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전자회로는 전기·전자·통신을 비롯한 여러 가지 다양한 분야에서 필수적으로 다루는 중요한 전공과목이기는 하지만 한편으로는 학생들이 학습하기 어려워하는 교과목이다. 필자는 지난 30년 동안 대학 3학년 학생들에게 빔 프로젝터 수업이 아닌 칠판에 직접 분필로 판서하는 전통적인 수업방식으로 강의를 진행해왔다. 디지털 환경에 익숙해 있는 학생들에게는 판서 수업 방식은 진행 속도가 느려 답답하게 느껴질 수 있을 것이다. 그러나 전자회로는 많은 학생들이 배우기 어려워하는 과목이기 때문에 교수자의 입장에서는 학생들과 소통하며 차근차근 그들의 눈높이를 고려하여 한 명의 학생이라도 더 이해시키려는 노력의 일환이었다.

그런데 지난 몇 년 동안 코로나 팬데믹 상황이 펼쳐지면서 대학강의가 대면이 아닌 비대면으로 강의로 진행되다 보니 학생들의 학업성취도가 점점 저하되는 문제점이 발생하였다. 학업성취도가 떨어지는 데는 여러 요인이 있겠지만 필자의 판단으로는 학생들이 수업시간에 학습한 내용을 다시 교재를 읽어가면서 자신의 것으로 소화하는 재확인 과정이 부족했던 것이 주된 요인인 것으로 생각된다. 사실 어려운 교과목일수록 수업시간에 배운 내용을 다시 교재를 읽어가면서 자신의 것으로 소화하는 과정이 반드시 필요하다. 이를 위해서는 무엇보다도 먼저 교재가 알기 쉽게 서술되어야 한다. 이러한 생각에서 필자는 전자회로의 복잡한 내용을 알기 쉽게 풀어서 서술함으로써 전자회로를 처음 접하는 학생들도 쉽게 읽고 이해할 수 있었으면 하는 마음으로 이 책을 집필하게 되었다.

이 책의 구성과 특징

이 책은 회로이론의 기초지식을 탄탄히 쌓지 못했던 학생들도 스스로 읽어가면서 학습할 수 있도록 학생들의 눈높이에 맞추어 최대한 쉽게 풀어 쓴 책이다. 이 책은 총 13개의 단원으로 구성되어 있다.
필자의 다양한 경험을 살려 전자회로의 개념과 원리를 그림으로 표현함으로써 학생들이 시각적으로 이해하기 쉽게 구성하였다. 또한 각 단원에서 다루었던 중요한 내용을 요약하여 학생들이 학습한 내용을 스스로 복습하면서 재확인할 수 있도록 하였다. 특히 ‘여기서 잠깐!’이라는 코너는 과거에 학습한 기억이 희미하거나 주의해야 할 내용을 다시 간략하게 설명하여 학생들이 다른 교재를 찾아보는 수고를 덜어 줄 수 있도록 하였다.

이 책의 내용

1장에서는 전기회로를 해석하는 데 있어 기본이 되는 옴의 법칙과 키르히호프 법칙에 대해 살펴본다. 또한 이러한 기본법칙을 활용하여 평면회로에 대한 기본적인 해석기법인 마디 해석과 메쉬 해석, 중첩의 원리, 테브난(노턴) 정리 등에 대해서도 살펴보고 주파수 영역에서 복소페이저 해석과 이상적인 변압기에 대해서 간략하게 복습한다.

2장에서는 다이오드의 전압-전류 특성으로부터 등가모델, 정류기, 캐패시터 필터 회로, 클리퍼, 다이오드 논리회로, 클램퍼 그리고 배전압 회로의 동작에 대해 학습하며, 물성적인 특성보다는 전기적인 회로 특성을 위주로 설명한다.

3장에서는 일반 정류 다이오드와는 달리 특수한 목적으로 사용되고 있는 제너 다이오드를 비롯한 여러 가지 광전자 소자들을 소개한다. 먼저 전압조정기(Voltage Regulator)로 많이 사용되고 있는 제너 다이오드의 전압-전류 특성과 등가모델, 제너 정전압 작용 그리고 제너 출력제한기에 대하여 학습한다. 또한, LED와 7-세그먼트 디스플레이 그리고 광다이오드와 광결합기의 특성 등에 대해서도 학습한다.

