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직렬 연결과 병렬 연결의 차이: 전류·전압·합성 저항·커패시터·전지 비교

부품을 한 줄로 잇는 것이 직렬 연결, 양 끝을 맞추어 나란히 놓는 것이 병렬 연결입니다. 직렬에서는 모든 부품에 같은 전류가 흐르고 전압이 부품마다 나뉩니다. 병렬에서는 모든 부품에 같은 전압이 걸리고 전류가 부품마다 나뉩니다. 그래서 저항은 직렬에서는 값의 합이 되고, 병렬에서는 역수의 합의 역수가 되어 가장 작은 저항보다도 더 작아집니다. 커패시터만은 식이 반대여서, 병렬에서 합, 직렬에서 역수의 합의 역수가 됩니다.

비교 항목직렬 연결병렬 연결
공통이 되는 양전류(모든 부품에 같은 전류가 흐른다)전압(모든 부품에 같은 전압이 걸린다)
나뉘는 양전압. 저항의 크기에 비례해 나뉜다(분압). 12 V에 2 kΩ과 1 kΩ이면 8 V와 4 V전류. 저항의 크기에 반비례해 나뉜다(분류). 3 A를 10 Ω과 20 Ω에 흘리면 2 A와 1 A
합성 저항R = R1 + R2 + …. 100 Ω, 200 Ω, 300 Ω이면 600 Ω1/R = 1/R1 + 1/R2 + …. 100 Ω, 200 Ω, 300 Ω이면 약 54.5 Ω. 2개라면 곱÷합
합성 용량(커패시터)1/C = 1/C1 + 1/C2 + …로 작아진다. 10 µF와 22 µF이면 약 6.88 µFC = C1 + C2 + …로 더해진다. 10 µF와 22 µF이면 32 µF
합성 인덕턴스(자기적 결합이 없을 때)L = L1 + L2 + …(저항과 같은 형태)1/L = 1/L1 + 1/L2 + …(저항과 같은 형태)
전력이 큰 부품전류가 같으므로 저항이 큰 쪽(P = I²R)전압이 같으므로 저항이 작은 쪽(P = V²/R). 같은 값 2개라면 전력은 절반씩이 되지만, 정격에는 여유(디레이팅)를 둔다
하나가 끊어졌을(개방되었을) 때회로 전체의 전류가 멈춘다다른 부품에는 전류가 계속 흐른다
전지를 연결했을 때전압이 더해진다(1.5 V 건전지 2개로 3 V). 용량(mAh)은 1개분 그대로전압은 1개분 그대로. 용량이 더해져 오래 간다
전자 회로에서의 예분압 회로, LED 전류를 제한하는 저항, 열저항의 누적(접합부 → 케이스 → 방열기)파워 MOSFET을 나란히 놓아 온 저항을 낮추기, 비아나 전원 배선을 여러 개 나란히 놓아 IR 드롭 줄이기, 디커플링 커패시터, 가정의 콘센트

수치는 대략적인 자릿수 기준이며, 공정 세대와 제품에 따라 달라져요.

상황별 선택 기준

직렬 연결
전압을 나누고 싶을 때(분압 회로), 모든 부품에 같은 전류를 흘리고 싶을 때(여러 LED를 같은 전류로 켜는 등), 전지로 높은 전압을 만들고 싶을 때 씁니다.
병렬 연결
어느 부품에나 같은 전압을 걸고 하나가 끊어져도 나머지를 계속 동작시키고 싶을 때(가정의 배선), 저항을 낮추거나 흘릴 수 있는 전류나 정전 용량을 늘리고 싶을 때 씁니다.

자주 묻는 질문

병렬로 하면 합성 저항이 작아지는 이유는 무엇인가요?

전류가 지나는 길이 늘어나, 같은 전압에 대해 전체에 흐르는 전류가 늘어나기 때문입니다. 옴의 법칙 R = V/I에서 전류가 늘면 합성 저항은 작아집니다. 어떤 값의 저항을 병렬로 더해도 합성 저항은 가장 작은 저항보다 작아지며, 6 Ω과 3 Ω의 병렬은 18 ÷ 9 = 2 Ω입니다.

커패시터만 직렬과 병렬의 식이 반대가 되는 이유는 무엇인가요?

평행판 커패시터의 용량은 C = εS/d(S: 극판의 면적, d: 극판의 간격)이며, 병렬로 연결하는 것은 극판의 면적을 넓히는 것, 같은 커패시터를 직렬로 연결하는 것은 극판의 간격을 넓히는 것에 해당하기 때문입니다. 식으로 보면 직렬에서는 각 커패시터에 같은 전하 Q가 쌓이고 전압 Q/C1 + Q/C2 + …가 더해지므로 1/C = 1/C1 + 1/C2 + …가 됩니다.

분압 회로에 부하를 연결하면 출력 전압이 내려가는 이유는 무엇인가요?

부하가 아래쪽 저항과 병렬이 되어 그 부분의 합성 저항이 작아지기 때문입니다. 10 V를 10 kΩ과 10 kΩ으로 나누면 출력은 5 V이지만, 아래쪽에 10 kΩ의 부하를 연결하면 아래쪽은 5 kΩ이 되어 출력은 10 × 5/15 ≈ 3.33 V로 내려갑니다. 분압 저항을 부하보다 충분히 작게 하거나, 버퍼(전압 팔로워)로 받습니다.

