5급 공채 2차

2017년 5급 공채 기술 2차 전자공학

문제 4개 · 50점. 참고 답안·채점 기준은 앱에서 볼 수 있습니다.

제1문 (15점)

5족 원소인 인(P)으로 균일하게 도핑된 N형 실리콘 웨이퍼의 도핑 농도가 N_{{D \,}} = 2.0 \times 10^{{16}} \, \, / cm^{{3}}로 주어졌을 때, 다음 물음에 답하시오. (총 15점)
  1. (1) 평형상태 상온(300K)에서 전자농도(n_{{0}}), 정공농도(p_{{0}}), 페르미 준위(E_{{F}})를 구하시오. (단, n_{{i}} = 1.5 \times 10^{{10}} / cm^{{3}}, {kT} = 0.026 eV, E_{{g}} = 1.12 eV \,라고 가정한다) (3점)
  2. (2) 밴드갭 에너지 다이어그램을 이용하여 E_{{C}} - E_{{F}} \, \, \,를 구하시오. (단, E_{{C}}는 전도대역 최소에너지 준위를 의미한다) (2점)
  3. (3) 전자 이동도 \mu_{{n}} = 1500 \, cm^{{2}} / V \, \, ․ \, \, sec로 주어졌을 때, 전자와 정공에 의한 전기 전도도를 모두 구하시오. (단, q = 1.6 \times 10^{{- 19 \,}} C 이고, 전자와 정공의 평균 자유시간 \tau_{{f}}는 서로 동일하며, 정공의 유효 질량은 전자의 3배라고 가정한다) (10점)

제2문 (20점)

3개의 입력 x, y, z를 갖는 부울 함수 F＝x'y'z＋x'yz＋x'yz'＋xyz'＋xy'z를 회로로 구현하고자 한다. 다음 물음에 답하시오. (단, 단위 구성 요소에 대한 정보는 아래 표와 같으며, 요소간 연결선에 의한 면적과 지연시간은 무시한다) (총 20점)
단위 구성 요소면적지연시간
2-to-1 멀티플렉서(MUX)52
4-to-1 멀티플렉서(MUX)114
3-to-8 디코더(DEC)163
2-입력 AND 게이트21
n-입력 OR 게이트 (n＝2, 3, 5만 가능)nn－1
NOT 게이트10.5
  1. (1) 부울함수 F에 대한 진리표(Truth table)를 작성하시오. (4점)
  2. (2) 4-to-1 MUX와 2-to-1 MUX만을 이용하여 부울함수 F를 구현한 회로를 그리고, 회로의 면적과 입출력 경로의 최대 지연시간을 구하시오. (단, 4-to-1 MUX의 선택선에는 입력 y, z를 연결하고, 2-to-1 MUX의 선택선에는 입력 x를 연결한다) (5점)
  3. (3) 3-to-8 DEC와 5-입력 OR 게이트만을 이용하여 부울함수 F를 구현한 회로를 그리고, 회로의 면적과 입출력 경로의 최대 지연시간을 구하시오. (단, 3-to-8 DEC는 비반전 출력을 갖는다) (5점)
  4. (4) 부울함수 F에 대한 카르노맵(Karnaugh map)을 그리고(xy를 가로행에, z를 세로열에 배치), 곱의 합 형식의 최소식을 구하시오. (3점)
  5. (5) 4)에서 구한 식을 2-입력 AND 게이트, 3-입력 OR 게이트, NOT 게이트만을 이용하여 구현한 회로를 그리고, 회로의 면적과 입출력 경로의 최대 지연시간을 구하시오. (3점)

제3문 (5점)

테브닌(Thevenin) 정리는 주어진 부하(load)를 제외한 나머지 회로를 하나의 소스(테브닌 등가전압)와 하나의 임피던스(테브닌 등가저항)로 간략하게 표시하는 방법이다. 다음의 회로에서 부하 저항(RL)의 좌측 회로에 대하여 테브닌 등가전압과 테브닌 등가저항을 구하고, 테브닌 등가회로를 그리시오. (5점)
[그림][그림][그림][그림][그림][그림]
테브닌화
R_{{L}}
9 k \Omega
9 k \Omega
12 k \Omega
4 k \Omega
4 k \Omega
32V

제4문 (10점)

다음의 그림은 이상적인 연산증폭기(OP Amp)를 사용한 회로이다. 다음 물음에 답하시오. (총 10점)
[그림][그림]
－
＋
1 nF
C_{{1}}
1 k \Omega
R_{{2}}
V_{{i}}
V_{{o}}
0.5 k \Omega
R_{{1}}
Ideal OP
Amp
I
  1. (1) 전달함수 H ( s ) = \frac{{V_{o} ( s )}}{{V_{i} ( s )}}을 구하시오. (5점)
  2. (2) 입력이 V_{{i}} ( t ) = 1 \, \, ․ \, \, u ( t )인 계단(step) 전압일 때, 라플라스(Laplace) 변환을 이용하여 출력 V_{o} ( t )를 구하시오. (5점)