직렬공진 병렬공진 Series Resonance & Parallel Resonance

직렬공진 병렬공진 들어보셨나요? 비슷한 말인 것 같기도 한데 서로 다른 의미입니다. 전기분야에서 공진(Resonance) 현상은 매우 중요한 개념 중 하나인데 이번 글에서는 공진의 두 가지 주요 유형인 직렬공진(Series Resonance)과 병렬공진(Parallel Resonance)에 대해 자세히 알아보겠습니다. 공진은 특정 주파수에서 임피던스의 변화로 인해 전류나 전압이 최대 또는 최소가 되는 현상을 말합니다. 이해를 돕기 위해 각각의 유형을 살펴보겠습니다.

직렬공진 (Series Resonance)

직렬공진은 RLC 직렬 회로에서 교류의 특정 주파수 f에 대해 인피던스가 저항분 R만으로 되어 있는 현상을 의미합니다. RLC 직렬회로에서 임피던스를 다음과 같이 표현할 수 있습니다.

 

Z = R + jX = R + j(wL - 1/wC)

 

 

직렬공진

 

즉, 코일과 콘덴서가 직렬로 연결되어 공진 주파수에서 합성 임피던스의 허수부가 0이 되는 것을 말합니다. 이를 통해 전류가 최대가 되며, 이 상태를 공진이라고도 합니다.

 

공진 주파수 f는 다음과 같이 계산됩니다

 

f = 1 / 2π * Sqrt(LC)

 

여기서 L은 코일의 인덕턴스, C는 콘덴서의 정전용량을 나타냅니다. 공진 주파수에서는 임피던스가 최소가 되므로 회로에서 최대 전류가 흐릅니다. 이러한 현상은 라디오 수신기와 같은 장치에서 특정 주파수의 신호를 감지하고 선택하기 위해 사용됩니다.

 

 

병렬공진 (Parallel Resonance)

병렬공진은 인덕턴스 L과 정전용량 C가 병렬로 연결된 회로에서 발생합니다. 이 현상은 전원의 각 주파수가 공진 주파수인 ω0일 때 임피던스가 최대가 되고, 전류는 최소가 되는 것을 의미합니다. 병렬공진 주파수 ω0는 다음과 같이 정의됩니다.

 

ω0 = 1 / Sqrt(LC)

 

병렬공진

 

여기서 ω는 각 주파수를 나타내며, L은 인덕턴스, C는 정전용량입니다. 병렬공진 상태에서는 코일과 콘덴서에 인가되는 전류가 0이 되는데, 이는 인덕턴스와 정전용량의 피어스 위상 차이 때문입니다. 따라서 전류의 크기가 최소가 됩니다. 이러한 상태를 병렬공진이라고 합니다. 

 

 

 

또한 E와 I는 동상이 되는 경우도 있는데 아래 식에서 ω0에 관한 식

 

여기서 E와 I는 동상이 됩니다.  이것도 병렬공진이라고 합니다.

 

 

 

 

병렬공진은 라디오 수신기와 같은 장치에서 특정 주파수의 신호를 선택하기 위해 사용됩니다. 공진 주파수에서 임피던스가 최대이므로 안테나로부터의 미약한 신호 전류로 비교적 큰 전압을 얻을 수 있습니다.

 

 

결론

직렬공진과 병렬공진은 공진 현상의 두 가지 주요 유형으로, 각각의 장점과 응용 분야가 있으니 각각 확인이 필요합니다.

직렬공진은 주로 임피던스가 최소가 되는 공진 주파수를 이용하여 특정 주파수의 신호를 감지하는 데 사용되며, 병렬공진은 임피던스가 최대가 되는 공진 주파수를 통해 신호를 선택하는 데 적용되는데 무선 통신과 라디오 기술 등 다양한 분야에서 활용됩니다.