직렬 및 병렬 회로도는 전자 설계의 기본이며, 전력망이나 신경망과 같은 복잡한 시스템을 이해하는 데 필요한 단순화된 모델 역할을 합니다. 엔지니어는 이러한 회로도의 핵심 특성과 설계 기법을 숙지함으로써 개념 증명부터 제품 구현까지 전체 과정을 효율적으로 진행할 수 있습니다. 이 글에서는 직렬 및 병렬 회로도에 대한 소개를 제공합니다.
전류는 전원 공급 장치의 양극 단자에서 발생하여 각 부품(예: 저항, 전구, 모터 등)을 순차적으로 통과한 후 전원 공급 장치의 음극 단자로 돌아와 단일 폐회로 구조를 형성합니다. 전류는 한 방향으로만 흐르며 부품들은 직렬로 연결됩니다.
전류 보존: 각 구성 요소를 통과하는 전류는 동일합니다(I=I1=I2=...=In).
전압 중첩: 전체 전압은 각 구성 요소의 부분 전압의 합과 같습니다(U=U1+U2+...+Un).
결함 연쇄 반응: 어느 한 부품이 파손되면 전체 회로가 고장납니다.
불균일한 전압 분배 위험: 구성 요소의 저항이 크게 다를 경우 일부 구성 요소에 과전압이 발생할 수 있습니다(예: 와트수가 다른 전구를 직렬로 연결하는 경우 와트수가 낮은 전구가 타버릴 가능성이 더 높습니다).
오류 민감성: 단일 구성 요소의 오류로 인해 전체가 마비될 수 있으며 중복 설계가 부족합니다.
전력 제한: 총 전력은 최소 정격 구성 요소(P=I2 ⋅ R)에 의해 제한되므로 구성 요소 매개변수를 신중하게 선택해야 합니다.
고전압 요구 사항
직렬로 연결된 배터리 팩: 손전등은 1.5V 건전지 두 개를 직렬로 연결하여 총 전압 3V를 얻습니다.
전기 자동차 전원: 리튬 배터리 팩은 전압을 높이기 위해 직렬로 연결됩니다(예를 들어, 48V 전기 자동차는 직렬로 연결된 16개의 3V 배터리로 구성됩니다).
전류 제한 및 보호
LED 구동 회로: 직렬 저항은 과부하로 인해 LED가 손상되는 것을 방지하기 위해 전류를 안전 범위(예: 20mA)로 제한합니다.
전압 샘플링: 전압 모니터링 회로에서 직렬 저항은 고전압을 ADC가 읽을 수 있는 저전압 신호로 변환합니다.
특수 기능 구현
지연 회로: 대용량 커패시터와 저항을 직렬로 연결하고 충전 시간 상수(τ=RC)를 사용하여 지연 효과를 얻습니다.
온도 감지: 서미스터(NTC)는 회로에 직렬로 연결되어 전압 변화를 통해 온도 변화를 반영합니다.
여러 개의 부품이 헤드와 테일 양쪽에서 서로 연결되어 여러 개의 독립적인 가지를 형성하는 회로 구조입니다. 이를 통해 전류가 여러 경로를 통해 흐르고 부품들이 병렬로 배치됩니다.
일정 전압: 각 분기의 양쪽 끝의 전압은 동일합니다(U=U1=U2=...=Un).
전류 분포: 총 전류는 각 분기의 전류의 합과 같습니다(I=I1+I2+...+In).
독립적인 작동: 모든 분기의 회로 차단기는 다른 분기에 영향을 미치지 않습니다(예: 가정 조명 시스템의 전구는 서로 간섭하지 않습니다).
저항 매칭 위험: 분기 저항 차이가 너무 크면 일부 분기에 과도한 전류가 발생할 수 있습니다(예를 들어, 서로 다른 와트수의 전구를 병렬로 연결할 때, 고와트 전구가 과부하될 수 있습니다).
배선의 복잡성: 구성 요소의 수가 증가함에 따라 전선 연결 지점의 수도 늘어나 접촉 불량이나 단락 문제가 발생할 수 있습니다.
불균일한 전력 분배: 총 전력은 전원 공급 장치 용량(P = U⋅I)에 의해 제한됩니다. 전원 공급 장치가 충분한 전류를 공급할 수 있는지 확인하십시오.
가정용 전기 시스템
병렬 설계: 모든 전기 제품(예: 냉장고, 에어컨, TV)은 220V 전원에 병렬로 연결되어 독립적으로 켜고 끌 수 있으며 전압이 안정적입니다.
장점: 직렬로 연결된 단일 기기의 고장으로 인해 집 전체의 정전이 발생하는 문제를 피할 수 있습니다.
전원 공급 장치 중복 설계
배터리의 병렬 연결: 여러 개의 동일한 배터리를 병렬로 연결하면 전압을 일정하게 유지하면서 총 용량(배터리 수명)을 늘릴 수 있습니다(예를 들어, 3.7V 리튬 배터리 두 개를 병렬로 연결하면 출력은 3.7V로 유지되지만 용량은 두 배가 됩니다).
응용분야: 무인 항공기 배터리 팩, 모바일 전원 공급 장치.
현재 확장 및 현재 분할
고전류 부하: 여러 개의 저전력 저항기(예: 전력 증폭기의 션트 저항기)를 병렬로 연결하여 고전류를 공유합니다.
전류 샘플링: 병렬 분기에 작은 저항기를 직렬로 연결하고 전압 강하를 측정하여 간접적으로 총 전류를 얻습니다(예: 모터 구동 회로).
1. ProcessOn은 온라인으로 회로도를 제작할 수 있는 전문적인 다이어그래밍 도구입니다. 먼저 ProcessOn 파일 페이지로 이동하여 회로도를 만드세요.
2. 회로도에서 전원공급장치, 스위치, 전자부품 등의 부품을 캔버스 중앙으로 끌어다 놓고, 회로부품의 중심선을 끌어서 회로도의 동작과정에 맞게 부품을 연결합니다.
3. 회로도를 그린 후 전자 부품 기호 와 연결 순서 가 올바른지 확인하세요 .
ProcessOn 템플릿 커뮤니티에는 참조할 수 있는 다양한 회로도 템플릿이 포함되어 있으며, 복사 및 재사용을 지원하여 도면 효율성을 개선합니다.
간단한 구조와 잘 정의된 물리 법칙을 갖춘 직렬 회로는 전압 분배, 전류 제한 또는 고전압이 필요한 상황에서 핵심적인 역할을 합니다. 전압 안정성, 고장 분리, 그리고 확장 가능한 전류를 갖춘 병렬 회로 또한 현대 전자 시스템에서 필수적인 기본 구조가 되었습니다. 실제 회로에서는 직렬 및 병렬 연결이 종종 함께 사용됩니다. 복잡한 회로를 더 잘 분석하려면 직렬 및 병렬 연결의 원리와 설계 핵심 사항을 이해하는 것이 중요합니다.
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