제75회 전자기능장 실기 필답형 문제

총 9문제(50점)가 출제되었다. 문제가 좀 어려웠다.
기억나는 대로 순서 없이 업로드를 한다.
제 블로그를 방문하신 분들에게 조금이나마 도움되시길 바라는 마음으로 글을 올리니 미흡하더라도 양해를 바랍니다.

1. 회로도 완성(10점)
실크도, 부품면, 납땜면과 미완성 회로도를 보고 점선박스 안에 기호와 부품번호를 기입하는 문제였다. 접합점은 확실하게 마킹해야 했다. 다이오드가 기호와 실크 심벌이 상이했다.
정상적으로 생각하여 양극과 음극을 표기하면 틀린 상태였다. 출제자가 PCB Artwork을 많이 하지 않아 잘못 알고 있다는 생각이 들었다.

보통 풋프린트 작성에서 실크심벌 작도 시 직사각형 내측에 띠가 있는 부분이 음극을 가리키는 것을 표준으로 한다.

 

2. NE555 발진회로에서 듀티비 구하기(5점)

제시된 회로는 NE555 타이머 IC를 사용한 비안정 멀티바이브레이터 회로입니다. 이 회로의 듀티비를 계산하는 방법을 설명해 드리겠습니다.

1. 회로 분석:

• R1, R2: 1kΩ
• C1: 0.022uF
• C2: 0.01uF (안정화 커패시터, 듀티비 계산에 직접적인 영향은 없음)
• D1, D2: 다이오드 (충전 및 방전 경로 제어)

2. 듀티비 공식:

• NE555 비안정 멀티바이브레이터의 듀티비는 다음과 같은 공식으로 계산됩니다.
  • 듀티비 (%) = (Ton / (Ton + Toff)) * 100
  • Ton: 출력 High 시간
  • Toff: 출력 Low 시간

3. Ton 및 Toff 계산:

• Ton: C1 충전 시간
  • Ton = 0.693 * (R1 + R2) * C1
  • Ton = 0.693 * (1000 + 1000) * 0.022 * 10^-6
  • Ton ≈ 30.492 * 10^-6 초 (약 30.492us)
• Toff: C1 방전 시간
  • Toff = 0.693 * R2 * C1
  • Toff = 0.693 * 1000 * 0.022 * 10^-6
  • Toff ≈ 15.246 * 10^-6 초 (약 15.246us)

4. 듀티비 계산:

• 듀티비 = (30.492 / (30.492 + 15.246)) * 100
• 듀티비 = (30.492 / 45.738) * 100
• 듀티비 ≈ 66.67%

결론:

• 제시된 NE555 발진 회로의 듀티비는 약 66.67%입니다.

추가 정보:

• 다이오드 D1과 D2는 충전 및 방전 경로를 분리하여 듀티비를 조절하는 역할을 합니다.
• C2 커패시터는 회로의 안정성을 높이는 역할을 하며, 듀티비 계산에는 직접적인 영향을 미치지 않습니다.
• 듀티비는 출력 파형의 High 시간과 Low 시간의 비율을 나타내며, 50%보다 크면 High 시간이 더 길고, 50%보다 작으면 Low 시간이 더 깁니다.

이 회로에서 충전하는 동안 커패시터는 R2를 통과하여 R1 및 D1을 통해 충전됩니다. 방전하는 동안 D2와 R2를 통해 방전됩니다. 따라서 충전 시간 상수는 Ton = Tc 이며 다음과 같이 지정됩니다. Ton = 0.693 ×R1C 및 방전 시정 수 Toff = Td 는 Toff = 0.693×R2C 따라서 듀티 사이클 D는 D = R1 (R1 + R2) 구형파를 얻기 위해 R1과 R2의 값을 동일하게 만들어 듀티 사이클을 50 %로 만들 수 있습니다. 구형파 발생기의 파형은 다음과 같습니다.

3. 에폭시를 주재료로 유리섬유를 여러 층으로 쌓아 접합해 절연이 우수한 PCB재질은? FR4 (5점)

에폭시를 주재료로 유리섬유를 여러 층으로 쌓아 접합해 절연이 우수한 PCB 재질은 **FR-4(Flame Retardant 4)**입니다.

FR-4는 다음과 같은 특징을 갖습니다.

• 뛰어난 절연성: 전기적 특성이 우수하여 고주파 회로에도 사용됩니다.
• 높은 강도: 유리섬유 강화로 인해 기계적 강도가 우수합니다.
• 난연성: 화재 발생 시 불이 잘 붙지 않고, 연소 시 유독 가스 발생이 적습니다.
• 저렴한 가격: 대량 생산이 가능하여 가격 경쟁력이 높습니다.

