제 114회 전자응용기술사 시험문제

국가기술자격 기술사 시험문제
기술사 제 114 회
전기·전자 자격종목 전자응용기술사 수험
제 1 교시 (시험시간: 100분)
 ※ 다음 문제 중 10문제를 선택하여 설명하시오. (각10점)

1. 정전압 다이오드(Zener Diode)의 원리
정전압 다이오드는 역방향 전압이 특정 전압을 넘어가면 전류가 급격히 증가하여 전압을 일정하게 유지하는 역할을 하는 반도체 소자입니다.
정전압 다이오드는 일반적인 다이오드와는 달리 역방향 전압에서도 동작하며, 정전압 다이오드의 특징은 다음과 같습니다.
역방향 전압에서 동작: 정전압 다이오드는 역방향 전압이 특정 전압(Vz)을 넘어가면 전류가 급격히 증가하여 전압을 일정하게 유지합니다.
정전압 유지: 정전압 다이오드는 전압이 일정하게 유지되는데, 이는 다이오드의 내부 구조와 레지스터의 조합에 의해 결정됩니다.
안정화 역할: 정전압 다이오드는 회로에서 전압을 안정화하는 역할을 하며, 전원 회로나 전압 안정화 회로 등에 사용됩니다.
따라서 정전압 다이오드는 전압을 일정하게 유지하는 역할을 하기 때문에 안정화 회로나 전압 제어 회로 등에서 널리 사용되고 있습니다.

2. SSD(Solid State Disk)
SSD는 Solid State Disk의 약자로, 전통적인 하드 디스크 드라이브(HDD)와는 다른 형태의 데이터 저장 장치입니다. SSD는 플래시 메모리 칩을 사용하여 데이터를 저장하고, 회전하는 디스크나 움직이는 부품이 없기 때문에 더 빠르고 신속하며 내구성이 뛰어납니다.
SSD의 장점은 다음과 같습니다:
빠른 속도: SSD는 HDD보다 읽기/쓰기 속도가 빠릅니다. 이는 데이터에 접근하는 시간이 더 짧기 때문에 발생하는 것입니다.
내구성: SSD는 회전하는 디스크나 움직이는 부품이 없기 때문에 충격이나 진동에 강하며, 더 오랜 시간 동안 사용할 수 있습니다.
에너지 효율성: SSD는 전력 소비가 적기 때문에 노트북이나 태블릿 등의 이동형 장치에 적합합니다.
소음이 없음: HDD는 회전하는 디스크로 인해 소음이 발생할 수 있지만, SSD는 무소음으로 작동합니다.
SSD는 주로 컴퓨터나 노트북의 운영체제를 설치하거나 프로그램을 실행하는 데 사용되며, 최근에는 게임 콘솔이나 서버 등 다양한 분야에서도 사용되고 있습니다.

3.교류신호증폭기에서결합용커패시터(Coupling Capacitor)와측로용커패시터(Bypass Capacitor)의 용도
교류신호증폭기에서 결합용 커패시터와 측로용 커패시터는 각각 다음과 같은 역할을 합니다:

결합용 커패시터(Coupling Capacitor):
결합용 커패시터는 입력 신호와 출력 신호를 전달하는 역할을 합니다. 즉, 입력 신호를 증폭기로 전달하고 증폭된 출력 신호를 다음 단계로 전달하는 역할을 합니다. 이를 통해 DC 신호를 차단하고 AC 신호만을 전달하여 증폭기의 동작을 안정화시킵니다. 결합용 커패시터는 입력 신호의 DC 오프셋을 제거하고 증폭기의 입력 임피던스를 일정하게 유지하는 역할도 합니다.

측로용 커패시터(Bypass Capacitor):
측로용 커패시터는 증폭기 회로에서 발생하는 노이즈나 고주파 신호를 차단하여 안정화시키는 역할을 합니다. 즉, 측로용 커패시터는 전원 회로에서 발생하는 노이즈나 스파이크를 차단하여 증폭기의 안정성을 유지하고 고주파 신호를 제거하여 원하는 주파수 대역의 신호만을 증폭하는 역할을 합니다. 이를 통해 증폭기의 성능을 향상시키고 불필요한 신호를 차단하여 출력 신호의 품질을 향상시킵니다.

따라서, 결합용 커패시터와 측로용 커패시터는 교류신호증폭기에서 각각 입력 신호의 전달과 안정화, 출력 신호의 안정화와 품질 향상을 위해 중요한 역할을 합니다.

4. 열전효과
열전효과(Seebeck effect)는 두 종류의 다른 금속이나 반도체 물질을 연결하여 열적 차이를 가하면 전기적인 에너지가 발생하는 현상을 말합니다. 이러한 현상은 열전대(thermocouple)라고 불리는 장치에서 주로 사용되며, 온도 측정이나 열 전달 등 다양한 응용 분야에서 활용됩니다.

열전효과는 물질의 전기적 특성과 열적 특성 사이의 상호작용으로 발생합니다. 두 물질 사이에 열적 차이가 발생하면, 물질 내의 자유 전자들이 열 에너지를 흡수하거나 방출하면서 전자의 운동 에너지가 변화하게 됩니다. 이 때, 전자의 운동 에너지의 변화는 전기적인 에너지로 변환되어 전기적인 전압이 발생하게 됩니다.

열전효과를 이용한 열전대는 두 종류의 다른 물질을 연결하여 열적 차이를 측정하고 이를 전기적인 신호로 변환하여 온도를 측정하는데 사용됩니다. 이러한 열전대는 고온이나 저온에서의 온도 측정이 필요한 다양한 산업 분야나 실험 연구에서 널리 사용되며, 정확한 온도 측정을 위한 중요한 도구로 활용됩니다.

5. 반도체 제조공정에서 플라즈마 식각 (Plasma Etching)
반도체 제조 공정에서 플라즈마 식각(Plasma Etching)은 반도체 소자의 미세한 패턴을 형성하기 위해 사용되는 공정 중 하나입니다. 이 공정은 반도체 소자의 표면에 마스크를 이용하여 원하는 패턴을 만들고, 이를 이용하여 반도체 소자의 불필요한 부분을 제거하는 과정입니다.

