[회로이론] 직렬 병렬 구분하는 법 (Circuit theory, series, parallel, division, calculation, inductance, capacitance, equivalent resistance, current, component)

질문 요약

회로 내 13미리헨리 값을 계산할 때 3과 10을 직렬로 연결하면 7과 13을 병렬로 계산해야 되는데, 값이 맞지 않습니다. 또한 7과 3을 직렬로 연결하고 10과 병렬로 계산하면 값은 맞으나, 7과 3을 직렬로 연결하면 다시 10과 직렬이 되는지 헷갈립니다. 직렬과 병렬 구분이 어려워 전류 흐름을 기준으로 하는데 혼란스러워요. 올바르게 연결했는지 모르겠습니다. 계산값이 맞지 않는 이유는 무엇인가요? (질문 시 사용한 이미지: https://drive.google.com/uc?id=1_fWJi-Tcs8PusH4S2QfBUl1SdK_ny6R5)

답변 요약

우선, 직렬과 병렬 연결의 기본 정의를 이해하는 것이 중요합니다. 등가저항, 인덕턴스, 커패시턴스를 구할 때는 어디서 바라보는지가 중요합니다. a, b 단자를 표시한 후 나머지 소자들을 간단히 하십시오. 질문하신 회로에서는 a 단자로부터 흘러나오는 전류가 있기 때문에 3옴과 7옴은 직렬 연결이 아닙니다. 따라서 연결을 다시 생각해야 합니다. 아래 그림을 참고하여 회로의 변형 과정을 따라 직렬과 병렬을 구분해 보세요. (답변 시 첨부한 이미지: https://file.unistudy.co.kr/Data/SEDATA/hanna714__20240522034334.png, https://file.unistudy.co.kr/Data/SEDATA/hanna714__20240522034411.jpg)

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[회로이론] 직렬 병렬 구분하는 법

회로를 분석하거나 설계할 때, 직렬 및 병렬 연결을 올바르게 이해하고 사용하는 것이 매우 중요합니다. 이는 회로의 전체 저항, 인덕턴스, 커패시턴스 등을 계산하는 데 직접적으로 영향을 미치기 때문입니다. 이번 글에서는 직렬과 병렬 연결의 기본 개념을 살펴보고, 주어진 회로 내에서 어떻게 이들을 구분하고 계산할 수 있는지에 대해 다룰 것입니다.

직렬 연결과 병렬 연결의 기본 정의

먼저 직렬 연결과 병렬 연결의 기본 정의를 알아보겠습니다.

1. 직렬 연결: 소자들이 하나의 경로로 연결되어 있어, 전류가 한 소자를 지나면 다음 소자로 그대로 흐르는 형태입니다. 이 경우, 전체 저항은 각 소자의 저항을 합한 값과 같습니다.
2. 병렬 연결: 소자들이 여러 경로로 나뉘어 연결되어 있어, 전류가 여러 갈래로 나뉘어 흐르는 형태입니다. 이 경우, 전체 저항은 각 소자의 저항의 역수의 합의 역수로 구할 수 있습니다.

수식으로 나타내면 다음과 같습니다:

• 직렬 연결의 경우: \( R_{total} = R_1 + R_2 + \cdots + R_n \)
• 병렬 연결의 경우: \( \frac{1}{R_{total}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \cdots + \frac{1}{R_n} \)

회로 내 소자의 직렬 및 병렬 연결 예제

질문에서 주어진 회로를 분석해 보겠습니다. 주어진 회로 내에서 13mH의 값을 계산하려면 3mH와 10mH를 직렬로 연결하고, 7mH와 13mH를 병렬로 계산해야 한다고 언급하셨습니다. 하지만, 계산이 맞지 않으셨다고 하셨습니다. 이를 해결하기 위해 회로의 변형 과정을 따라가면서, 올바르게 직렬과 병렬을 구분해 보겠습니다.

참고로 질문 시 사용한 이미지를 다시 첨부합니다:

위 이미지를 보고, 각 소자의 연결 상태를 확인해 보겠습니다.

회로의 직렬 및 병렬 연결 확인

먼저, 3mH와 10mH 인덕터가 직렬로 연결되어 있는지 확인해 보겠습니다. 직렬 연결의 경우, 동일한 전류가 흐르는 하나의 경로로 연결되어 있어야 합니다. 따라서 3mH와 10mH 인덕터가 직렬로 연결된 경우, 두 인덕터의 합이 됩니다:

직렬 연결:

\( L_{total} = L_1 + L_2 = 3mH + 10mH = 13mH \)

그 다음, 7mH와 13mH 인덕터가 병렬로 연결된 경우를 살펴보겠습니다. 병렬 연결의 경우, 각 소자에 걸리는 전압이 동일하고 전류는 나뉘어 흐릅니다. 병렬 연결에서의 전체 인덕턴스는 다음과 같이 계산됩니다:

병렬 연결:

\[ \frac{1}{L_{total}} = \frac{1}{L_1} + \frac{1}{L_2} \]

따라서 7mH와 13mH 인덕터가 병렬로 연결된 경우:

\[ \frac{1}{L_{total}} = \frac{1}{7mH} + \frac{1}{13mH} \]

이를 계산하면 다음과 같습니다:

\[ \frac{1}{L_{total}} = \frac{1}{7} + \frac{1}{13} = 0.142857 + 0.076923 = 0.219780 \]

따라서 전체 인덕턴스 \( L_{total} \)는:

\[ L_{total} = \frac{1}{0.219780} \approx 4.55mH \]

위의 계산 결과는 주어진 13mH와 일치하지 않음을 알 수 있습니다. 따라서, 처음 주어진 회로의 연결이 올바르지 않았음을 알 수 있습니다. 이제 올바른 방법으로 다시 계산해 보겠습니다.

다시 계산해 보기

3mH와 7mH를 직렬로 연결한 후, 10mH와 병렬로 계산하는 경우를 살펴보겠습니다. 먼저 3mH와 7mH를 직렬로 연결하면:

직렬 연결:

\( L_{total} = L_1 + L_2 = 3mH + 7mH = 10mH \)

그 다음, 이 10mH와 주어진 10mH 인덕터를 병렬로 연결하면:

병렬 연결:

\[ \frac{1}{L_{total}} = \frac{1}{10mH} + \frac{1}{10mH} \]

이를 계산하면 다음과 같습니다:

\[ \frac{1}{L_{total}} = \frac{1}{10} + \frac{1}{10} = 0.1 + 0.1 = 0.2 \]

따라서 전체 인덕턴스 \( L_{total} \)는:

\[ L_{total} = \frac{1}{0.2} = 5mH \]

즉, 이 경우에도 주어진 13mH와 일치하지 않습니다. 따라서 처음 주어진 회로의 연결이 올바르지 않음을 알 수 있으며 다시 회로를 분석해 보아야 할 필요가 있습니다.

결론

직렬 및 병렬 연결의 정의를 올바르게 이해하고, 각 소자의 연결 상태를 정확히 파악하는 것이 중요합니다. 주어진 회로 내에서 직렬 및 병렬 연결을 올바르게 구분하고 계산하기 위해서는, 각 소자의 연결 상태를 정확히 이해하고, 전류와 전압의 흐름을 기준으로 판단해야 합니다. 질문에서 언급한 회로의 경우, 제시된 13mH 값이 일치하지 않음을 확인할 수 있었습니다. 따라서, 올바른 회로 연결 상태를 다시 한번 검토해 보아야 합니다.

또한, 답변 시 참고한 이미지도 다시 확인해 보세요:

이 글이 회로이론을 이해하는 데 도움이 되길 바랍니다!

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