• 출력 전압 $V_o$는 최댓값 $7\text{ V}$, 최솟값 $-2\text{ V}$ 범위로 클리핑된 파형을 나타냅니다.
■ 최종 결과:
• 올바른 출력 전압 파형은 ②번