플라즈마 식각은 기존의 화학적 식각 방법에 비해 더 정밀하고 빠른 공정을 제공합니다. 이 공정은 플라즈마라 불리는 가스 상태의 이온화된 입자들을 이용하여 반도체 소자의 표면을 산화시키거나 제거하는 방식으로 작동합니다. 플라즈마는 전기적으로 충전된 가스를 가열하여 생성되며, 이를 이용하여 반도체 소자의 표면을 공격하는데 사용됩니다.

플라즈마 식각은 반도체 소자의 미세한 패턴을 형성하는 데 중요한 역할을 합니다. 이를 통해 반도체 소자의 성능을 향상시키고, 더 높은 집적도와 더 빠른 속도를 갖는 반도체 소자를 제조할 수 있습니다. 또한, 플라즈마 식각은 반도체 제조 공정에서 필수적인 단계 중 하나로 인정받고 있으며, 현대 반도체 산업에서 널리 사용되고 있습니다.

6. 디스플레이 등에 사용되는 투명전극(Transparent Electrode)의 종류 및 특성
투명전극은 전기를 전달하면서도 빛을 투과시킬 수 있는 소재로, 주로 디스플레이, 태양전지, 터치스크린 등 다양한 전자기기에서 사용됩니다. 다양한 종류의 투명전극이 있으며, 주요한 종류와 특성은 다음과 같습니다:

인더이움-테이남-옥사이드 (Indium Tin Oxide, ITO): ITO는 가장 널리 사용되는 투명전극 소재로, 투명도가 높고 전기 전도성이 우수합니다. 또한, 유연성이 있어서 다양한 형태로 제작할 수 있습니다. 그러나 인더이움의 고가격과 한정된 자원으로 인해 비용이 높을 수 있습니다.

금속 나노와이어 (Metal Nanowires): 금속 나노와이어는 금속 나노 입자를 이용하여 제작된 투명전극으로, 전기 전도성이 뛰어나고 유연성이 있습니다. 또한, 비교적 저렴하게 제작할 수 있어서 인기가 있습니다. 그러나 투명도가 낮을 수 있고, 금속의 산화로 인한 안정성 문제가 있을 수 있습니다.

탄소나노튜브 (Carbon Nanotubes): 탄소나노튜브는 탄소 원자로 이루어진 나노구조물로, 뛰어난 전기 전도성과 유연성을 가지고 있습니다. 또한, 투명도가 높고 환경 친화적인 소재로 인기가 있습니다. 그러나 제조과정이 복잡하고 비용이 높을 수 있습니다.

금속산화물 (Metal Oxides): 다양한 금속산화물이 투명전극으로 사용될 수 있으며, 각각의 특성에 따라 다양한 용도에 적합합니다. 예를 들어, 이산화바나듐 (Vanadium Dioxide)는 전기적으로 변화할 수 있는 특성을 가지고 있어 스마트 윈도우 등에 사용될 수 있습니다.

이외에도 그래핀, 실버 나노와이어, 실버 나노 입자 등 다양한 소재가 투명전극으로 사용될 수 있습니다. 각 소재마다 특성과 용도에 따라 선택되며, 연구와 기술 발전을 통해 더욱 발전된 투명전극 소재가 개발되고 있습니다.

7. 비디오 압축 기술
비디오 압축 기술은 디지털 비디오 데이터를 압축하여 저장 공간을 절약하거나 전송 대역폭을 줄이는 기술을 말합니다. 비디오 파일은 많은 양의 데이터를 포함하고 있기 때문에 압축 기술은 매우 중요합니다. 주요한 비디오 압축 기술은 다음과 같습니다:

MPEG (Moving Picture Experts Group): MPEG는 비디오 및 오디오 데이터를 압축하는 국제 표준화 기구로, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, MPEG-7, MPEG-21 등 다양한 표준이 개발되었습니다. MPEG-2는 DVD나 디지털 방송에서 사용되며, MPEG-4는 온라인 비디오 스트리밍이나 모바일 디바이스에서 사용됩니다.

H.264/AVC (Advanced Video Coding): H.264는 MPEG-4 Part 10으로도 알려져 있으며, 고화질 비디오를 효율적으로 압축하는 데 사용됩니다. H.264는 높은 압축률과 좋은 화질을 제공하며, 온라인 비디오 스트리밍, 디지털 방송, Blu-ray 디스크 등에서 널리 사용됩니다.

HEVC (High Efficiency Video Coding): HEVC는 H.265으로도 알려져 있으며, H.264의 후속 표준으로 개발되었습니다. HEVC는 더 높은 압축률을 제공하고, 더 나은 화질을 유지하면서도 더 적은 대역폭을 사용합니다. HEVC는 4K UHD 비디오, 온라인 비디오 스트리밍, 디지털 방송 등에서 사용됩니다.

VP9: VP9는 구글이 개발한 비디오 코덱으로, 높은 효율성과 품질을 제공합니다. VP9는 YouTube 등에서 사용되며, 무료로 이용할 수 있어 인기가 있습니다.

AV1: AV1은 Alliance for Open Media에서 개발한 오픈소스 비디오 코덱으로, 높은 효율성과 품질을 제공합니다. AV1은 Netflix, YouTube, Amazon Prime Video 등에서 사용되고 있습니다.

이외에도 다양한 비디오 압축 기술이 개발되고 있으며, 새로운 기술이 계속해서 등장하고 있습니다. 이러한 기술들은 더 나은 화질과 더 효율적인 압축을 제공하여 사용자들에게 더 나은 비디오 시청 경험을 제공하고 있습니다.

