다음 회로에서 다이오드에 걸리는 전압 와 전류 는? (단, 다이오드는 이상적인 소자이다)
2020년 국가직 9급 전자공학개론 6번
2020년도 시행 • 6번 문항
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정답: 1번
■ 1단계: 다이오드 차단(OFF) 상태 가정 및 노드 전압 해석
• 다이오드가 역바이어스(OFF)되어 개방(Open) 상태라고 가정합니다.
• 다이오드가 개방되면 전류가 흐르지 않으므로 좌측 회로와 우측 회로는 독립적으로 분리됩니다:
- **애노드(Anode) 측 전위($V_A$):**
좌측 $10\text{ V}$ 전원과 두 개의 $10\text{ }\Omega$ 저항에 의한 전압 분배가 발생합니다:
$$V_A = 10\text{ V} \times \frac{10\text{ }\Omega}{10\text{ }\Omega + 10\text{ }\Omega} = 5\text{ V}$$
- **캐소드(Cathode) 측 전위($V_K$):**
우측 $10\text{ }\Omega$ 저항에는 전류가 흐르지 않아 전압 강하가 없으므로($0\text{ V}$), 우측 전원 전위가 그대로 나타납니다:
$$V_K = 20\text{ V}$$
■ 2단계: 다이오드 양단 전압($V_D$) 및 가정의 타당성 검증
• 다이오드 양단 전압 $V_D$ (애노드 전위 - 캐소드 전위):
$$V_D = V_A - V_K = 5\text{ V} - 20\text{ V} = -15\text{ V}$$
• 이상적인 다이오드는 $V_D < 0\text{ V}$일 때 역바이어스 상태가 되어 도통하지 않으므로, 초기의 OFF 가정이 타당합니다.
• 따라서 다이오드는 차단(OFF) 상태를 유지하며, 흐르는 전류는 $I_D = 0\text{ A}$입니다.
■ 최종 결과:
• $V_D = -15\text{ V}$, $I_D = 0\text{ A}$ (①번)
• 다이오드가 역바이어스(OFF)되어 개방(Open) 상태라고 가정합니다.
• 다이오드가 개방되면 전류가 흐르지 않으므로 좌측 회로와 우측 회로는 독립적으로 분리됩니다:
- **애노드(Anode) 측 전위($V_A$):**
좌측 $10\text{ V}$ 전원과 두 개의 $10\text{ }\Omega$ 저항에 의한 전압 분배가 발생합니다:
$$V_A = 10\text{ V} \times \frac{10\text{ }\Omega}{10\text{ }\Omega + 10\text{ }\Omega} = 5\text{ V}$$
- **캐소드(Cathode) 측 전위($V_K$):**
우측 $10\text{ }\Omega$ 저항에는 전류가 흐르지 않아 전압 강하가 없으므로($0\text{ V}$), 우측 전원 전위가 그대로 나타납니다:
$$V_K = 20\text{ V}$$
■ 2단계: 다이오드 양단 전압($V_D$) 및 가정의 타당성 검증
• 다이오드 양단 전압 $V_D$ (애노드 전위 - 캐소드 전위):
$$V_D = V_A - V_K = 5\text{ V} - 20\text{ V} = -15\text{ V}$$
• 이상적인 다이오드는 $V_D < 0\text{ V}$일 때 역바이어스 상태가 되어 도통하지 않으므로, 초기의 OFF 가정이 타당합니다.
• 따라서 다이오드는 차단(OFF) 상태를 유지하며, 흐르는 전류는 $I_D = 0\text{ A}$입니다.
■ 최종 결과:
• $V_D = -15\text{ V}$, $I_D = 0\text{ A}$ (①번)