병렬회로

병렬회로는 회로요소를 병렬로만 연결해서 구성한 전기회로이다.

전기회로는 전류가 흐르는 통로로서, 여러 개의 회로소자 또는 회로요소(circuit element)를 서로 접속하여 구성한다. 회로요소는 전기회로를 구성하는 소자를 뜻하며, 저항(resistor), 축전기(capacitor), 인덕터(inductor)가 대표적인 회로요소들이다.

그림 1. 실제 회로 기판들 ()

그림 1은 실제 회로요소들로 이루어진 회로 실물 모습을 보여준다.

전류는 전기의 흐름이며, 전기가 흐르도록 만들어 준 길을 전기회로라고 할 수 있다. 전기회로는 일반적으로 전류의 흐름을 제어하는 회로요소를 우선 배치하고, 이 회로요소들을 도선들로 연결함으로써 이루어진다. 전기회로를 구성하는 이유는 회로에 전기에너지를 가해 주고 원하는 형태의 에너지로 다양하게 변환시키거나, 전기적인 신호를 원하는 대로 처리하기 위함이다. 회로를 구성하는 기본 요소로는 가해 주는 전기에너지에 해당하는 전원(power), 전기에너지를 받아 원하는 기능을 수행하는 부하(load), 이 둘을 연결해 주는 전선(conducting wire) 등이 있다. 회로는 일상생활에서 사용되는 수많은 전자 및 전기 제품에서 널리 사용되고 있으며, 그만큼 그 종류 또한 다양하다. 일반적으로 널리 사용되는 분류에 대해 몇 가지 예를 들자면 다음과 같다.

두 번째 회로 분류에서 회로요소를 병렬연결하는가 직렬연결하는가에 따라 병렬회로와 직렬회로로 분류되어 있다. 병렬연결이란 회로요소를 일렬로 놓지 않고 옆으로 나란히 놓아 동시에 연결했다는 뜻이다. 즉, 각 회로요소의 앞부분들이 같이 한쪽 도선에 연결되고, 끝부분들도 같이 다른 한쪽 도선에 연결된다. 직류 전압원과 저항으로 이루어진 간단한 회로를 예를 들어 병렬회로를 설명해 보자. 그림 1은 저항 두 개를 병렬로 연결한 병렬회로이다.

그림 2. 저항 두 개를 병렬로 연결한 병렬회로 (출처:한국물리학회)

병렬회로에서는 각 회로요소에 걸리는 전압은 동일하고, 회로에 흐르는 전류는 각 회로요소에 걸리는 부하에 따라 나뉘어 흐른다. 그림 2를 예로 들어서 설명해 보자면, 이 전기회로는 직류 전압 4 V와 2 Ω, 4 Ω인 저항 두 개로 이루어져 있는데, 두 저항에 걸리는 전압은 4 V로 동일하지만, 각 저항에 흐르는 전류는 전체 전류의 크기 3 A가 저항의 크기에 반비례하여 2 A와 1 A로 나뉘어 흐르게 된다. 병렬회로에서는 각 회로요소에 흐르는 전류의 합이 그 회로에 흐르는 전체 전륫값과 같다.

병렬회로의 회로요소들은 같은 종류의 회로요소들이 병렬연결되어 있는 경우, 그 모두를 합하여 한 개의 유효한 회로요소(equivalent element)로 여기고 회로를 해석할 수 있다. 저항의 경우, 여러 개의 저항이 병렬연결되어 있을 때, 아래와 같은 식을 이용하여 총 저항값을 구할 수 있다. @@NAMATH_INLINE@@n@@NAMATH_INLINE@@개의 저항 @@NAMATH_INLINE@@R_1@@NAMATH_INLINE@@, @@NAMATH_INLINE@@R_2@@NAMATH_INLINE@@, @@NAMATH_INLINE@@R_3@@NAMATH_INLINE@@,...,@@NAMATH_INLINE@@R_n@@NAMATH_INLINE@@이 병렬연결되어 있다고 하자. 이 병렬연결의 총 저항 @@NAMATH_INLINE@@R_{eq}@@NAMATH_INLINE@@은 @@NAMATH_DISPLAY@@\frac{1}{R_{eq}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + ... + \frac{1}{R_n}@@NAMATH_DISPLAY@@에서 구할 수 있다. 축전기의 경우, @@NAMATH_INLINE@@n@@NAMATH_INLINE@@개의 축전기 @@NAMATH_INLINE@@C_1@@NAMATH_INLINE@@, @@NAMATH_INLINE@@C_2@@NAMATH_INLINE@@, @@NAMATH_INLINE@@C_3@@NAMATH_INLINE@@,...,@@NAMATH_INLINE@@C_n@@NAMATH_INLINE@@ 가 병렬연결되어 있는 경우, 이 병렬연결의 총 전기용량 @@NAMATH_INLINE@@C_{eq}@@NAMATH_INLINE@@는 @@NAMATH_DISPLAY@@C_{eq} = C_1 + C_2 + C_3 + ... + C_n@@NAMATH_DISPLAY@@의 관계식으로부터 구할 수 있다. 인덕터의 경우, @@NAMATH_INLINE@@n@@NAMATH_INLINE@@개의 인덕터 @@NAMATH_INLINE@@L_1@@NAMATH_INLINE@@, @@NAMATH_INLINE@@L_2@@NAMATH_INLINE@@, @@NAMATH_INLINE@@L_3@@NAMATH_INLINE@@,...,@@NAMATH_INLINE@@L_n@@NAMATH_INLINE@@가 병렬연결되어 있는 경우, 이 병렬연결의 총 자체인덕턴스 @@NAMATH_INLINE@@L_{eq}@@NAMATH_INLINE@@는 @@NAMATH_DISPLAY@@\frac{1}{L_{eq}} = \frac{1}{L_1} + \frac{1}{L_2} + \frac{1}{L_3} + ... + \frac{1}{L_n}@@NAMATH_DISPLAY@@에서 구할 수 있다.