8. 에너지 하베스팅(Energy Harvesting)의 종류, 동작원리, 응용
에너지 하베스팅(Energy Harvesting)은 주변 환경에서 에너지를 수집하여 전기 에너지로 변환하는 기술을 말합니다. 이 기술은 주로 작은 전자 기기나 센서들에 사용되며, 배터리 교체나 충전을 줄여 에너지 효율성을 향상시키는 데 도움을 줍니다. 에너지 하베스팅의 주요 종류, 동작 원리, 그리고 응용 분야는 다음과 같습니다:

종류:
태양 에너지 하베스팅: 태양 광선을 수집하여 태양 전지를 통해 전기 에너지로 변환하는 방식입니다.
진동 에너지 하베스팅: 기계적인 진동이나 충격을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 방식입니다.
열 에너지 하베스팅: 열을 이용하여 열전지나 열전도체를 통해 전기 에너지로 변환하는 방식입니다.
RF(Radio Frequency) 에너지 하베스팅: 주변의 무선 신호나 전파를 수집하여 전기 에너지로 변환하는 방식입니다.
동작 원리:
에너지 소스로부터 에너지를 수집하는 센서나 장치를 사용하여 에너지를 수집합니다.
수집된 에너지는 에너지 변환 장치를 통해 전기 에너지로 변환됩니다.
변환된 전기 에너지는 저장 장치에 저장되거나 직접 전자 기기에 공급됩니다.
응용 분야:
웨어러블 기기: 웨어러블 기기는 작고 가벼운 디자인이 필요하기 때문에 에너지 하베스팅 기술이 많이 사용됩니다.
센서 네트워크: 센서 네트워크는 배터리 교체나 충전이 어려운 환경에서 에너지 하베스팅을 통해 에너지를 공급받습니다.
구조 건축물: 건축물의 진동이나 열을 이용하여 에너지를 수집하여 건물 내 전기 에너지를 공급하는 기술이 개발되고 있습니다.
에너지 하베스팅 기술은 점점 더 발전하고 있으며, 더 많은 응용 분야에서 사용될 것으로 예상됩니다. 이 기술은 환경 친화적이고 에너지 효율적인 솔루션을 제공하여 미래의 전자 기기 및 시스템에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.

9. 스마트폰에 사용되는 센서 종류를 4가지 이상
스마트폰에는 다양한 센서가 내장되어 있습니다. 주로 사용되는 센서의 종류 중 4가지는 다음과 같습니다:

가속도계 센서 (Accelerometer): 가속도계 센서는 스마트폰의 움직임을 감지하는 역할을 합니다. 이 센서는 스마트폰의 방향을 감지하거나 화면 회전을 제어하는 데 사용됩니다.

자이로스코프 센서 (Gyroscope): 자이로스코프 센서는 스마트폰의 회전 속도를 측정하는 역할을 합니다. 이 센서는 게임이나 가상 현실(VR) 애플리케이션에서 사용되어 사용자의 동작을 추적하거나 제어하는 데 활용됩니다.

근접 센서 (Proximity Sensor): 근접 센서는 스마트폰이 얼굴이나 다른 물체와의 접촉을 감지하는 역할을 합니다. 이 센서는 통화 중에 화면을 자동으로 꺼지게 하거나 화면 밝기를 조절하는 데 사용됩니다.

주변광 센서 (Ambient Light Sensor): 주변광 센서는 주변 환경의 밝기를 감지하여 화면 밝기를 조절하는 데 사용됩니다. 이 센서는 스마트폰의 배터리 수명을 연장하고 사용자의 시력을 보호하는 데 도움을 줍니다.

이외에도 스마트폰에는 지문 인식 센서, 기압계 센서, 온도 센서 등 다양한 센서가 내장되어 있어 다양한 기능을 제공하고 있습니다.

10. 3D 프린팅(Printing)
3D 프린팅은 3차원 디지털 모델을 사용하여 실제 물체를 생성하는 공정을 말합니다. 이 기술은 레이어 단위로 소재를 쌓아 올려가면서 원하는 형태의 물체를 만들어내는 방식으로 작동합니다. 3D 프린팅은 다양한 산업 분야에서 사용되며, 제조업, 의료, 건축, 자동차, 항공우주 등 다양한 분야에서 혁신적인 솔루션을 제공하고 있습니다.

3D 프린팅의 주요 장점은 다음과 같습니다:

맞춤형 제품 제작: 3D 프린팅 기술을 사용하면 고객의 요구에 맞게 맞춤형 제품을 제작할 수 있습니다. 이는 제품의 개인화와 맞춤형 제작이 필요한 분야에서 매우 유용합니다.

빠른 프로토타입 제작: 제품 개발 과정에서 프로토타입을 빠르게 제작하여 테스트하고 수정할 수 있습니다. 이는 제품 개발 주기를 단축시키고 비용을 절감하는 데 도움이 됩니다.

복잡한 구조 제작: 3D 프린팅은 복잡한 형태나 내부 구조를 가진 물체도 쉽게 제작할 수 있습니다. 이는 기존의 제조 방법으로는 어려운 디자인을 구현하는 데 유용합니다.

지속 가능한 생산: 3D 프린팅은 필요한 소재만 사용하여 낭비를 최소화하고 생산 과정을 지속 가능하게 만들어줍니다. 또한 지역 생산을 통해 운송 비용을 절감할 수 있습니다.

3D 프린팅 기술은 계속 발전하고 있으며, 더 많은 산업 분야에서 활용될 것으로 기대됩니다.

11. EMI(Electro Magnetic Interference)
EMI(Electro Magnetic Interference)는 전자기 장애물로, 전자기장이 다른 장치나 시스템의 정상적인 작동을 방해하는 현상을 말합니다. 이는 전자기파가 전자기장을 통해 전달되어 다른 장치나 시스템에 영향을 줄 수 있습니다.

EMI는 주로 전자기파를 방출하는 장치나 시스템이 인근에 위치한 다른 장치나 시스템에 영향을 미치는 경우 발생합니다. 예를 들어, 라디오, 텔레비전, 무선 통신 장치, 전자기장을 발생시키는 전자기기 등이 EMI의 원인이 될 수 있습니다.

EMI는 전자기파의 주파수, 세기, 방향 등에 따라 다양한 형태로 나타날 수 있습니다. 이는 전자기파가 다른 장치나 시스템에 간섭을 일으키는 것으로 나타나며, 이로 인해 장치나 시스템의 성능이 저하되거나 오작동을 일으킬 수 있습니다.

