회로이론(Circuits)

도서 장점



① 회로이론의 최종 목표 '회로를 정확히 해석해내는 것'을 효과적으로 달성할 수 있다.



② 기본 원리를 명확히 깨우치고, 상세한 풀이가 담긴 [예제] - 개념을 점검하는 [질문] - 손으로 계산하고 풀어보는 [연습] 문제들을 통해 배운 원리를 체득할 수 있다.



③ 한 눈에 들어오는 컬러 그림과 2단 레이아웃을 사용하여 더 흥미롭게 학습할 수 있다.



④ PSPICE와 Multisim의 사용법을 익히고, 회로를 시뮬레이션하여 결과를 분석할 수 있다.

(한빛미디어 홈페이지(www.hanb.co.kr)에서 PSPICE에 대한 추가 설명을 다운로드 받을 수 있다.)



도서 특징



회로를 분석하는 기본 원리를 명확히 배우고,

회로를 꿰뚫어보는 통찰력을 기를 수 있다!



【누구를 위한 책인가?】

이 책은 전기?전자?컴퓨터 공학 전공자가 회로를 정확히 해석해내는 것을 목표로

필요한 기본 원리를 명확히 설명하고, 배운 개념을 연습할 수 있도록 구성되었다.

또한 소자나 회로가 실제로 어떻게 응용되는지를 배울 수 있고,

'PSPICE'와 'Multisim'으로 회로를 시뮬레이션하여 결과를 분석해낼 수도 있다.

이를 통해 학습한 이론을 더 정확히 이해할 수 있고, 회로에 대한 통찰력을 기를 수 있다.



이 책은 Ulaby 교수의 최신작으로 하버드, 스탠퍼드, 미시간, 보스턴, UC 버클리 대학교 등 세계 유수의 대학교에서 사용되고 있다. Ulaby 교수는 전작 〈전자기학〉으로 국내에서 널리 알려졌으며, 특히 수학으로 개념을 소개하고 물리적으로 통찰하는 설명 방식이 큰 호평을 받은 바 있다.



부/장별 내용 요약



1. 1장~3장_ 전기회로의 기본 개념과 저항으로 구성된 선형 회로의 해석법

전기회로의 구조와 회로 내부에 사용되는 각종 회로 성분을 학습한다. 회로 해석에 가장 기본적으로 사용되는 옴의 법칙, 키르히호프의 법칙, 회로 변환 방법 등을 학습하여 본격적인 회로 해석의 기초를 다진다. 저항 회로를 기반으로 마디 전압법, 망로 전류법, 중첩의 원리, 테브난 및 노턴 등가회로 등 기본 해석 기법을 습득한다.



2. 4장~6장_ 연산 증폭기와 RC /RL /RLC 회로의 응답 분석

연산 증폭기를 이용한 다양한 증폭기 구조와 부궤환의 원리를 알아보고, 미분 방정식을 통해 저항 이외에 커패시터, 인덕터 등의 수동소자가 사용된 일차 및 이차 전기회로의 시간에 따른 응답 특성을 분석해본다.



3. 7장~9장_ 정현파와 페이저 개념 및 교류 회로의 해석과 주파수 응답

시간 영역에서 정현파로 표현되는 신호가 인가되는 회로를 페이저 영역에서 해석하는 방법과 교류 회로의 전력, 부하 등을 산출해내는 방법을 배운다. 교류 신호에 대한 주파수 응답 특성을 분석하는 방법과 신호처리에 활용되는 다양한 종류의 수동 및 능동 필터에 대해 공부한다.



4. 10장~11장_ 라플라스 변환 및 푸리에 변환

라플라스 변환의 정의를 알고 이를 바탕으로 한 주파수 영역의 회로 해석 방법을 익힌다. 주기함수로 표현되는 신호를 푸리에 급수로 나타내는 방법을 배우고, 이를 비주기함수로 확장 적용하는 기법인 푸리에 변환을 학습하여 다양한 신호가 인가되는 회로를 해석하는 데 활용한다.

