2016학년도 중등교사 임용시험 · 기술

디지털 논리회로·전공 B · 서술형·트랜지스터 스위칭 논리회로

문 4총 4점

다음 그림은 트랜지스터의 스위칭 특성을 이용하여 구성한 논리 회로이다. 그림과 같은 기능을 나타내는 논리 게이트를 그리시오. 또한 입력값이 A = (1001)₂, B = (0011)₂ 일 때 출력(Y)값을 10진수로 변환하고, 풀이 과정과 함께 쓰시오.

4-1

그림과 같은 기능을 나타내는 논리 게이트

모범답안과 해설 보기

모범답안

2입력 OR 게이트 Y = A + B

해설

① 회로의 접속부터 봅니다. 두 트랜지스터는 컬렉터가 모두 +V_CC에 붙어 있고, 이미터는 한 점에서 묶여 저항 R을 거쳐 접지로 갑니다. 출력 Y는 바로 그 묶인 이미터 점에서 뽑습니다. 곧 이미터 폴로어(공통 컬렉터) 두 개를 나란히 붙여 놓은 모양입니다.

② 입력 A가 H이면 왼쪽 트랜지스터의 베이스·이미터가 순바이어스를 받아 도통하고, 이미터 전위는 베이스를 따라 올라가 Y가 H가 됩니다. 입력 B가 H일 때 오른쪽 트랜지스터가 하는 일도 똑같습니다. 둘 중 어느 쪽이 켜지든 R에 전류가 흘러 Y가 H로 올라갑니다.

③ 반대로 A와 B가 모두 L이면 두 트랜지스터가 모두 차단됩니다. R에 전류가 흐르지 않으므로 R 양단의 전압이 0이 되어 Y = 0 V, 곧 L입니다. 여기서 R은 출력을 확실히 접지 쪽으로 끌어내리는 풀다운(pull-down) 저항 노릇을 합니다.

A	B	왼쪽 TR	오른쪽 TR	출력 Y
0	0	차단	차단	0 (0 V)
0	1	차단	도통	1 (H)
1	0	도통	차단	1 (H)
1	1	도통	도통	1 (H)

④ 정리하면 둘 다 0일 때만 0이고 하나라도 1이면 1이므로 Y = A + B, 곧 OR 게이트입니다. 이런 구성을 이미터 폴로어형 OR 게이트라고 부릅니다.

⑤ 견주어 볼 점이 있습니다. 저항을 이미터가 아니라 컬렉터에 두고 이미터를 접지에 붙이면 공통 이미터 접속이 되어 출력이 반전되고, 같은 두 입력이 NOR 게이트가 됩니다. 저항의 위치와 출력을 뽑는 지점이 게이트의 종류를 가릅니다.

실제 회로에서 H일 때의 출력 전압은 V_CC가 아니라 V_CC − V_BE로 약 0.7 V 낮습니다. 논리값을 따질 때는 H로 봅니다.

키워드디지털논리회로트랜지스터스위칭이미터폴로어풀다운저항OR게이트

4-2

출력(Y)의 10진수 값과 풀이 과정

모범답안과 해설 보기

모범답안

Y = (1011)₂ = 11

해설

① 입력이 네 자리이므로 같은 게이트를 네 벌 쓴다고 보고 자리마다 따로 OR를 취합니다. 같은 자리끼리만 맞물리고 이웃 자리로 넘어가는 값은 없습니다.

② 2³ 자리는 1 + 0 = 1, 2² 자리는 0 + 0 = 0, 2¹ 자리는 0 + 1 = 1, 2⁰ 자리는 1 + 1 = 1 입니다. 따라서 Y = (1011)₂ 입니다.

③ 10진수로 바꾸면 Y = 1×2³ + 0×2² + 1×2¹ + 1×2⁰ = 8 + 0 + 2 + 1 = 11 입니다.

가장 흔한 실수 — 논리합을 산술 덧셈으로 계산하는 것입니다. 산술로 더하면 9 + 3 = 12 = (1100)₂ 가 되지만, OR에는 자리올림이 없어 2⁰ 자리의 1 + 1이 그대로 1입니다.

키워드디지털논리회로비트단위연산논리합2진수변환자릿값

TECH79 | 기술교육연구소