EMI를 방지하기 위해서는 적절한 전자기파 차폐 장치나 필터링 장치를 사용하거나 전자기파 방출을 최소화하는 설계를 고려해야 합니다. 또한, 적절한 전자기파 테스트를 통해 장치나 시스템이 EMI에 민감한지를 확인하고 대비책을 마련하는 것이 중요합니다.

12. Op-Amp 미분기 회로를 도시하고, 출력전압(Vo)을 구하는 공식을 기술
Op-Amp 미분기 회로는 다음과 같이 도시됩니다:


여기서 Vin은 입력 전압, Vo는 출력 전압, R1과 R2는 저항값을 나타냅니다.
Op-Amp 미분기 회로의 출력 전압 Vo는 다음과 같이 구할 수 있습니다:

Vo = - (R2 / R1) * Vin

이때, R2는 피드백 저항, R1은 입력 저항을 나타냅니다. Op-Amp 미분기 회로는 입력 전압의 변화율에 비례하여 출력 전압을 생성하는 회로로, 미분 연산을 수행하는데 사용됩니다.

13. 아래 [그림 1]의 비교기 회로에서 입력파형(Vin)이 [그림 2]와 같이 주어질 때 출력파형(Vout)을 도시

 
국가기술자격 기술사 시험문제
기술사 제 114 회 
전기·전자 자격종목 전자응용기술사 수험
제 2 교시 (시험시간: 100분)
※ 다음 문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각25점)

1. 반도체 산업에서 팹리스(Fabless)와 파운드리(Foundry)를 비교 설명하시오.
팹리스(Fabless) 기업과 파운드리(Foundry) 기업은 반도체 산업에서 중요한 역할을 하는 두 가지 유형의 기업입니다. 이 두 유형의 기업을 비교하면 다음과 같은 차이점이 있습니다:

팹리스(Fabless) 기업:
팹리스 기업은 직접 반도체 칩을 제조하지 않고, 디자인 및 개발에 집중하는 기업입니다.
팹리스 기업은 반도체 디자인 및 개발에 전문화되어 있으며, 다양한 제품을 디자인하고 시장에 출시합니다.
팹리스 기업은 디자인만을 담당하고, 실제 반도체 생산은 파운드리 기업에 의존합니다.

파운드리(Foundry) 기업:
파운드리 기업은 반도체 칩을 생산하는 전문 제조업체입니다.
파운드리 기업은 다양한 고객사의 디자인을 바탕으로 반도체 칩을 대량 생산합니다.
파운드리 기업은 생산 라인 및 생산 기술에 특화되어 있으며, 고객사의 요구에 맞춰 생산 능력을 제공합니다.
따라서, 팹리스 기업은 디자인 및 개발에 집중하고 생산을 외부 파운드리 기업에 위탁하는 반면, 파운드리 기업은 생산에 특화되어 있어 다양한 고객사의 생산 요구를 충족시키는 역할을 합니다. 두 기업은 서로 협력하여 반도체 산업의 발전에 기여하고 있습니다.

2. 마이크로 LED에 대하여 설명하시오.
마이크로 LED는 LED(발광 다이오드) 기술의 한 종류로, 매우 작은 크기의 LED 칩을 의미합니다. 일반적인 LED보다 훨씬 작은 크기를 가지고 있어서 더 높은 해상도와 밝기를 제공할 수 있습니다. 마이크로 LED 기술은 주로 디스플레이 및 조명 분야에서 사용되며, 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다:

고해상도: 마이크로 LED는 매우 작은 크기의 LED 칩을 사용하기 때문에 고해상도 디스플레이를 구현할 수 있습니다. 이는 더 선명하고 세밀한 화면을 제공할 수 있게 해줍니다.

높은 밝기: 마이크로 LED는 높은 밝기를 제공할 수 있어서 야외에서도 잘 보이는 디스플레이를 구현할 수 있습니다. 또한, 색감 표현이 우수하여 생생한 이미지를 제공할 수 있습니다.

낮은 전력 소비: 마이크로 LED는 일반적인 LCD나 OLED 디스플레이보다 낮은 전력을 소비하며, 더 효율적으로 에너지를 사용할 수 있습니다.

긴 수명: 마이크로 LED는 LED 기술을 기반으로 하기 때문에 수명이 길고 내구성이 뛰어납니다. 이는 장시간 사용해도 성능이 변하지 않고 일관된 화질을 유지할 수 있게 해줍니다.

마이크로 LED 기술은 현재 주로 스마트폰, TV, 모니터, AR/VR 디바이스 등 다양한 전자제품에 적용되고 있으며, 앞으로 더 많은 분야에서 활용될 것으로 예상됩니다.

3. 광통신에서 광 다중화(Optical Multiplexing) 기술의 장점 및 방식에 대하여 기술하시오.
광 다중화는 광통신에서 여러 개의 데이터 신호를 하나의 광섬유를 통해 전송하는 기술로, 대역폭을 효율적으로 활용하여 통신 성능을 향상시키는데 사용됩니다. 광 다중화 기술의 주요 장점과 방식은 다음과 같습니다:

장점:
대역폭 효율성: 광 다중화를 사용하면 여러 개의 데이터 신호를 하나의 광섬유를 통해 전송할 수 있기 때문에 대역폭을 효율적으로 활용할 수 있습니다. 이는 더 많은 데이터를 빠르게 전송할 수 있게 해줍니다.
비용 효율성: 광섬유를 추가로 설치하지 않고도 여러 개의 데이터를 전송할 수 있기 때문에 시스템 구축 및 유지보수 비용을 절감할 수 있습니다.
신호 간섭 방지: 광 다중화를 사용하면 각각의 데이터 신호가 서로 간섭 없이 전송될 수 있기 때문에 품질이 향상되고 신뢰성이 높아집니다.

