직렬·병렬

1. 개요2. 전지

2.1. 직렬 연결2.2. 병렬 연결

3. 저항기

3.1. 직렬 연결3.2. 병렬 연결

4. 커패시터

4.1. 직렬 연결4.2. 병렬 연결

5. 인덕터

5.1. 직렬 연결5.2. 병렬 연결

6. 스프링

6.1. 직렬 연결6.2. 병렬 연결

7. 통신 시스템

7.1. 직렬 통신7.2. 병렬 통신

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(直列, series): 구성 요소가 하나의 선형 경로로 연결된 방식
병렬(竝列, parallel): 구성 요소가 여러 갈래로 나뉘어 각각 독립적인 경로를 가지는 방식

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"

[math(V_{total}=V_1+V_2+V_3+\cdots)]}}}

전류 동일: 회로 전체에 흐르는 전류는 모든 전지에서 동일함 {{{#!wiki style="text-align: center"

[math(I_{total}=I_1=I_2=I_3=\cdots)]}}}

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"

[math(V_{total}=V_1=V_2=V_3=\cdots)]}}}

전류 증가: 전류 용량이 각 전지의 전류 용량 합산만큼 증가함 {{{#!wiki style="text-align: center"

[math(I_{total}=I_1+I_2+I_3+\cdots)]}}}

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"

[math(I_{total}=I_1=I_2=I_3=\cdots)]}}}

전압: 각 저항기에 걸리는 전압은 다를 수 있으며, 전체 전압은 각 저항기에 걸린 전압의 합임 {{{#!wiki style="text-align: center"

[math(V_{total}=V_1+V_2+V_3+\cdots)]}}}

등가 저항: 직렬 연결에서는 전체 저항(등가 저항)이 각 저항값의 합으로 계산됨 {{{#!wiki style="text-align: center"

[math(R_{eq}=R_1+R_2+R_3+\cdots)]}}}

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"

[math(I_{total}=I_1+I_2+I_3+\cdots)]}}}

전압: 모든 병렬 연결된 저항기에 걸리는 전압은 동일함 {{{#!wiki style="text-align: center"

[math(V_{total}=V_1=V_2=V_3=\cdots)]}}}

등가 저항: 병렬 연결에서는 전체 저항(등가 저항)이 다음 식으로 계산 {{{#!wiki style="text-align: center"

[math(\frac{1}{R_{eq}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_3}+\cdots)]}}}

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"

[math(I_{eq}=I_1=I_2=I_3=\cdots)]}}}

전체 용량 감소: 직렬 연결에서는 전체 등가 커패시턴스가 개별 커패시턴스보다 작아지는데, 이는 커패시터들이 서로 전하를 공유하기 때문임 {{{#!wiki style="text-align: center"

[math(\frac{1}{C_{eq}}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}+\frac{1}{C_3}+\cdots)]}}}

전압 분배: 각 커패시터에 걸리는 전압은 다를 수 있으며, 전체 전압은 각 커패시터에 걸린 전압의 합임 {{{#!wiki style="text-align: center"

[math(V_{total}=V_1+V_2+V_3+\cdots)]}}}

전하 일정: 모든 커패시터에 저장된 전하량은 동일함 {{{#!wiki style="text-align: center"

[math(Q_{total}=Q_1=Q_2=Q_3=\cdots)]}}}

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"

[math(I_{eq}=I_1+I_2+I_3+\cdots)]}}}

전체 용량 증가: 병렬 연결에서는 전체 등가 커패시턴스가 개별 커패시턴스의 합임 {{{#!wiki style="text-align: center"

[math(C_{eq}=C_1+C_2+C_3+\cdots)]}}}

전압 일정: 모든 커패시터에 걸리는 전압은 동일함 {{{#!wiki style="text-align: center"

[math(V_{total}=V_1=V_2=V_3=\cdots)]}}}

전하 분배: 각 커패시터가 저장하는 전하량은 다를 수 있으며, 전체 전하량은 각 커패시터에 저장된 전하량의 합임 {{{#!wiki style="text-align: center"

[math(Q_{total}=Q_1+Q_2+Q_3+\cdots)]}}}

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"

[math(L_{eq}=L_1+L_2+L_3+\cdots)]}}}

전류 일정: 모든 인덕터에 흐르는 전류는 동일함 {{{#!wiki style="text-align: center"

[math(I_{total}=I_1=I_2=I_3=\cdots)]}}}

전압 분배: 각 인덕터에 걸리는 전압은 서로 다를 수 있으며, 전체 전압은 각 인덕터에 걸린 전압의 합임 {{{#!wiki style="text-align: center"

[math(V_{total}=V_1+V_2+V_3+\cdots)]}}}

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"

[math(\frac{1}{L_{eq}}=\frac{1}{L_1}+\frac{1}{L_2}+\frac{1}{L_3}+\cdots)]}}}

전압 일정: 모든 인덕터에 걸리는 전압은 동일함 {{{#!wiki style="text-align: center"

[math(V_{total}=V_1=V_2=V_3=\cdots)]}}}

전류 분배: 각 인덕터에 흐르는 전류는 다르며, 전체 전류는 각 경로의 전류 합임 {{{#!wiki style="text-align: center"

[math(I_{total}=I_1+I_2+I_3+\cdots)]}}}

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"

[math(\frac{1}{k_{eq}}=\frac{1}{k_1}+\frac{1}{k_2}+\frac{1}{k_3}+\cdots)]}}}

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"

[math(k_{eq}=k_1+k_2+k_3+\cdots)]}}}

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.

직렬·병렬

1. 개요

2. 전지

2.1. 직렬 연결

2.2. 병렬 연결

3. 저항기

3.1. 직렬 연결

3.2. 병렬 연결

4. 커패시터

4.1. 직렬 연결

4.2. 병렬 연결

5. 인덕터

5.1. 직렬 연결

5.2. 병렬 연결

6. 스프링

6.1. 직렬 연결

6.2. 병렬 연결

7. 통신 시스템

7.1. 직렬 통신

7.2. 병렬 통신

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