전지를 병렬로 연결할 때 주의할 점은 무엇인가요?

전압이 다른 전지를 병렬로 연결하면 전압이 높은 전지에서 낮은 전지로 전류가 흘러듭니다. 같은 종류이고 잔량이 비슷한 전지끼리 연결합니다. 리튬 이온 전지를 조합할 때는 직렬이든 병렬이든 전지마다 전압을 감시하는 보호 회로를 씁니다.

이해도 확인

100 Ω, 200 Ω, 300 Ω인 저항 3개를 직렬로 연결했을 때의 합성 저항은?

  1. A약 55 Ω
  2. B600 Ω
  3. C200 Ω
정답과 해설 보기

정답: B. 600 Ω

직렬 연결의 합성 저항은 각 저항의 합으로, 100 + 200 + 300 = 600 Ω입니다. 직렬에서는 3개의 저항에 같은 전류가 흐르고, 전압은 저항값에 비례하여 나뉩니다. 예를 들어 12 V를 가하면 전류는 12 V/600 Ω = 20 mA이고, 각 저항의 전압은 2 V, 4 V, 6 V가 됩니다. 같은 3개를 병렬로 연결하면 합성 저항은 가장 작은 100 Ω보다 작은 약 55 Ω이 됩니다.

6 Ω과 3 Ω의 저항을 병렬로 연결했을 때의 합성 저항은?

  1. A2 Ω
  2. B9 Ω
  3. C4.5 Ω
정답과 해설 보기

정답: A. 2 Ω

저항 2개를 병렬로 연결한 합성 저항은 R1R2/(R1 + R2)(합분의 곱)로, 6 × 3/(6 + 3) = 18/9 = 2 Ω입니다. 역수의 합 1/6 + 1/3 = 1/2의 역수로도 구할 수 있습니다. 병렬 합성 저항은 가장 작은 저항(3 Ω)보다 작아집니다. 병렬에서는 양쪽에 같은 전압이 걸리고 전류는 저항에 반비례하여 나뉘므로, 3 Ω에는 6 Ω의 2배의 전류가 흐릅니다.

평행판 커패시터에서 극판의 면적을 2배로 하고 극판 간격을 절반으로 하면 정전 용량은 몇 배가 되는가? (극판 사이의 유전체는 바꾸지 않는다)

  1. A1배(변하지 않는다)
  2. B4배
  3. C2배
정답과 해설 보기

정답: B. 4배

평행판 커패시터의 용량은 C = εS/d(ε: 유전율, S: 극판의 면적, d: 간격)로, 면적에 비례하고 간격에 반비례합니다. 면적을 2배로 하면 2배, 간격을 절반으로 하면 다시 2배가 되어 합쳐서 2 × 2 = 4배입니다. 극판 사이를 비유전율 εr인 유전체로 채우면 용량은 εr배가 됩니다. 적층 세라믹 커패시터는 얇은 유전체를 여러 층 겹쳐 큰 용량을 얻습니다.

  1. 12 V의 직류 전원에 전원의 양극 쪽부터 저항 R1 = 2 kΩ, R2 = 1 kΩ 순서로 직렬로 연결했다(R2의 다른 쪽 끝은 음극). R2 양단의 전압은? (출력에서 전류는 꺼내지 않는다)
  2. 10 Ω과 20 Ω의 저항을 병렬로 연결하고 전체에 3 A의 전류를 흘렸다. 20 Ω인 저항에 흐르는 전류는?
  3. 10 V의 직류 전원에 10 kΩ과 10 kΩ의 저항을 직렬로 연결한 분압 회로에서, 아래쪽(그라운드 쪽) 저항에 병렬로 10 kΩ의 부하 저항을 연결했다. 출력 전압(아래쪽 저항 양단의 전압)에 가장 가까운 것은?

전기 회로·전자기학의 기초 문제 풀기

주요 용어 설명

온 저항(on-resistance)
파워 반도체가 켜졌을 때 전류가 흐르는 경로의 저항. 작을수록 도통 시 손실이 적다.
열저항
열이 전달되기 어려운 정도를 나타내는 양으로 단위는 ℃/W. 발생하는 전력에 열저항을 곱하면 온도 상승을 구할 수 있다. 칩 접합부에서 주위 공기까지의 열저항은 θJA로 표기한다.
IR 드롭(IR Drop)
전원 배선의 저항(R)에 전류(I)가 흐르면서 회로에 도달하는 전원 전압이 떨어지는 현상. 회로 지연 증가와 오동작의 원인이 된다.
비아(Via)
다층 배선에서 상하 배선층 사이를 전기적으로 연결하는 도체. 절연막에 뚫은 구멍에 금속을 매립하여 만든다.
디레이팅(Derating)
신뢰성을 높이기 위해 전압·전류·온도 등을 정격 한도까지 쓰지 않고 여유를 두어 사용하는 것. 예를 들어 전압은 정격의 70~80% 이하, 접합 온도는 최대 정격 150 ℃에 대해 125 ℃ 이하로 사용하는 등의 기준을 둔다.

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