방식:
시분할 다중화(TDM, Time Division Multiplexing): 여러 개의 데이터 신호를 시간적으로 분할하여 광섬유를 통해 전송하는 방식입니다. 각 데이터 신호는 정해진 시간 슬롯에 할당되어 전송되며, 수신측에서는 각 신호를 시간적으로 분리하여 복원합니다.
파장 다중화(WDM, Wavelength Division Multiplexing): 여러 개의 데이터 신호를 서로 다른 파장의 광섬유를 통해 전송하는 방식입니다. 각 데이터 신호는 고유한 파장을 가지고 있어 서로 간섭 없이 전송됩니다. 수신측에서는 각 파장을 분리하여 복원합니다.
공간 다중화(SDM, Space Division Multiplexing): 여러 개의 데이터 신호를 광섬유의 여러 개의 코어나 모드를 이용하여 전송하는 방식입니다. 이는 광섬유 내부의 다양한 공간을 활용하여 데이터를 병렬로 전송함으로써 대역폭을 효율적으로 활용할 수 있습니다.

4. 시스템온칩(SoC: System on Chip)의 정의 및 구성, 응용분야에 대하여 설명하시오.
시스템온칩(SoC: System on Chip)은 하나의 칩 안에 전체 시스템을 통합한 집적회로를 말합니다. 즉, CPU, GPU, 메모리, 입출력 장치, 통신 모듈 등 다양한 하드웨어 구성 요소들을 하나의 칩 안에 통합하여 제작하는 기술입니다.

SoC의 구성 요소는 다음과 같습니다:

중앙처리장치(CPU): 주로 ARM, Intel, AMD 등의 프로세서가 사용됩니다.
그래픽처리장치(GPU): 그래픽 처리를 담당하는 장치로, 게임 콘솔, 스마트폰, 태블릿 등에서 사용됩니다.
메모리: RAM, ROM, 플래시 메모리 등이 포함됩니다.
입출력 장치: USB, HDMI, 이더넷, 블루투스, 와이파이 등의 인터페이스가 포함됩니다.
통신 모듈: LTE, 5G, GPS, NFC 등의 통신 모듈이 포함됩니다.
응용분야:

모바일 기기: 스마트폰, 태블릿, 노트북 등의 모바일 기기에서 SoC 기술이 널리 사용됩니다. 작고 가벼운 디바이스에 고성능의 하드웨어를 통합하여 전력 소모를 줄이고 성능을 향상시킵니다.
임베디드 시스템: IoT 기기, 스마트홈 기기, 자율주행차 등의 임베디드 시스템에서 SoC 기술이 활용됩니다. 작고 저전력 소모가 필요한 임베디드 시스템에 적합한 솔루션을 제공합니다.
네트워크 장비: 라우터, 스위치, 네트워크 카드 등의 네트워크 장비에서 SoC 기술이 사용됩니다. 고성능의 네트워크 장비를 제작하고 네트워크 성능을 향상시킵니다.
자동차 시스템: 자동차 내부의 정보통신 시스템, 제어 시스템, ADAS(첨단 운전자 보조 시스템) 등에서 SoC 기술이 활용됩니다. 안전하고 효율적인 자동차 시스템을 구축하고 운전자의 편의성을 높입니다.

5. 마이크를 사용할 때 음향 하울링(Howling)의 발생원인, 최소화하기 위한 방법에 대하여 설명하시오.
음향 하울링(Howling)은 마이크와 스피커 사이에서 발생하는 음향 피드백으로, 마이크로 입력된 소리가 스피커를 통해 다시 출력되어 마이크로 다시 입력되는 과정에서 발생합니다. 이로 인해 고주파수의 특정 소리가 반복되어 울리는 현상이 발생하게 됩니다.

음향 하울링이 발생하는 주요 원인은 다음과 같습니다:
마이크와 스피커 사이의 물리적 거리가 너무 가까운 경우
마이크와 스피커의 방향이 서로 맞지 않는 경우
마이크의 게인(감도)이 너무 높게 설정된 경우
스피커의 음량이 너무 큰 경우
잡음이 많은 환경에서 사용될 때
음향 하울링을 최소화하기 위한 방법은 다음과 같습니다:

마이크와 스피커 사이의 물리적 거리를 충분히 확보하고, 서로 반대 방향을 향하도록 배치합니다.
마이크의 게인을 적절히 조절하여 너무 높지 않게 설정합니다.
스피커의 음량을 적절히 조절하여 너무 크게 하지 않습니다.
이퀄라이저를 사용하여 특정 주파수를 조절하거나, 노이즈 캔슬링 기술을 활용하여 잡음을 제거합니다.
음향 하울링이 발생하는 환경에서는 방음재나 소음 감소 장치를 사용하여 환경을 개선합니다.
이러한 방법들을 적절히 조합하여 음향 하울링을 최소화하고, 좋은 음질을 유지할 수 있습니다.

6. 아래 그림의 전압분배바이어스 회로에서 직류 컬렉터-이미터 전압(VCE)과 직류 컬렉터
전류(IC)를 구하시오. (단, 전류이득 βDC = 100 이다.)

국가기술자격 기술사 시험문제
기술사 제 114 회
전기·전자 자격종목 전자응용기술사 수험
제 3 교시 (시험시간: 100분)
※ 다음 문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각25점)

1. DSP (Digital Signal Processor)를 설명하시오.
DSP (Digital Signal Processor)는 디지턈 신호를 처리하는데 특화된 마이크로프로세서입니다. DSP는 주로 음성, 영상, 통신 및 제어 시스템에서 사용되며, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호를 처리하여 원하는 결과를 얻는데 사용됩니다.

DSP는 고속의 산술 연산을 수행할 수 있도록 설계되어 있어서 디지털 신호 처리에 효율적으로 사용됩니다. 이를 통해 음성 신호의 압축, 필터링, 변조, 복조, 인식, 인식 및 제어 등 다양한 신호 처리 작업을 수행할 수 있습니다.

DSP는 일반적으로 실시간 처리가 요구되는 응용 분야에서 많이 사용되며, 디지털 카메라, 음향 장비, 통신 장비, 음악 장비, 자동차 제어 시스템 등 다양한 분야에서 활용됩니다. DSP는 소형이면서도 고성능이며 저전력 소비를 특징으로 하기 때문에 이러한 분야에서 많이 사용되고 있습니다.