4. 8개의 램프가 직렬로 접속이 되어 있는데 7번째 램프가 개방상태이다. 몇번의 스텝으로 저항을 체크하여 확인이 가능한가? (5점)

제시된 회로는 8개의 램프가 직렬로 연결된 회로이며, 7번째 램프가 개방(단선)된 상태입니다. 이 경우 저항을 체크하여 고장난 램프를 찾는 방법은 다음과 같습니다.

단계별 저항 체크 방법:

1. 전원 차단: 안전을 위해 반드시 전원을 차단하십시오.
2. 전체 저항 측정: 먼저 전체 램프 라인의 저항을 측정합니다. 개방 회로이므로 무한대(또는 매우 높은) 저항값이 측정됩니다.
3. 구간 분할: 전체 램프 라인을 두 구간으로 나눕니다. 예를 들어, 1번부터 4번 램프까지의 구간과 5번부터 8번 램프까지의 구간으로 나눕니다.
4. 구간별 저항 측정: 각 구간의 저항을 측정합니다.
   • 만약 1번부터 4번 램프 구간의 저항이 정상이고, 5번부터 8번 램프 구간의 저항이 무한대라면, 고장난 램프는 5번부터 8번 램프 구간에 있습니다.
   • 반대로 1번부터 4번 램프 구간의 저항이 무한대라면, 고장난 램프는 1번부터 4번 램프 구간에 있습니다.
5. 세분화: 고장난 램프가 있는 구간을 다시 두 구간으로 나눕니다. 예를 들어, 5번부터 8번 램프 구간이 고장이라면, 5번과 6번 램프 구간, 7번과 8번 램프 구간으로 나눕니다.
6. 세분화된 구간별 저항 측정: 각 세분화된 구간의 저항을 측정합니다.
   • 7번과 8번 램프 구간의 저항이 무한대라면, 고장난 램프는 7번 또는 8번 램프입니다.
   • 5번과 6번 램프 구간의 저항이 무한대라면, 고장난 램프는 5번 또는 6번 램프입니다.
7. 개별 램프 저항 측정: 고장난 램프가 있는 마지막 구간의 램프들을 개별적으로 저항을 측정하여 고장난 램프를 찾습니다.

총 스텝 수:

• 위 방법은 구간을 절반씩 나누어 고장난 램프를 찾는 방법으로, 최대 4번의 스텝으로 고장난 램프를 찾을 수 있습니다.
  • 1단계: 전체 구간
  • 2단계: 2개 구간
  • 3단계: 4개 구간
  • 4단계: 8개 구간 (개별 램프)

따라서 최대 4번의 스텝으로 고장난 램프를 확인할 수 있습니다.

5. LM317 정전압회로에서 출력전압이 10V가 되는 경우의 저항 R2의 값은 Vref=1.25V이고 전류는 0A이며 R1의 값은 125옴이다. (5점)

LM317 정전압 회로에서 출력 전압을 10V로 설정하기 위한 R2 저항값을 계산하는 방법은 다음과 같습니다.

1. LM317 출력 전압 공식:

LM317의 출력 전압(Vout)은 다음과 같은 공식으로 계산됩니다.

• Vout = Vref * (1 + R2/R1)

여기서,

• Vout: 출력 전압 (10V)
• Vref: 기준 전압 (1.25V)
• R1: 저항 (125Ω)
• R2: 계산할 저항

2. R2 저항값 계산:

위 공식에 주어진 값을 대입하여 R2를 구합니다.

• 10V = 1.25V * (1 + R2/125Ω)
• 10V / 1.25V = 1 + R2/125Ω
• 8 = 1 + R2/125Ω
• 7 = R2/125Ω
• R2 = 7 * 125Ω = 875Ω

따라서 R2의 값은 875옴입니다.

3. 추가 정보:

• 실제 회로에서는 저항의 오차로 인해 출력 전압이 약간 다를 수 있습니다.
• LM317 데이터시트를 참고하여 적절한 R1, R2 값을 선택하는 것이 중요합니다.
• LM317은 발열이 발생할 수 있으므로 방열판을 사용하는 것이 좋습니다.

6. 오실로스코프활용에서 다이오드와 저항이 직렬접속일 때 위상차를 체크하기 위한 접속점을 표시(5점)

오실로스코프를 사용하여 다이오드와 저항이 직렬로 연결된 회로의 위상차를 측정하려면 다음과 같은 두 지점에서 파형을 측정해야 합니다.

