직렬-병렬 회로 이해하기: 작동 원리와 중요성

단순 직렬 회로에서는 모든 부품이 끝에서 끝으로 연결되어 전류가 흐를 단 하나의 경로만 형성합니다:

단순 병렬 회로에서는 모든 부품이 같은 두 세트의 전기적으로 공통 점들 사이에 연결되어, 배터리 한 끝에서 다른 끝으로 전류가 흐를 여러 경로를 만듭니다:

직렬 및 병렬 회로 규칙

이 두 기본 회로 구성 각각에 대해 전압, 전류, 저항 관계를 설명하는 특정 규칙 세트가 있습니다.

직렬 회로:

• 전압 강하들이 더해져 총 전압이 됩니다.
• 모든 부품이 같은 (같은) 전류를 공유합니다.
• 저항들이 더해져 총 저항이 됩니다.

병렬 회로:

• 모든 부품이 같은 (같은) 전압을 공유합니다.
• 분기 전류들이 더해져 총 전류가 됩니다.
• 저항들이 감소하여 총 저항이 됩니다.

직렬-병렬 회로

그러나 회로 부품들이 일부는 직렬로, 일부는 병렬로 연결되면, 그 회로의 모든 부분에 단일 규칙 세트를 적용할 수 없습니다. 대신 회로의 어느 부분이 직렬이고 어느 부분이 병렬인지 식별한 다음, 전압, 전류, 저항 관계를 결정하는 데 필요에 따라 직렬과 병렬 규칙을 선택적으로 적용해야 합니다. 다음 회로를 예로 들어보세요:

이 회로는 단순 직렬도 아니고 단순 병렬도 아닙니다. 오히려 둘 다의 요소를 포함합니다. 배터리 바닥에서 나온 전류는 R₃과 R₄를 통과하기 위해 분할되고, 다시 합류한 후 R₁과 R₂를 통과하기 위해 다시 분할되었다가 배터리 위쪽으로 돌아가기 위해 다시 합류합니다. 전류가 이동할 경로가 하나 이상 존재합니다(직렬 아님), 그러나 회로에 두 세트 이상의 전기적으로 공통 점들이 존재합니다(병렬 아님).

이 회로가 직렬과 병렬의 결합이므로, 회로가 한쪽으로만 되어 있을 때처럼 전압, 전류, 저항 규칙을 "표 전체에 걸쳐" 적용하여 분석을 시작할 수 없습니다. 예를 들어 위 회로가 단순 직렬이라면 R₁부터 R₄까지 더해 총 저항을 구하고, 총 전류를 풀고, 모든 전압 강하를 풀 수 있었을 것입니다. 마찬가지로 단순 병렬이라면 분기 전류들을 풀고, 분기 전류들을 더해 총 전류를 구하고, 총 전압과 총 전류에서 총 저항을 계산할 수 있었을 것입니다. 그러나 이 회로의 해법은 더 복잡할 것입니다.

표는 여전히 직렬-병렬 결합 회로의 다양한 값들을 관리하는 데 도움이 되지만, 직렬과 병렬에 대한 다른 규칙들을 어떻게 그리고 어디에 적용할지 주의해야 합니다. 물론 옴의 법칙은 여전히 표의 수직 열 내 값들을 결정하는 데 똑같이 작동합니다.

회로의 어느 부분이 직렬이고 어느 부분이 병렬인지 식별할 수 있다면, 한 번에 한 부분씩 접근하며 적절한 규칙을 사용하여 전압, 전류, 저항 관계를 결정하는 단계별 분석이 가능합니다. 이 장의 나머지는 이를 수행하는 기술들을 보여주는 데 전념할 것입니다.

핵심 정리

• 직렬과 병렬 회로의 규칙들은 두 유형의 상호연결을 모두 포함하는 회로에 선택적으로 적용되어야 합니다.

관련 워크시트

• 직렬-병렬 DC 회로 워크시트