2. GaN과 같은 반도체를 사용하는 SSPA(Solid State Power Amplifier) 방식의 전력증폭기가 TWT(Traveling Wave Tube)와 같은 진공관 방식의 전력증폭기에 비해 가지는 장점을 설명하시오.
SSPA (Solid State Power Amplifier)는 GaN (Gallium Nitride)과 같은 반도체 소자를 사용하여 전력을 증폭하는 방식의 전력증폭기입니다. 이와 비교하여 TWT (Traveling Wave Tube)와 같은 진공관 방식의 전력증폭기에는 다음과 같은 장점이 있습니다:

효율성: SSPA는 진공관 방식에 비해 높은 전력 변환 효율을 가지고 있습니다. 반도체 소자를 사용하기 때문에 전력 손실이 적고, 전력을 효율적으로 증폭할 수 있습니다.

내구성: SSPA는 진공관에 비해 내구성이 뛰어납니다. 진공관은 내부에 유리 진공관이 존재하기 때문에 충격이나 진동에 취약하며 수명이 제한되는 반면, SSPA는 반도체 소자를 사용하여 내구성이 뛰어나고 오랜 시간 동안 안정적으로 작동할 수 있습니다.

크기와 무게: SSPA는 진공관에 비해 작고 가벼운 디자인을 가지고 있습니다. 이는 공간이 제한된 환경이나 이동성이 요구되는 장비에 적합하며, 설치 및 유지보수가 용이합니다.

신뢰성: SSPA는 진공관에 비해 더 높은 신뢰성을 제공합니다. 반도체 소자는 진공관에 비해 더 적은 고장률을 가지고 있으며, 오랜 시간 동안 안정적으로 작동할 수 있습니다.

냉각 요구: SSPA는 진공관에 비해 냉각 요구가 적습니다. 반도체 소자는 열을 덜 발생시키기 때문에 냉각 시스템이 간단하고 비용이 적게 들어갑니다.

이러한 장점들로 인해 SSPA는 다양한 응용 분야에서 TWT보다 선호되며, 특히 고주파 통신, 위성 통신, 레이다 및 방송 시스템 등에서 널리 사용되고 있습니다.

3. 조명용 LED에서 백색(White Color)을 구현하는 방식 중 2가지를 설명하시오.
RGB 조합: RGB LED는 빨강(Red), 녹색(Green), 파랑(Blue) 세 가지 색상의 LED를 하나의 패키지에 결합한 LED로, 이 세 가지 색을 조합하여 다양한 색상을 표현할 수 있습니다. 백색을 표현하기 위해서는 빨강, 녹색, 파랑 LED를 모두 켜는 방식으로 백색을 만들어냅니다. 각 색상의 밝기를 조절하여 다양한 백색 톤을 표현할 수 있습니다. 이 방식은 색상 표현이 정교하고 다양한 색상을 표현할 수 있으며, 에너지 소비가 낮고 효율적입니다.

Phosphor Coating: 이 방식은 푸른 LED에 인공 광물인 인광체(Phosphor)를 코팅하여 백색 빛을 만들어내는 방식입니다. 푸른 LED가 발하는 빛이 인광체에 의해 변환되어 백색 빛을 발산하게 됩니다. 이 방식은 RGB 조합에 비해 단순하고 비용이 저렴하며, 일반적으로 사용되는 LED 조명 제품에서 많이 사용됩니다. 그러나 색상 표현이 다소 제한적일 수 있고, 색상 안정성이 낮을 수 있습니다.

이러한 두 가지 방식을 조합하여 사용하는 경우도 있으며, LED 조명 기술의 발전으로 더욱 다양하고 효율적인 백색 LED 조명이 개발되고 있습니다.

4. 자율주행자동차(Autonomous Car)의 핵심부품이라고 할 수 있는 라이다(LiDAR)에 대하여 설명하시오.
라이다(LiDAR)는 레이저를 이용하여 주변 환경을 스캔하고 거리를 측정하는 기술로, 자율주행자동차에서 중요한 역할을 하는 센서 중 하나입니다. 라이다는 Light Detection and Ranging의 약자로, 레이저를 이용하여 주변 환경의 거리와 형태를 정밀하게 측정할 수 있습니다.

라이다는 자동차 주변의 장애물, 도로 상황, 차선 등을 실시간으로 감지하고 분석하여 자율주행 시스템이 주행 경로를 결정하는 데 사용됩니다. 레이저 빔을 발사하여 주변 환경에 반사된 빛을 다시 수신하여 거리를 측정하고 3차원 지도를 생성합니다. 이를 통해 자율주행차는 주변 환경을 정확하게 파악하고 안전한 주행을 할 수 있습니다.

라이다는 다양한 종류와 성능이 있으며, 장거리 라이다, 단거리 라이다, 360도 회전 라이다 등 다양한 형태로 사용됩니다. 최근에는 라이다의 성능이 향상되면서 더욱 정밀하고 신뢰성 높은 자율주행 기술이 발전하고 있습니다. 라이다는 자율주행자동차의 안전성과 성능을 향상시키는 핵심 부품 중 하나로 자리 잡고 있습니다.

5. 플렉서블(Flexible) OLED 상용화를 위해 개발되고 있는 중요한 기술 중 기판(Substrate)기술 및 봉지(Encapsulation)기술에 대하여 설명하시오.
플렉서블 OLED는 유연한 기판과 봉지 기술을 사용하여 제조되는 OLED 디스플레이로, 고정된 형태가 아닌 구부러지거나 굽힐 수 있는 특징을 가지고 있습니다. 이를 가능하게 하는 핵심 기술로는 기판 기술과 봉지 기술이 있습니다.

기판(Substrate) 기술: 기판은 OLED 디스플레이의 기본 구조를 형성하는 중요한 요소로, 플렉서블 OLED에서는 유연한 기판이 필요합니다. 기존의 유리 기판 대신 플라스틱이나 금속 같은 유연한 소재를 사용하여 디스플레이를 제조합니다. 이러한 유연한 기판은 디스플레이를 구부리거나 굽힐 수 있게 하여 다양한 형태의 디스플레이를 만들 수 있습니다.