1. 전압원(V1)의 출력: 오실로스코프 채널 1(CH1)을 전압원(V1)의 출력단에 연결합니다. 이 지점의 파형은 회로에 공급되는 입력 신호의 기준이 됩니다.
2. 저항(R1) 양단: 오실로스코프 채널 2(CH2)를 저항(R1) 양단에 연결합니다. 이 지점의 파형은 다이오드를 통과한 후 저항에 걸리는 전압을 나타냅니다.

측정 방법:

1. 오실로스코프를 적절한 전압 및 시간 범위로 설정합니다.
2. CH1과 CH2를 모두 활성화하여 두 지점의 파형을 동시에 표시합니다.
3. 두 파형의 시간축을 비교하여 위상차를 측정합니다. 위상차는 두 파형의 피크 또는 영점 교차점 사이의 시간 간격을 측정하여 계산할 수 있습니다.

주의사항:

• 다이오드의 방향에 따라 전류의 흐름이 달라지므로, 파형의 모양이 달라질 수 있습니다.
• 오실로스코프의 접지(Ground)를 회로의 공통 접지에 연결해야 합니다.
• 측정 시 오실로스코프 프로브의 임피던스 영향을 고려해야 합니다.

측정 결과:

• 이상적인 다이오드의 경우, 순방향 바이어스 시에는 전류가 흐르므로 CH2 파형이 CH1 파형과 유사하게 나타납니다. 역방향 바이어스 시에는 전류가 흐르지 않으므로 CH2 파형이 거의 0V에 가깝게 나타납니다.
• 실제 다이오드의 경우, 순방향 바이어스 시에도 약간의 전압 강하가 발생하므로 CH2 파형의 크기가 CH1 파형보다 약간 작게 나타날 수 있습니다.
• 저항(R1)의 값에 따라 CH2 파형의 크기가 달라질 수 있습니다.

 

7. 오실로스코프 구형파에서 주기와 동기 등의 용어에 대해 괄호 안에 기입할 것(5점)

오실로스코프에서 구형파를 측정할 때 주기와 동기는 다음과 같은 의미를 갖습니다.

주기 (Period)

• 주기는 구형파가 한 사이클을 완료하는 데 걸리는 시간입니다.
• 즉, 구형파가 High 상태에서 Low 상태로, 다시 High 상태로 돌아오는 데 걸리는 시간입니다.
• 오실로스코프 화면에서 구형파의 반복되는 패턴을 보고 주기를 측정할 수 있습니다.
• 주기는 일반적으로 초(s), 밀리초(ms), 마이크로초(μs) 등의 단위로 표시됩니다.

동기 (Synchronization)

• 동기는 오실로스코프 화면에 표시되는 파형을 안정적으로 유지하는 기능입니다.
• 구형파와 같은 반복적인 신호를 측정할 때, 동기가 제대로 설정되지 않으면 화면에 파형이 흔들리거나 움직이는 것처럼 보일 수 있습니다.
• 오실로스코프의 트리거 기능을 사용하여 동기를 설정합니다.
• 트리거는 특정 전압 레벨 또는 신호의 에지(상승 또는 하강)에서 파형 표시를 시작하도록 오실로스코프를 설정하는 기능입니다.
• 적절한 트리거 설정을 통해 화면에 안정적인 파형을 표시할 수 있습니다.

요약

• 주기는 파형의 반복되는 패턴의 시간 간격을 나타내고, 동기는 화면에 안정적인 파형을 표시하는 기능입니다.
• 오실로스코프를 사용하여 구형파를 측정할 때는 주기와 동기를 모두 적절하게 설정해야 정확하고 안정적인 파형을 관찰할 수 있습니다.

8. 스위치를 ON/OFF시에 출력전압이 9V이다. 불량소자를 체크하고 불량원인을 기술(5점)

제시된 회로는 NPN 트랜지스터(Q1)를 사용한 스위칭 회로입니다. 스위치(SW1)의 ON/OFF 상태에 따라 트랜지스터가 작동하고, 출력 전압이 변화해야 합니다. 하지만 스위치 상태와 관계없이 출력 전압이 9V로 유지된다면 다음과 같은 불량 원인을 의심해 볼 수 있습니다.

