직렬연결과 병렬연결 (Series and Parallel Circuit)
쉽게 풀면
직렬연결과 병렬연결의 차이는 도로에 비유하면 이해하기 쉽습니다. 직렬연결은 차가 지나갈 길이 오직 한 줄뿐이고 그 길 위에 신호등(저항)이 여러 개 놓여 있는 상황과 같습니다. 그래서 모든 신호등을 지나는 차의 수(전류)는 어디서나 같지만, 각 신호등을 지날 때마다 시간(전압)이 조금씩 소모되어 전체적으로 나뉘게 됩니다. 반대로 병렬연결은 목적지로 가는 길이 여러 갈래로 나뉘어 있는 상황과 같습니다. 각 길의 출발점과 도착점 사이의 거리(전압)는 모두 같지만, 차들(전류)은 여러 갈래 길로 나뉘어 흐르게 됩니다. 그래서 전구를 직렬로 연결하면 하나만 끊어져도 전체 회로가 멈추지만, 병렬로 연결하면 하나가 꺼져도 나머지는 계속 켜져 있을 수 있습니다.
왜 중요한가
직렬연결과 병렬연결은 전자회로 설계의 가장 기본적인 뼈대이기 때문에, 저항뿐 아니라 축전기·전지·센서 소자를 어떻게 배치하느냐에 따라 회로 전체의 전류·전압 분배와 안정성이 크게 달라집니다. 그래서 회로 설계, 센서 네트워크, 배터리 팩 구성 등을 다루는 공학 논문에서 회로 구조를 설명할 때 빠지지 않고 등장하는 기본 개념입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
이 문장은 저항 세 개를 여러 갈래 길처럼 나란히 연결해서, 전체 회로가 마치 하나의 저항인 것처럼 작동할 때 그 값(등가저항)을 원래보다 더 작게 만들었다는 뜻입니다.
배터리 여러 개를 직렬과 병렬을 함께 사용해, 필요한 전압과 용량을 동시에 확보하도록 설계했다는 뜻입니다.
여러 개의 센서를 병렬로 묶어, 각 센서에 같은 전압이 걸리면서도 서로 다른 신호를 따로따로 측정할 수 있게 했다는 뜻입니다.
조금 더 깊게 보면
실제 회로는 직렬과 병렬이 섞인 형태로 구성되는 경우가 많아, 전체 회로를 몇 개의 직렬·병렬 묶음으로 나누어 순서대로 등가저항을 계산해 나가는 방식이 흔히 쓰입니다. 저항은 직렬일 때 값이 단순히 더해지고 병렬일 때는 역수의 합으로 계산되는 반면, 축전기는 이와 반대로 병렬일 때 값이 더해지고 직렬일 때 역수의 합으로 계산되므로, 소자의 종류에 따라 직렬·병렬 연결이 미치는 영향의 방향이 다르다는 점에 유의해야 합니다.
주의할 점
직렬연결에서는 회로 전체에 흐르는 전류가 어디서나 같고 전압이 각 저항에 나뉘어 걸리는 반면, 병렬연결에서는 각 갈래에 걸리는 전압이 모두 같고 전류가 갈래마다 나뉘어 흐릅니다. 흔히 하는 오해는 전구를 여러 개 연결하면 직렬이든 병렬이든 밝기가 똑같을 것이라고 생각하는 것인데, 실제로는 연결 방식에 따라 옴의 법칙(V = I × R)에 따라 각 전구에 걸리는 전압과 전류가 달라지므로 밝기도 달라집니다.