1. 개요
직렬·병렬 연결은 구성 요소가 연결되는 방식에 대한 개념이다. 각각의 연결 방식을 부를 때 뒤에 '연결'이라는 단어를 빼고, 짧게 직렬·병렬이라고도 부른다, 각각에 대한 대한 정의는 다음과 같다.직렬·병렬은 여러 분야에서 다양한 의미로 사용되는 용어이므로 참고하자.
- 회로이론에서는 전지, 저항기, 커패시터, 인덕터에 대한 직렬·병렬 연결을 배우게 된다. (직렬 회로·병렬 회로)
- 기계공학에서는 스프링에 대한 직렬·병렬 연결을 배우게 된다.
- 통신 시스템 또는 프로토콜 분야에서는 데이터를 통신하는 방식에 대한 직렬·병렬 연결을 배우게 된다. (직렬 통신·병렬 통신 / 직렬 포트·병렬 포트)
- 컴퓨터 공학에서는 병렬 컴퓨팅을 배우게 된다.
2. 전지
2.1. 직렬 연결
전지의 직렬 연결 |
전지의 직렬 연결: 전지의 (+)극을 다음 전지의 (-)극과 연결하는 방식
- 특징
- 전압 증가: 각 전지의 전압이 합산됨 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 전류 동일: 회로 전체에 흐르는 전류는 모든 전지에서 동일함 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 전지 하나가 완전히 고장이 나서 회로가 끊기면, 전체 회로에 전류가 흐르지 못함
- 응용: 높은 전압이 필요한 장치에 사용됨
2.2. 병렬 연결
전지의 병렬 연결 |
전지의 병렬 연결: 모든 전지의 (+)극끼리, (-)극끼리 각각 연결하는 방식
- 특징
- 전압 일정: 전체 전압은 개별 전지의 전압과 동일함 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 전류 증가: 전류 용량이 각 전지의 전류 용량 합산만큼 증가함 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 전지 하나가 고장나더라도 나머지 전지들이 전력을 공급할 수 있음
- 응용: 오래 지속되는 전력이 필요한 장치에 사용
3. 저항기
3.1. 직렬 연결
저항기의 직렬 연결: 저항기들이 하나의 직선 경로로 연결되어, 전류가 각 저항을 차례대로 통과하는 방식- 특징
- 전류: 모든 저항기를 통과하는 전류는 동일함 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 전압: 각 저항기에 걸리는 전압은 다를 수 있으며, 전체 전압은 각 저항기에 걸린 전압의 합임 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 등가 저항: 직렬 연결에서는 전체 저항(등가 저항)이 각 저항값의 합으로 계산됨 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 응용: 전류를 제한하거나, 여러 저항을 합쳐 원하는 저항값을 만드는 데 사용
3.2. 병렬 연결
저항기의 병렬 연결: 저항기들이 여러 갈래로 나뉘어 연결되어, 전류가 각 저항기로 나누어 흐르는 방식- 특징
- 전류: 각 저항을 통과하는 전류는 다를 수 있으며, 전체 전류는 각 갈래의 전류 합임 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 전압: 모든 병렬 연결된 저항기에 걸리는 전압은 동일함 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 등가 저항: 병렬 연결에서는 전체 저항(등가 저항)이 다음 식으로 계산 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 응용: 특정 저항값을 줄이거나, 전류 분배를 목적으로 사용
4. 커패시터
4.1. 직렬 연결
커패시터의 직렬 연결: 커패시터들이 하나의 직선 경로로 연결된 방식- 특징
- 전류 일정: 직렬로 연결된 커패시터에서는 모든 커패시터를 통과하는 전류가 동일함 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 전체 용량 감소: 직렬 연결에서는 전체 등가 커패시턴스가 개별 커패시턴스보다 작아지는데, 이는 커패시터들이 서로 전하를 공유하기 때문임 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 전압 분배: 각 커패시터에 걸리는 전압은 다를 수 있으며, 전체 전압은 각 커패시터에 걸린 전압의 합임 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 전하 일정: 모든 커패시터에 저장된 전하량은 동일함 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 응용: 높은 전압이 필요한 회로에서 사용. 직렬 연결로 각 커패시터에 걸리는 전압을 나눌 수 있음
4.2. 병렬 연결
커패시터의 병렬 연결: 커패시터들이 여러 갈래로 나뉘어 병렬로 연결된 방식- 특징
