개념 한 쪽
전자캐드기능사 수의 진법 및 코드화 — 플립플롭·진성반도체·이득계산
디지털 회로 기초에는 정보의 표시와 기억, 신호 특성의 이해가 필수적이다. 7세그먼트는 숫자 표시용, 플립플롭은 1비트 기억용, 반도체의 원자가 전자 수와 증폭 이득 계산은 회로 설계와 해석의 기본 지식이다.
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뜻
7세그먼트 디스플레이는 일곱 개의 막대형 발광 소자를 켜고 끄는 조합으로 0~9의 10진수 숫자를 시각적으로 표시하는 장치이다. 이름에서 알 수 있듯 세그먼트의 조합을 통해 숫자를 만든다는 점이 핵심이다. 통신용 신호 전송이나 레벨 이동 같은 기능과는 목적이 다르므로 숫자 표시 용도로 기억한다.
플립플롭은 디지털 회로에서 1비트의 정보를 저장하는 기억 소자이다. 쌍안정 멀티바이브레이터에 해당하며 한 번 정해진 상태를 다른 신호가 올 때까지 유지하는 특성을 가진다. 종류에 따라 동작 특성이 다르므로 유형별 특징을 구분해야 한다.
J-K 플립플롭은 J와 K 입력이 모두 1일 때 클럭 펄스에 따라 출력이 반전되는 토글 동작을 수행한다. 이 특성으로 분주 회로나 카운터 회로에서 사용된다. R-S 플립플롭은 입력이 모두 1일 때 불안정한 상태가 발생하므로 주의해야 한다. D 플립플롭은 입력을 그대로 출력으로 전달하여 데이터 보존이나 지연 용도로 적합하다.
T 플립플롭은 클럭이 들어올 때마다 출력이 반전되는 토글 소자로 주파수를 절반으로 낮추는 분주 회로 등에 사용된다. T는 토글, D는 데이터 저장이라는 용도를 구분하여 암기하면 유용하다.
진성 반도체는 불순물이 섞이지 않은 순수한 반도체 물질을 말하며, 대표적인 진성 반도체 원소인 실리콘과 게르마늄은 원자가 전자를 4개 가진다. 이 원자가 전자 수가 반도체의 기본 전기적 성질을 결정하므로 '원자가 전자 4개'라는 사실을 기본으로 기억한다.
증폭기의 전압 이득을 데시벨(dB)로 나타낼 때는 20×log10(출력전압/입력전압) 공식을 사용한다. 전압 단위를 통일한 뒤 비를 계산하고 로그에 20을 곱해야 올바른 값이 나온다. 전류 이득을 dB로 표현할 때는 20log가 아닌 문제 유형에 따라 20log(전압) 또는 10log(파워·전력비) 구분을 유의해야 한다.
예제
입력전압이 1mV이고 출력전압이 10V인 증폭기의 전압 이득을 구한다. 먼저 단위를 통일한다: 1mV = 0.001V. 전압 이득 비는 10V ÷ 0.001V = 10,000이다. 전압 이득(dB)은 20 × log10(10,000) = 20 × 4 = 80dB가 된다. 단위 변환을 잊으면 잘못된 결과가 나오므로 주의한다。
플립플롭 관련 기출 유형은 J=K=1에서의 동작을 묻는 경우가 자주 등장한다. 이때 JK 플립플롭은 클럭에 의해 출력이 반전되는 토글 동작을 보인다. T 플립플롭도 토글 동작을 하며 D 플립플롭은 입력을 그대로 저장하는 특성을 가진다.
7세그먼트 문제는 장치 이름에서 '7개의 세그먼트'를 연상하여 숫자 표시용 장치임을 빠르게 판단하면 정답을 고르기 쉽다.
자주 묻는 물음
- 7세그먼트 디스플레이의 주된 용도는 무엇인가?
- 7개의 막대 모양 발광 소자의 켜고 끔 조합으로 0~9의 10진수를 시각적으로 표시하는 것이 주된 용도이다.
- J-K 플립플롭에서 J=1, K=1일 때 출력은 어떻게 되나?
- 클럭 펄스가 들어오면 출력이 이전 상태의 반대로 반전되는 토글 동작을 한다.
- 입력 1mV, 출력 10V인 증폭기의 전압 이득은 얼마인가?
- 단위를 통일하여 비를 구한 뒤 20×log10(10V/0.001V)=20×log10(10,000)=80dB가 된다.
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