Chapter 01 회로 용어

개요

1.1｜전기전자공학의 역사

1.2｜단위, 양, 표기법

1.3｜전하와 전류

1.3.1 전하

1.3.2 전류

1.4｜전압과 전력

1.4.1 전압

1.4.2 전력

1.5｜회로소자

1.5.1 전류－전압 관계식

1.5.2 독립 전원

1.5.3 종속 전원

1.5.4 수동소자



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Chapter 02 저항 회로

개요

2.1｜옴의 법칙

2.1.1 저항

2.1.2 i －v 특성

2.1.3 컨덕턴스

2.2｜회로 위상기하학

2.2.1 명명법

2.2.2 직렬연결과 병렬연결

2.2.3 평면 회로

2.3｜키르히호프의 법칙

2.3.1 키르히호프의 전류법칙

2.3.2 키르히호프의 전압법칙

2.4｜등가회로

2.4.1 직렬 저항

2.4.2 직렬 전원

2.4.3 저항과 전원의 병렬연결

2.4.4 전원 변환

2.5｜Y-Δ 변환

2.5.1 Δ → Y 변환

2.5.2 Y → Δ 변환

2.5.3 평형 회로

2.6｜휘트스톤 브리지

2.7｜응용 노트 : 선형 대 비선형 i－v 관계

2.7.1 퓨즈 : 간단한 비선형 회로 요소

2.7.2 다이오드 : 고체 상태 비선형 소자

2.7.3 피에조 저항 회로

2.8 ｜Multisim 소개

2.8.1 회로 그리기

2.8.2 회로 풀이

2.8.3 종속 전원



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Chapter 03 해석 기법

개요

3.1｜마디 전압법

3.1.1 기본 절차

3.1.2 종속 전원 회로

3.1.3 슈퍼 마디

3.2｜망로 전류법

3.2.1 기본 절차

3.2.2 종속 전원 회로

3.2.3 슈퍼 망로

3.3｜즉석 해석법

3.3.1 즉석 마디 해석법

3.3.2 즉석 망로 해석법

3.4｜중첩의 원리

3.5｜테브난 및 노턴 등가회로

3.5.1 테브난 정리

3.5.2 vTh 구하기

3.5.3 RTh 구하기－단락 회로 방법

3.5.4 RTh 구하기－등가 저항 방법

3.5.5 RTh 구하기－외부 전원 방법

3.5.6 노턴 정리

3.6｜최대 전력 전달

3.7｜응용 노트 : 바이폴라 접합 트랜지스터

3.8｜Multisim을 활용한 마디 해석



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Chapter 04 연산 증폭기

개요

4.1｜연산 증폭기의 특성

4.1.1 명명법

4.1.2 전달 특성

4.1.3 등가회로 모델

4.2｜부궤환

4.3｜이상적인 연산 증폭기 모델

4.4｜반전 증폭기

4.5｜가산 증폭기

4.6｜차동 증폭기

4.7｜전압 추종기

4.8｜연산 증폭기 신호처리 회로

4.9｜계측 증폭기

4.10｜디지털 아날로그 변환기

4.11｜전압제어 전류원으로 사용되는 MOSFET

4.11.1 디지털 인버터

4.11.2 NMOS와 PMOS 트랜지스터

4.11.3 아날로그 회로의 MOSFET

4.12｜응용 노트 : 신경 탐침

4.13｜Multisim 해석

4.13.1 연산 증폭기와 가상 장비

4.13.2 디지털 인버터



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Chapter 05 RC와 RL 회로

개요

5.1｜비주기적 파형

5.1.1 계단함수의 파형

5.1.2 경사함수의 파형

5.1.3 펄스 파형

5.1.4 지수 파형

5.2｜커패시터

5.2.1 커패시터의 전기적 특성

5.2.2 커패시터의 직렬과 병렬 조합

5.3｜인덕터

5.3.1 전기적 특성

5.3.2 인덕터의 직렬과 병렬 조합

5.4｜RC 회로 응답

5.4.1 충전된 커패시터의 자연 응답

5.4.2 RC 회로의 일반적인 계단 응답

5.5｜RL 회로 응답

5.5.1 RL 회로의 자연 응답

5.5.2 RL 회로의 일반적인 계단 응답

5.6｜RC 연산 증폭기 회로

5.6.1 이상적인 연산 증폭 적분기

5.6.2 이상적인 연산 증폭 미분기

5.6.3 그 밖의 연산 증폭기 회로

5.7｜응용 노트 : 기생 커패시턴스와 컴퓨터 프로세서 속도

5.7.1 기생 커패시턴스

5.7.2 CMOS 스위칭 속도

5.8｜Multisim을 활용한 회로 응답 분석

5.8.1 Multisim에서 스위치의 모델링

5.8.2 Multisim에서 시간 종속 전원의 모델링



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Chapter 06 RLC 회로

개요

6.1｜초기 조건 및 최종 조건

6.2｜일반해

6.2.1 일반적인 풀이 순서

6.2.2 인가 전원의 역할

6.3｜직렬 RLC 회로의 자연 응답

6.3.1 과감쇠 응답(α 〉 0)

6.3.2 임계감쇠 응답(α = ω 0)

6.3.3 저감쇠 응답(α 〈 ω 0)

6.4｜직렬 RLC 회로의 전체 응답

6.5｜병렬 RLC 회로

6.6｜임의의 이차 회로의 일반해

6.7｜응용 노트 : 초소형기계 변환기

6.8｜Multisim을 활용한 회로 응답 분석

6.8.1 직렬 RLC 회로

6.8.2 RFID 회로



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Chapter 07 교류 해석

개요

7.1｜정현파 신호

7.2｜복소수

7.3｜페이저 영역

7.3.1 시간 영역/ 페이저 영역의 대응관계

7.3.2 회로 요소의 임피던스

7.4｜페이저 영역 해석

7.5｜임피던스 변환

7.5.1 직렬 및 병렬 임피던스

7.5.2 Y－Δ 변환

7.6｜등가회로

7.6.1 전원 변환

7.6.2 테브난 등가회로

7.7｜페이저 다이어그램

7.8｜위상 변이 회로

7.9｜페이저 영역 해석 기법

7.10｜응용 노트 : 전원 공급 회로

7.10.1 변압기

7.10.2 정류기

7.10.3 평활 필터

7.10.4 전압 조정기

7.11｜Multisim을 활용한 교류 회로 해석



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Chapter 08 교류 전력

개요

8.1｜주기 파형

8.1.1 순시값과 평균값

8.1.2 실효값(rms)

