다음 회로에서 제너다이오드에 흐르는 전류 는? (단, 제너전압은 이다)
2021년 국가직 9급 전자공학개론 11번
2021년도 시행 • 11번 문항
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정답: 3번
■ 1단계: 제너 다이오드 도통(항복) 여부 판별
• 제너 다이오드가 개방되었다고 가정할 때 부하 저항 $R_L$ 양단에 걸리는 전압($V_L'$):
$$V_L' = V_s \frac{R_L}{R_s + R_L} = 30\text{ V} \times \frac{500\text{ }\Omega}{200\text{ }\Omega + 500\text{ }\Omega} = 30 \times \frac{5}{7} \approx 21.43\text{ V}$$
• $V_L' (21.43\text{ V}) > V_Z (20\text{ V})$이므로 제너 다이오드는 항복 영역에서 정상 동작하며, 부하 양단 전압은 $V_Z = 20\text{ V}$로 일정하게 유지됩니다.
■ 2단계: 회로 내 각 전류 성분 계산
• 소스 공급 전류($I_s$):
$$I_s = \frac{V_s - V_Z}{R_s} = \frac{30\text{ V} - 20\text{ V}}{200\text{ }\Omega} = \frac{10\text{ V}}{200\text{ }\Omega} = 0.05\text{ A} = 50\text{ mA}$$
• 부하 저항으로 흐르는 전류($I_L$):
$$I_L = \frac{V_Z}{R_L} = \frac{20\text{ V}}{500\text{ }\Omega} = 0.04\text{ A} = 40\text{ mA}$$
■ 3단계: 제너 다이오드에 흐르는 전류($I_Z$) 계산
• 노드에서의 KCL(키르히호프 전류 법칙):
$$I_s = I_Z + I_L \implies I_Z = I_s - I_L$$
$$I_Z = 50\text{ mA} - 40\text{ mA} = 10\text{ mA}$$
■ 최종 결과:
• 제너 다이오드에 흐르는 전류 $I_Z$는 $10\text{ mA}$ (③번)
• 제너 다이오드가 개방되었다고 가정할 때 부하 저항 $R_L$ 양단에 걸리는 전압($V_L'$):
$$V_L' = V_s \frac{R_L}{R_s + R_L} = 30\text{ V} \times \frac{500\text{ }\Omega}{200\text{ }\Omega + 500\text{ }\Omega} = 30 \times \frac{5}{7} \approx 21.43\text{ V}$$
• $V_L' (21.43\text{ V}) > V_Z (20\text{ V})$이므로 제너 다이오드는 항복 영역에서 정상 동작하며, 부하 양단 전압은 $V_Z = 20\text{ V}$로 일정하게 유지됩니다.
■ 2단계: 회로 내 각 전류 성분 계산
• 소스 공급 전류($I_s$):
$$I_s = \frac{V_s - V_Z}{R_s} = \frac{30\text{ V} - 20\text{ V}}{200\text{ }\Omega} = \frac{10\text{ V}}{200\text{ }\Omega} = 0.05\text{ A} = 50\text{ mA}$$
• 부하 저항으로 흐르는 전류($I_L$):
$$I_L = \frac{V_Z}{R_L} = \frac{20\text{ V}}{500\text{ }\Omega} = 0.04\text{ A} = 40\text{ mA}$$
■ 3단계: 제너 다이오드에 흐르는 전류($I_Z$) 계산
• 노드에서의 KCL(키르히호프 전류 법칙):
$$I_s = I_Z + I_L \implies I_Z = I_s - I_L$$
$$I_Z = 50\text{ mA} - 40\text{ mA} = 10\text{ mA}$$
■ 최종 결과:
• 제너 다이오드에 흐르는 전류 $I_Z$는 $10\text{ mA}$ (③번)