직렬 · 병렬 회로와 분압
부품 두 개를 이으면 방법은 둘뿐이다. 한 줄로 잇거나(직렬), 나란히 잇거나(병렬). 둘의 차이를 알면 저항 두 개로 원하는 전압을 만드는 분압 회로가 바로 이해된다.
직렬: 전류는 같고 전압은 나뉜다
한 줄로 이으면 전류가 갈 길이 하나뿐이라 모든 부품에 같은 전류가 흐른다. 대신 전원 전압은 부품마다 나뉘어 걸리고, 그 합은 전원 전압과 같다(키르히호프 전압 법칙).
병렬: 전압은 같고 전류는 나뉜다
나란히 이으면 모든 부품 양 끝 전압이 같다. 전류는 갈래마다 나뉘고, 갈래 전류를 모두 더하면 들어온 전류가 된다(키르히호프 전류 법칙). 합성 저항은 가장 작은 저항보다도 작아진다.
같은 저항 두 개를 병렬로 이으면 정확히 절반이 된다. 10 kΩ ∥ 10 kΩ = 5 kΩ.
분압: 직렬에서 나뉜 전압을 꺼내 쓰기
직렬 저항 두 개의 가운데 점에서는 전원 전압의 일부가 나온다. 전류가 같으니 전압은 저항 크기에 비례해 나뉘고, 아래 저항(R2)에 걸린 몫이 출력이다.
쓰임새: 12V 배터리 전압을 3.3V MCU 의 ADC 로 재기, 센서 출력 범위 줄이기, 비교기 · 레귤레이터의 기준 전압 만들기.
부하를 달면 출력이 내려간다
출력에 무언가(RL)를 달면 그것이 R2 와 병렬로 붙는다. 병렬 합성 저항은 R2 보다 작아지므로 출력 전압이 내려간다. 그래서 분압 회로는 전류를 거의 먹지 않는 곳(ADC 입력 · 비교기 입력)에만 쓰고, 전원으로는 쓰지 않는다. 대략 RL 이 R2 의 10배 이상이면 영향이 작다.
저항 두 개 → 출력 전압
원하는 출력 전압 → 저항 쌍 찾기
| R1 | R2 | Vout | 오차 | 전류 |
|---|
흔한 실수
자주 묻는 것
합계 저항은 얼마로 잡나
전류 소모와 잡음 · 부하 영향 사이의 타협이다. 배터리 기기라면 수백 kΩ, 일반 ADC 입력이면 합계 10k~100k 가 흔하다. 출력 저항(R1∥R2)이 ADC 가 견딜 수 있는 값보다 작아야 한다.
12V 를 3.3V MCU 로 재고 싶다
원하는 출력 칸에 3.3V 보다 조금 낮은 값(예: 3.0V)을 넣어 여유를 둔다. 표에서 찾은 쌍의 전류와 출력 저항을 함께 본다.
확인 문제
1 kΩ 과 2 kΩ 을 직렬로 잇고 9V 를 걸면 2 kΩ 에 걸리는 전압은?
9 × 2 ÷ (1 + 2) = 6 V. 전류는 9V ÷ 3 kΩ = 3 mA.
4.7 kΩ ∥ 4.7 kΩ 은?
같은 저항 두 개 병렬이라 절반, 2.35 kΩ.
분압 출력(R2 = 10 kΩ)에 10 kΩ 짜리 부하를 달면?
R2 자리가 10k ∥ 10k = 5 kΩ 이 되어 출력이 크게 내려간다. 부하가 R2 의 10배(100 kΩ) 이상이어야 영향이 작다.