4장에서는 바이폴라 접합 트랜지스터의 동작 원리, 컬렉터 특성곡선, 트랜지스터의 증폭작용 및 트랜지스터 전자 스위치에 대하여 학습한다. 한편, 트랜지스터가 증폭기로 사용되기 위해서는 적절하게 직류 바이어스가 되어야 하는데 이에 대한 개념적인 설명과 동작점에 대하여 학습한다. 마지막으로 여러 가지 직류 바이어스 방법과 각 바이어스 간의 차이점을 비교 고찰한다.

5장에서는 여러 유형의 소신호 교류증폭기의 회로 구성과 신호 증폭의 원리에 대해 살펴보고, 교류증폭기의 해석을 위한 트랜지스터의 교류등가모델에 대해서 학습한다. 또한 교류증폭기의 직류 및 교류등가회로로부터 에미터 공통(CE), 베이스 공통(CB), 컬렉터 공통(CC) 교류증폭기의 해석과정에 대해서 학습한다. 마지막으로 증폭기의 이득을 크게 하기 위하여 여러 개의 증폭기를 종속접속한 다단 증폭기(Multi-stage Amplifier)의 해석과정에 대해서도 학습한다.

6장에서는 교류부하선의 개념과 A급, B급, AB급, C급 등의 여러 가지 대신호 전력증폭기의 동작에 대하여 살펴본다.

7장에서는 JFET과 MOSFET의 구조, 드레인 특성곡선과 전달특성곡선에 대해 살펴보고 여러 가지 바이어스 방법도 함께 학습한다.

8장에서는 7장에서 학습한 FET 바이어스와 관련된 소신호 교류증폭기에 대해 고찰한다. FET 소자의 높은 입력임피던스와 여러 가지 특성으로 인해 경우에 따라서는 바이폴라 트랜지스터 보다 더 좋은 증폭기 특성을 보인다. 바이폴라 트랜지스터가 원천적으로 전류증폭기인데 반해 FET는 전압증폭기이며, FET의 소스와 드레인 그리고 게이트는 바이폴라 트랜지스터의 에미터, 컬렉터 그리고 베이스에 대응된다. 따라서 바이폴라 교류증폭기의 구성과 유사하게 FET 교류증폭기도 소스 공통(CS), 게이트 공통(CG) 그리고 드레인 공통(CD) 교류증폭기로 구성되며, 각각에 대한 해석과정도 바이폴라 교류증폭기의 해석과정과 거의 유사하다는 것에 대해 학습한다. 또한, 각각의 소신호 FET 교류증폭기의 동작 원리를 이해하고, 직류 및 교류등가회로에 대하여 FET 교류등가모델을 이용하여 해석하는 과정을 학습하게 될 것이다. 마지막으로 몇 가지 기본적인 FET 응용회로의 해석과정을 살펴본다.

9장에서는 데시벨의 정의와 RC 회로에 대한 페이저 해석으로부터 교류증폭기의 저주파 및 고주파 응답에 대해 고찰하고, 다단 증폭기의 주파수 응답에 대해서도 학습한다.

10장에서는 연산증폭기의 입출력 특성을 이해하기 위하여 먼저 차동증폭기의 동작원리를 살펴보고 연산증폭기의 주요 파라미터들에 대하여 학습한다. 또한 음궤환을 이용한 연산증폭기의 회로 해석과 주파수응답에 대해서도 살펴본다.

11장에서는 기본적인 비교기와 정궤환이 있는 슈미트 트리거, 제너 다이오드와 결합된 출력제한 비교기 그리고 윈도우 비교기의 동작 원리에 대해 살펴본다. 다음으로 음궤환을 이용한 연산증폭기의 선형 동작을 통하여 가산 및 감산증폭기, 미분기, 적분기의 동작 원리에 대해서도 살펴본다. 마지막으로 신호의 진폭이 작은 소신호에 대한 능동 다이오드 회로의 동작 원리에 대해서 학습한다.

12장에서는 능동 필터에 대한 동작 원리와 응답특성에 대하여 학습한다.

13장에서는 발진기의 개념과 동작 원리, 정현파 발진기인 RC 및 LC 피드백 발진기 그리고 비정현파 발진기에 대해 학습한다.