1. 불량 소자 체크:

• 트랜지스터(Q1): 트랜지스터가 고장 나면 베이스 전류에 관계없이 컬렉터-에미터 간 전류가 일정하게 흐를 수 있습니다. 트랜지스터의 데이터시트를 참고하여 멀티미터로 각 단자 간 저항을 측정하거나, 트랜지스터 테스터를 사용하여 정상 작동 여부를 확인해야 합니다.
• 저항(R2): R2 저항값이 변하거나 단선되면 출력 전압이 예상과 다르게 나타날 수 있습니다. 멀티미터로 R2의 저항값을 측정하여 정상 범위 내에 있는지 확인해야 합니다.
• 스위치(SW1): 스위치가 항상 ON 상태로 고정되어 있으면 스위치 상태에 관계없이 트랜지스터가 항상 작동합니다. 멀티미터로 스위치의 ON/OFF 상태를 측정하여 정상 작동 여부를 확인해야 합니다.
• 전원(BT1, BT2): 전압이 불안정하거나 예상과 다르면 회로 작동에 영향을 줄 수 있습니다. 멀티미터로 전압을 측정하여 정상 범위 내에 있는지 확인해야 합니다.

2. 불량 원인 기술:

• 트랜지스터(Q1) 고장: 트랜지스터가 손상되면 베이스 전류에 관계없이 컬렉터-에미터 간 전류가 일정하게 흐르게 되어 출력 전압이 고정될 수 있습니다.
• 저항(R2) 값 변화 또는 단선: R2 저항값이 증가하면 출력 전압이 상승하고, 단선되면 출력 전압이 전원 전압(10V)에 가까워집니다.
• 스위치(SW1) 고장 (항상 ON): 스위치가 항상 ON 상태로 고정되면 트랜지스터 베이스에 항상 전류가 흘러 트랜지스터가 항상 작동하게 됩니다.
• 전원(BT1, BT2) 불안정: 전압이 불안정하거나 예상과 다르면 회로 작동에 영향을 줄 수 있습니다. 특히 BT1 전압이 9V에 가까우면 출력 전압이 9V로 고정될 수 있습니다.
• 회로 배선 오류: 회로 배선이 잘못되면 의도하지 않은 경로로 전류가 흘러 출력 전압이 고정될 수 있습니다.

3. 추가 확인 사항:

• 회로의 다른 부분에 단락(쇼트)이 발생했는지 확인합니다.
• 회로에 사용된 부품들의 데이터시트를 참고하여 정격 전압 및 전류를 확인합니다.
• 오실로스코프를 사용하여 각 지점의 전압 파형을 확인하면 문제 해결에 도움이 될 수 있습니다.

9. 다음 회로에서 전류가 0.1A일 때 저항 X는 얼마인가?(5점)

제시된 회로는 전압원(BT3)과 R1 저항이 직렬로 연결되어 있고, R2부터 R6까지의 저항이 병렬로 연결된 회로입니다. 이 회로에서 전류가 0.1A일 때 R6 저항(X)의 값을 계산하는 방법을 설명해 드리겠습니다.

1. 회로 분석:

• 전압 (BT3): 10V
• 전류 (I): 0.1A
• 저항 (R1): 60Ω
• 저항 (R2): 500Ω
• 저항 (R3): 300Ω
• 저항 (R4): 200Ω
• 저항 (R5): 150Ω
• 저항 (R6): X (계산해야 할 값)

2. 전체 저항 계산:

• 옴의 법칙(V = IR)을 사용하여 전체 저항(R_total)을 계산합니다.
  • R_total = V / I = 10V / 0.1A = 100Ω

3. 병렬 저항 계산:

• R1을 제외한 나머지 저항들의 병렬 저항(R_parallel)을 계산합니다.
  • R_parallel = R_total - R1 = 100Ω - 60Ω = 40Ω

4. 병렬 저항 공식 적용:

• 병렬 저항 공식은 다음과 같습니다.
  • 1/R_parallel = 1/R2 + 1/R3 + 1/R4 + 1/R5 + 1/R6
• 위 공식에 주어진 값들을 대입합니다.
  • 1/40 = 1/500 + 1/300 + 1/200 + 1/150 + 1/X

5. R6 저항값 계산:

• 위 방정식을 풀어서 X를 계산합니다.
  • 1/X = 1/40 - 1/500 - 1/300 - 1/200 - 1/150
  • 1/X = 0.025 - 0.002 - 0.00333 - 0.005 - 0.00667
  • 1/X = 0.008
  • X = 1 / 0.008 = 125Ω

결론:

• R6 저항(X)의 값은 125Ω입니다.