전류 분배 회로: 이론, 공식, 실용 응용

병렬 네트워크는 총 공급 전류를 분기 저항들에만 의존하는 예측 가능한 분율로 나누기 때문에 종종 전류 분배기(current divider)라 불립니다. 이 동작은 옴의 법칙과 모든 병렬 요소가 같은 전압을 공유한다는 사실의 직접적 결과입니다.

예를 들어, 다음 6V 소스로 구동되는 단순 병렬 회로를 고려하세요. 저항기들은 R1, R2, R3로 표시되며 각각 6mA, 2mA, 3mA의 분기 전류를 생성하는 값들을 가집니다.

모든 분기 양단 전압이 6V이므로, 각 저항기 전류는 옴의 법칙 I = V / R에서 직접 나옵니다. 표를 채우면 위 분기 전류들이 나옵니다.

분기 전류들을 더하면 소스가 공급하는 총 전류가 됩니다:

옴의 법칙을 다시 사용하면 네트워크 총 저항은 RTotal = V / ITotal = 6V / 11mA ≈ 545Ω으로 계산됩니다. 또는 개별 저항들에 병렬 저항 공식을 적용해도 같은 결과가 나옵니다.

각 저항기 전류가 저항에 반비례함에 주목하세요. 예를 들어 R1은 R3의 절반 저항이므로 두 배 전류를 가집니다.

공급 전압을 바꾸면 모든 분기 전류가 비례하여 스케일링되지만, 그들 사이의 비율은 변하지 않습니다. 소스 전압이 4배 되어도 각 분기를 흐르는 총 전류 분율은 일정합니다.

전류 분배 공식 유도

단일 분기에 대한 옴의 법칙을 재배열하고 각 분기 양단 전압이 동일함을 인식하면 간결한 표현을 얻습니다:

이 방정식은 저항기 Rn을 흐르는 전류가 총 전류에 네트워크 총 저항과 그 저항기 값의 비율을 곱한 것과 같음을 진술합니다. 총 전류와 저항들을 알 때 어떤 분기 전류든 빠르게 계산하는 방법입니다.

공식 사용 예

원래 회로를 재검토하며, 각 분기를 개별적으로 풀지 않고 총 전류(11mA)와 총 저항(≈545Ω)에서 분기 전류들을 직접 계산할 수 있습니다:

이를 전압 분배 방정식과 비교하면 차이점이 명확해집니다: 전압 분배기에서 비율은 Rn / RTotal이고, 전류 분배기에서는 RTotal / Rn입니다. 둘 다 1보다 작아야 함을 기억하세요. 각각이 총량의 분율을 나타내기 때문입니다.

전류 분배 공식 사용 시기

전류 분배 회로는 부하 전류의 일부만 민감한 검출기로 안전하게 라우팅할 수 있는 측정 시스템에서 필수적입니다. 예를 들어 전기 미터 회로에서 션트 저항기는 전류 분배 공식을 사용하여 라인 전류의 정확한 비율이 미터의 감지 요소에 도달하도록 크기가 정해집니다.

핵심 요약

• 병렬 네트워크는 분기 저항들에 따라 총 전류를 분배합니다: In = ITotal · (RTotal / Rn).
• 어떤 분기와 총 전류 사이의 전류 비율은 소스 전압에 독립적입니다.
• 전류 분배기에서 총 저항은 항상 어느 개별 분기 저항보다 작으므로, 공식의 비율은 RTotal / Rn입니다.
• 전기 미터 등 측정 장치들이 이 원리로 센서용 정확한 스케일 전류를 만듭니다.

추가 학습

• 전류 분배 회로 워크시트