8.2｜평균 전력

8.3｜복소 전력

8.3.1 부하에서의 복소 전력

8.3.2 복소 전력의 보존

8.4｜역률

8.4.1 역률의 중요성

8.4.2 역률 보상

8.5｜최대 전력 전달

8.6｜응용 노트 : 3상 회로

8.7｜Multisim을 활용한 전력 측정



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Chapter 09 회로 및 필터의 주파수 응답

개요

9.1｜전달함수

9.1.1 용어

9.1.2 RC 회로의 예

9.2｜스케일링

9.2.1 크기 스케일링

9.2.2 주파수 스케일링

9.2.3 크기 스케일링과 주파수 스케일링의 병행

9.3｜보데 도표

9.3.1 dB 스케일

9.3.2 극점과 영점

9.3.3 함수 형식

9.3.4 일반적인 관찰 사항들

9.4｜수동 필터

9.4.1 대역통과 필터

9.4.2 고역통과 필터

9.4.3 저역통과 필터

9.4.4 대역차단 필터

9.5｜필터 차수

9.5.1 일차 저역통과 RC 필터

9.5.2 이차 저역통과 필터

9.5.3 RLC 대역통과 필터

9.6｜능동 필터

9.6.1 단극 저역통과 필터

9.6.2 단극 고역통과 필터

9.7｜캐스케이드 능동 필터

9.8｜응용 노트 : 변조와 슈퍼 헤테로다인 수신기

9.8.1 변조

9.8.2 슈퍼 헤테로다인 수신기

9.8.3 주파수 변환

9.8.4 소프트웨어 라디오

9.9｜Multisim을 활용한 스펙트럼 응답



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Chapter 10 라플라스 변환 분석 기법

개요

10.1｜특이점함수

10.1.1 단위 계단함수

10.1.2 단위 임펄스함수

10.2｜라플라스 변환의 정의

10.2.1 수렴 조건

10.2.2 라플라스 역변환

10.3｜라플라스 변환의 성질

10.3.1 시간 스케일링

10.3.2 시간 이동

10.3.3 주파수 이동

10.3.4 시간 미분

10.3.5 시간 적분

10.3.6 초깃값 및 최종값 정리

10.3.7 주파수 미분

10.3.8 주파수 적분

10.4｜회로 해석 절차

10.5｜부분분수 확장

10.5.1 서로 다른 실수 극점

10.5.2 중복된 실수 극점

10.5.3 서로 다른 복소수 극점

10.5.4 중복된 복소수 극점

10.6｜s 영역 회로소자 모델

10.7｜s 영역 회로 해석

10.8｜전달함수와 임펄스 응답

10.9｜컨벌루션 적분

10.10｜Multisim을 활용한 비자명 입력 신호 회로의 해석



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Chapter 11 푸리에 분석 기법

개요

11.1｜푸리에 급수 분석 기법

11.2｜푸리에 급수 표현

11.2.1 푸리에 계수

11.2.2 진폭과 위상 표현법

11.2.3 대칭성의 고려

11.2.4 우함수의 푸리에 계수

11.2.5 기함수의 푸리에 계수

11.3｜회로 응용

11.4｜평균 전력

11.5｜푸리에 변환

11.5.1 지수함수의 푸리에 급수

11.5.2 비주기 파형

11.5.3 푸리에 적분의 수렴

11.6｜푸리에 변환쌍

11.6.1 선형성

11.6.2 δ(t－t0)의 푸리에 변환

11.6.3 평행이동

11.6.4 cos ω0t의 푸리에 변환

11.6.5 a 〉 0인 Ae－atu(t)의 푸리에 변환

11.6.6 u(t)의 푸리에 변환

11.6.7 파시발의 정리

11.7｜푸리에 변환과 라플라스 변환의 비교

11.8｜푸리에 변환을 이용한 회로 해석

11.9｜응용 노트 : 위상 정보

11.9.1 2차원 공간 변환

11.9.2 진폭과 위상 스펙트럼

11.9.3 이미지 복원

11.9.4 이미지 복원 과정

11.10｜Multisim을 활용한 혼성 신호 회로와 시그마 델타 변조기

11.10.1 시그마 델타(ΣΔ) 변조기와 아날로그 디지털 변환기

11.10.2 ΣΔ의 동작 원리



:: 핵심정리

:: 연습문제



Appendix A｜기호, 물리량, 단위

Appendix B｜연립 방정식의 풀이

Appendix C｜유용한 수학 공식

Appendix D｜[연습] 해답

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Fawwaz T. Ulaby 저자 Fawwaz T. Ulaby는 미시간대학교 전기ㆍ컴퓨터공학과 교수로 재직 중이다.
미국전기전자공학회(IEEE) 펠로우 및 미국국립공학원 회원이며 토마스 에디슨 메달을 수상한 바 있다.