봉지(Encapsulation) 기술: OLED는 공기나 수증기와 같은 외부 환경으로부터 보호되어야 합니다. 봉지 기술은 OLED 패널을 보호하고 외부 환경으로부터의 손상을 방지하는 역할을 합니다. 플렉서블 OLED에서는 유연한 봉지 소재를 사용하여 디스플레이를 실리콘으로 봉지하여 보호합니다. 이를 통해 디스플레이의 수명을 연장하고 안정성을 높일 수 있습니다.

기판과 봉지 기술은 플렉서블 OLED의 상용화를 위해 중요한 기술로 개발되고 있으며, 이를 통해 유연하고 고품질의 디스플레이를 제조할 수 있게 됩니다. 이러한 기술의 발전은 휴대폰, 스마트워치, 스마트폰 등 다양한 전자기기에 적용되어 더욱 혁신적인 제품을 만들어내는 데 기여할 것으로 기대됩니다.

6. 아래 그림은 Op Amp를 이용한 D/A 변환기이다. 디지털 입력인 VCC 전압이 5V, Rf = R 이라고 하고, 2° 이 LSB(Least Significant Bit : 최하위 비트), 2³이 MSB (Most Significant Bit : 최상위 비트)라고 할 때 아날로그 출력전압 Vout을 구하시오.

국가기술자격 기술사 시험문제
기술사 제 114 회
전기·전자 자격 종목 전자응용기술사 수험
제 4 교시 (시험시간: 100분)
※ 다음 문제 중 4문제를 선택하여 설명하시오. (각25점)

1. FPGA(Field Programmable Gate Array)를 사용하는 이유를 설명하시오.
FPGA(Field Programmable Gate Array)는 사용자가 프로그램하여 재구성할 수 있는 반도체 장치로, 다양한 디지털 회로를 구현할 수 있는 유연성을 제공합니다. FPGA를 사용하는 이유는 다음과 같습니다:

유연성: FPGA는 사용자가 프로그래밍하여 원하는 디지털 회로를 구현할 수 있는 유연성을 제공합니다. 이는 하드웨어를 재설계하지 않고도 쉽게 디지털 회로를 변경하거나 업데이트할 수 있는 장점을 가지고 있습니다.

고성능: FPGA는 고성능을 제공하는데, 사용자가 원하는 디지털 회로를 하드웨어로 구현하기 때문에 속도와 성능이 뛰어납니다. 또한 병렬 처리를 지원하여 복잡한 계산을 효율적으로 처리할 수 있습니다.

저비용: ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)와 비교하여 개발 비용이 낮고 생산 시간이 짧습니다. 또한 소량 생산이나 프로토타입 제작에 적합하며, 시장에 빠르게 출시할 수 있습니다.

재사용성: FPGA는 프로그래밍을 통해 다양한 디지털 회로를 구현할 수 있기 때문에 재사용성이 높습니다. 한 장치로 여러 가지 용도로 사용할 수 있어 비용을 절감할 수 있습니다.

시스템 통합: FPGA는 다양한 인터페이스와 통신 프로토콜을 지원하며, 다른 하드웨어와 손쉽게 통합할 수 있습니다. 이는 시스템 설계 및 개발을 간편하게 만들어줍니다.

따라서 FPGA는 유연성, 고성능, 저비용, 재사용성, 시스템 통합 등 다양한 장점을 가지고 있어 다양한 응용 분야에서 사용되고 있습니다.

2. 볼로미터(Bolometer) 혹은 마이크로 볼로미터(Micro Bolometer)의 원리 및 응용에 대하여 설명하시오.
볼로미터(Bolometer)는 전자기파(적외선, 레이저, 밀리미터파 등)의 에너지를 감지하고 측정하는 데 사용되는 장치로, 열 감지기의 한 종류입니다. 볼로미터는 열에 민감한 재료로 만들어진 열 감지 요소를 사용하여 전자기파의 에너지를 감지하고 변화된 온도를 측정함으로써 전자기파의 존재를 감지합니다.

마이크로 볼로미터(Micro Bolometer)는 작은 크기의 볼로미터로, 보통 열 감지 요소가 마이크로 스케일로 제작되어 있습니다. 마이크로 볼로미터는 열 감지 요소에 전기적인 전압을 가하고, 전자기파의 에너지로 인해 열이 발생하면 열 감지 요소의 전기적 특성이 변화하게 됩니다. 이 변화된 전기적 특성을 측정하여 전자기파의 존재를 감지하고 측정할 수 있습니다.

볼로미터 및 마이크로 볼로미터는 적외선 카메라, 열화상 카메라, 열 이미징 시스템 등 다양한 분야에서 응용됩니다. 주로 열 이미징 및 열 측정에 사용되며, 산업용 열 이미징, 보안 시스템, 의료 영상 촬영, 환경 모니터링, 자율 주행 자동차 등 다양한 분야에서 활용됩니다. 또한 마이크로 볼로미터는 소형화 및 저가격화가 가능하여 대중적으로 사용되고 있습니다.

3. 스마트폰과 같은 모바일 환경에 적용되는 생체기반 사용자 인증방식을 설명하시오.
생체기반 사용자 인증은 사용자의 생체적인 특징을 활용하여 신원을 확인하는 방식으로, 스마트폰과 같은 모바일 환경에서도 널리 사용되고 있습니다. 주요한 생체기반 사용자 인증 방식으로는 다음과 같은 것들이 있습니다.

지문 인식: 스마트폰의 홈 버튼이나 화면에 내장된 지문 센서를 통해 사용자의 지문을 스캔하여 인증하는 방식입니다. 지문은 개인마다 고유한 패턴을 가지고 있어 높은 보안성을 제공합니다.

얼굴 인식: 전면 카메라를 이용하여 사용자의 얼굴을 스캔하여 인증하는 방식입니다. 최근에는 3D 얼굴 스캐닝 기술을 활용하여 보다 정확한 얼굴 인식이 가능해졌습니다.

홍채 인식: 눈의 홍채 패턴을 스캔하여 사용자를 인증하는 방식으로, 높은 보안성을 제공합니다. 하지만 홍채 스캐닝을 위한 하드웨어가 추가로 필요할 수 있습니다.