- 전류 합산: 전체 전류는 각 커패시터를 통과하는 전류의 합과 같음 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 전체 용량 증가: 병렬 연결에서는 전체 등가 커패시턴스가 개별 커패시턴스의 합임 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 전압 일정: 모든 커패시터에 걸리는 전압은 동일함 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 전하 분배: 각 커패시터가 저장하는 전하량은 다를 수 있으며, 전체 전하량은 각 커패시터에 저장된 전하량의 합임 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 응용: 높은 전류를 공급해야 하거나, 용량을 증대시켜 더 많은 전하를 저장하려는 경우 사용
5. 인덕터
5.1. 직렬 연결
인덕터의 직렬 연결: 인덕터들이 하나의 직선 경로로 연결된 방식- 특징
- 전체 인덕턴스 증가: 직렬 연결된 인덕터들은 같은 전류를 공유하며, 자기장도 합산되므로 전체 유도값이 증가됨. 직렬 연결에서는 전체 등가 인덕턴스가 각 인덕터의 인덕턴스 값의 합으로 계산됨 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 전류 일정: 모든 인덕터에 흐르는 전류는 동일함 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 전압 분배: 각 인덕터에 걸리는 전압은 서로 다를 수 있으며, 전체 전압은 각 인덕터에 걸린 전압의 합임 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 응용: 높은 인덕턴스가 필요한 회로에서 사용 (예: 필터 회로, RF 회로)
5.2. 병렬 연결
인덕터의 병렬 연결: 인덕터들이 병렬로 나뉘어 각기 독립적인 경로를 가지는 방식- 특징
- 전체 인덕턴스 감소: 병렬 연결된 인덕터는 각기 다른 전류를 분배하며, 전체 유도값은 감소함. 즉, 병렬 연결에서는 전체 등가 인덕턴스가 다음 식으로 계산됨 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 전압 일정: 모든 인덕터에 걸리는 전압은 동일함 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 전류 분배: 각 인덕터에 흐르는 전류는 다르며, 전체 전류는 각 경로의 전류 합임 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 응용: 낮은 인덕턴스를 필요로 하는 회로에서 사용 (예: 전류 스무딩, 에너지 분배)
6. 스프링
6.1. 직렬 연결
스프링의 직렬 연결: 여러 스프링이 한 직선 경로로 연결되어, 하중이 각 스프링을 차례대로 통과하는 방식- 특징
- 변형: 각 스프링에 걸리는 하중은 동일하지만, 각 스프링의 변형(늘어나는 정도)은 다를 수 있음
- 전체 강성: 스프링이 직렬로 연결되면 전체 강성은 각 스프링의 강성 값(스프링 상수)의 합으로 계산됨. 직렬 연결에서는 전체 강성이 감소함 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 응용: 진동 시스템, 충격 흡수 시스템 등에서 스프링이 직렬로 연결된 경우. 전체 시스템의 강성을 줄여서 더 큰 변형을 허용하거나, 충격을 흡수하는데 유리
6.2. 병렬 연결
스프링의 병렬 연결: 여러 스프링이 같은 하중을 나누어 받는 방식- 특징
- 변형: 각 스프링에 걸리는 변형은 동일하지만, 각 스프링의 하중은 다를 수 있음
- 전체 강성: 병렬 연결된 스프링의 전체 강성은 각 스프링 강성의 합으로 계산됨. 병렬 연결에서는 강성이 증가함 {{{#!wiki style="text-align: center"
- 응용: 하중을 여러 스프링에 나누어 주어 전체 시스템의 강성을 증가시킬 때 사용
7. 통신 시스템
7.1. 직렬 통신
통신 시스템에서 직렬 통신: 직렬 통신에서는 데이터를 한 비트씩 순차적으로 전송함. 즉, 데이터는 한 개의 채널을 통해 전송되며, 한 번에 하나의 비트만 이동함- 프로토콜: 직렬 통신에서 사용하는 프로토콜에는 RS-232, USB, I2C, SPI|, PCI Express, CAN, 이더넷, HDMI, MIDI, SATA 등이 있음.
- 특징: 케이블이나 회로 설계가 간단하고, 긴 전송 거리를 지원함
직렬 통신 자세한 내용은 직렬 통신 문서 참고하십시오.
7.2. 병렬 통신
통신 시스템에서 병렬 통신: 병렬 통신에서는 여러 비트를 동시에 여러 채널을 통해 전송함. 즉, 각 비트는 별도의 데이터 라인에서 전송되어 한 번에 여러 비트가 동시에 전달됨- 프로토콜: 병렬 통신에서 사용되는 대표적인 프로토콜은 ATA 등이 있음
- 특징: 한 번에 여러 비트를 전송하므로 상대적으로 높은 데이터 전송 속도를 얻을 수 있음
병렬 통신 자세한 내용은 병렬 통신 문서 참고하십시오.