CHAPTER 01 전기회로 기초이론
1.1 옴(Ohm)의 법칙
1.2 키르히호프의 전류 법칙
1.3 키르히호프의 전압 법칙
1.4 저항의 직렬 연결과 전압분배
1.5 저항의 병렬 연결과 전류분배
1.6 마디해석법
1.7 메쉬해석법
1.8 중첩의 원리
1.9 테브난 정리
1.10 노턴 정리
1.11 복소페이저 해석
1.12 이상적인 변압기
요약 및 복습
연습문제

CHAPTER 02 다이오드 기초 및 응용 회로
2.1 다이오드 전압-전류 특성
2.2 다이오드 등가모델
2.3 반파정류회로
2.4 전파정류회로
2.5 캐패시터 필터 회로
2.6 클리핑(리미팅) 회로
2.7 다이오드 논리회로
2.8 클램핑 회로
2.9 배전압 회로
요약 및 복습
연습문제

CHAPTER 03 특수 목적 다이오드
3.1 제너 다이오드
3.2 제너 다이오드의 등가모델
3.3 제너 정전압 작용
3.4 제너 출력제한기
3.5 광전자 소자
요약 및 복습
연습문제

CHAPTER 04 바이폴라 접합 트랜지스터
4.1 트랜지스터의 구조와 바이어스
4.2 트랜지스터 파라미터와 전압-전류 해석
4.3 컬렉터 특성곡선
4.4 트랜지스터의 증폭작용
4.5 트랜지스터 전자 스위치
4.6 직류 바이어스와 동작점
4.7 베이스 바이어스
4.8 에미터 바이어스
4.9 전압분배기 바이어스
4.10 컬렉터 피드백 바이어스
요약 및 복습
연습문제

CHAPTER 05 소신호 바이폴라 교류증폭기
5.1 소신호 증폭기의 동작원리
5.2 트랜지스터 교류등가모델
5.3 소신호 에미터 공통 교류증폭기
5.4 소신호 컬렉터 공통 교류증폭기
5.5 소신호 베이스 공통 교류증폭기
5.6 다단 교류증폭기 해석
요약 및 복습
연습문제

CHAPTER 06 대신호 전력증폭기
6.1 직류 및 교류부하선
6.2 교류증폭기의 전력
6.3 A급 대신호 전력증폭기
6.4 B급 및 AB급 대신호 전력증폭기
6.5 C급 대신호 전력증폭기
요약 및 복습
연습문제

CHAPTER 07 전계효과 트랜지스터와 바이어스
7.1 JFET의 구조와 기본 동작
7.2 JFET 특성곡선과 파라미터
7.3 JFET 바이어스
7.4 MOSFET 구조와 전달특성곡선
7.5 MOSFET 바이어스
요약 및 복습
연습문제

CHAPTER 08 소신호 FET 교류증폭기
8.1 소신호 FET 교류증폭기의 동작 원리
8.2 FET 교류등가모델
8.3 소신호 소스 공통 교류증폭기
8.4 소신호 드레인 공통 교류증폭기
8.5 소신호 게이트 공통 교류증폭기
8.6 여러 가지 FET 응용회로
요약 및 복습
연습문제

CHAPTER 09 교류증폭기의 주파수 응답
9.1 주파수 변화에 따른 캐패시터들의 영향
9.2 데시벨의 정의
9.3 RC 회로에 대한 페이저 해석
9.4 바이폴라 증폭기의 저주파 응답
9.5 바이폴라 증폭기의 고주파 응답
9.6 교류증폭기의 전체 주파수 응답
9.7 FET 증폭기의 주파수 응답
9.8 다단 증폭기의 주파수 응답
요약 및 복습
연습문제

CHAPTER 10 연산증폭기의 기초
10.1 연산증폭기의 개요
10.2 차동증폭기
10.3 연산증폭기 파라미터
10.4 음궤환과 연산증폭기의 동작
10.5 음궤환 연산증폭기의 해석
10.6 연산증폭기의 주파수 응답
요약 및 복습
연습문제

CHAPTER 11 연산증폭기의 응용 회로
11.1 비교기
11.2 슈미트 트리거
11.3 출력제한 비교기
11.4 윈도우 비교기
11.5 가산 및 감산증폭기
11.6 미분기와 적분기
11.7 능동 다이오드 회로
요약 및 복습
연습문제

CHAPTER 12 능동 필터 회로
12.1 필터 기초 이론
12.2 RC 수동 필터
12.3 능동 저역통과 필터
12.4 능동 고역통과 필터
12.5 능동 대역통과 필터
12.6 능동 대역저지 필터
12.7 필터 응답특성
요약 및 복습
연습문제

CHAPTER 13 발진기
13.1 발진기의 개념과 동작 원리
13.2 RC 피드백 발진기
13.3 LC 피드백 발진기
13.4 비정현파 발진기
요약 및 복습
연습문제

부록
참고문헌
SI 단위계와 접두사
연습문제 해답