음성 인식: 사용자의 음성을 분석하여 신원을 확인하는 방식으로, 음성의 특징을 기반으로 한 보안 기술이 적용됩니다.

이러한 생체기반 사용자 인증 방식은 비밀번호나 패턴과 같은 전통적인 인증 방식보다 더 안전하고 편리하며, 모바일 환경에서도 높은 보안성을 제공하여 사용자를 보호하는 데 도움을 줍니다.

4. 위성통신에서 파라볼라(Parabola) 안테나를 사용하는 이유를 설명하고, 파라볼라 안테나 선택 시 고려사항을 설명하시오.
파라볼라 안테나는 위성통신에서 주로 사용되는 안테나로, 다음과 같은 이유로 선택됩니다.
집중된 전파 수신: 파라볼라 안테나는 곡면 모양을 가지고 있어 수신된 전파를 한 점에 집중시킬 수 있습니다. 이를 통해 전파의 집중된 수신이 가능해지며, 전송되는 신호의 강도를 향상시킵니다.

방사판 특성: 파라볼라 안테나는 방사판 특성을 가지고 있어, 특정 방향으로 전파를 방출하거나 수신할 수 있습니다. 이를 통해 특정 위성과의 통신을 원활하게 할 수 있습니다.

경제적인 설치: 파라볼라 안테나는 비교적 경제적으로 설치할 수 있으며, 작은 크기의 안테나로도 높은 수신 효율을 얻을 수 있습니다.

파라볼라 안테나를 선택할 때 고려해야 할 사항은 다음과 같습니다.
크기와 방향: 파라볼라 안테나의 크기와 방향은 수신 및 송신 성능에 영향을 미치므로, 특정 용도에 맞는 적절한 크기와 방향을 선택해야 합니다.

주파수 대역: 파라볼라 안테나는 특정 주파수 대역에서 최적의 성능을 발휘하므로, 사용하고자 하는 주파수 대역에 맞는 안테나를 선택해야 합니다.

환경 조건: 안테나를 설치할 환경의 조건(예: 날씨, 지형 등)을 고려하여 안테나의 내구성과 안정성을 고려해야 합니다.
이러한 고려사항을 고려하여 적절한 파라볼라 안테나를 선택하면, 위성통신에서 높은 품질의 통신을 구축할 수 있습니다.

5. 스마트폰의 전지로 사용되고 있는 리튬이온전지(Li-Ion Battery)의 4대 구성요소(소재부품)를 쓰고, 각각의 역할을 설명하시오.
리튬이온전지(Li-Ion Battery)는 다음과 같은 4대 구성요소로 이루어져 있습니다.

양극(Positive Electrode): 양극은 주로 리튬 코발트산화물(LiCoO2)이나 리튬철인산화물(LiFePO4)과 같은 리튬 화합물로 구성되어 있습니다. 양극은 리튬 이온을 수용하여 전지에 에너지를 축적하는 역할을 합니다.

음극(Negative Electrode): 음극은 주로 탄소(그래핀)로 구성되어 있습니다. 음극은 리튬 이온을 방출하여 전지에서 에너지를 방출하는 역할을 합니다.

전해질(Electrolyte): 전해질은 리튬 염화물과 유기 용매로 이루어져 있습니다. 전해질은 양극과 음극 사이에서 리튬 이온의 이동을 용이하게 하고 전기를 전도하는 역할을 합니다.

분리막(Separator): 분리막은 양극과 음극을 분리하는 역할을 합니다. 분리막은 전기를 전도하면서도 리튬 이온의 이동은 차단하여 단락을 방지합니다.

이렇게 4대 구성요소가 함께 작용하여 리튬이온전지는 충전 및 방전 과정을 반복하면서 에너지를 저장하고 방출하는 역할을 수행합니다. 이를 통해 스마트폰이나 다양한 전자기기에서 사용되는 강력하고 효율적인 전지로 활용되고 있습니다.

6. OLED, LCD와 같은 평판 디스플레이에서 TFT(Thin Film Transistor)를 사용하는 이유를 설명하고, 해상도(화소수)가 증가하거나 화면이 커질수록 고이동도 TFT가 필요한 이유를 설명하시오.
TFT(Thin Film Transistor)는 평판 디스플레이 기술에서 사용되는 중요한 요소로, 각 화소의 전기적인 신호를 제어하여 화면에 이미지를 표시하는 역할을 합니다. TFT를 사용하는 이유는 다음과 같습니다.

TFT는 고해상도 이미지를 표시할 수 있는 능력이 있습니다. TFT는 각 화소에 대한 전기적인 신호를 개별적으로 제어할 수 있기 때문에 고해상도 이미지를 정확하게 표현할 수 있습니다.

TFT는 빠른 반응속도를 제공합니다. TFT는 전기적인 신호를 빠르게 전달하고 반응하는 능력이 있어서 동영상이나 빠른 움직임을 자연스럽게 표현할 수 있습니다.

TFT는 낮은 전력 소비를 가지고 있습니다. TFT는 전기적인 신호를 효율적으로 제어할 수 있어서 전력 소비를 최소화하고 배터리 수명을 연장할 수 있습니다.

화면의 해상도(화소수)가 증가하거나 화면이 커질수록 고이동도 TFT가 필요한 이유는 다음과 같습니다.

해상도가 증가하면 각 화소의 크기가 작아지기 때문에 TFT가 더 세밀하게 작동해야 합니다. 고이동도 TFT는 작은 화소에 대해 정확하고 빠른 전기적인 신호를 제어할 수 있어서 고해상도 이미지를 표현할 수 있습니다.

화면이 커질수록 TFT가 전체적인 화면을 일관되게 제어해야 합니다. 고이동도 TFT는 큰 화면에 대해 전체적으로 일관된 이미지를 표현할 수 있어서 화면의 품질을 유지할 수 있습니다.

따라서, TFT는 고해상도 이미지를 표현하고 빠른 반응속도를 제공하는데 필수적인 요소이며, 해상도가 증가하거나 화면이 커질수록 고이동도 TFT가 더욱 중요해지는 것입니다.