등가 회로

전기공학에서 등가 회로(영어: Equivalent circuit)는 주어진 회로의 모든 전기적 특성을 유지하는 이론적인 전기 회로를 의미한다. 종종 계산을 단순화하기 위해, 그리고 더 광범위하게는 분석을 돕기 위해 복잡한 회로의 가장 단순한 형태인 등가 회로를 찾는다.^[1] 가장 일반적인 형태의 등가 회로는 선형, 수동 전기 부품으로 구성된다. 그러나 원본 회로의 비선형 동작도 근사화하는 더 복잡한 등가 회로가 사용된다. 이러한 더 복잡한 회로는 종종 원본 회로의 매크로모델이라고 불린다. 매크로모델의 예로는 741 연산 증폭기의 보일 회로가 있다.^[2]

예시

테브난 및 노턴 등가 회로

선형 회로 이론의 가장 놀라운 특성 중 하나는 아무리 복잡하더라도 모든 2단자 회로를 단순히 소스와 임피던스로만 동작하는 것으로 취급할 수 있다는 점인데, 이는 두 가지 간단한 등가 회로 형태 중 하나를 가진다.^[1][3]

• 테브난 등가 회로 – 모든 선형 2단자 회로는 단일 전압원과 직렬 임피던스로 대체될 수 있다.
• 노턴 등가 회로 – 모든 선형 2단자 회로는 전류원과 병렬 임피던스로 대체될 수 있다.

그러나 단일 임피던스는 (주파수의 함수로서) 임의의 복잡성을 가질 수 있으며 더 단순한 형태로 환원되지 않을 수 있다.

DC 및 AC 등가 회로

선형 회로에서 중첩 원리로 인해 회로의 출력은 DC 전원에 의한 출력과 AC 전원에 의한 출력의 합과 같다. 따라서 회로의 DC 및 AC 응답은 종종 독립적으로 분석되며, 각각 원래 회로에 대한 DC 및 AC 전류와 동일한 응답을 갖는 별도의 DC 및 AC 등가 회로를 사용한다. 복합 응답은 DC 및 AC 응답을 더하여 계산한다.

• 회로의 DC 등가 회로는 모든 정전 용량을 개방 회로로, 인덕턴스를 단락 회로로 대체하고 AC 전원을 0으로 줄임으로써 (AC 전압원은 단락 회로로, AC 전류원은 개방 회로로 대체) 구성할 수 있다.
• AC 등가 회로는 모든 DC 전원을 0으로 줄임으로써 (DC 전압원은 단락 회로로, DC 전류원은 개방 회로로 대체) 구성할 수 있다.

이 기술은 종종 진공관 및 트랜지스터 회로와 같은 소신호 비선형 회로에 확장되어, DC 바이어스 지점 Q-점을 중심으로 회로를 선형화하고, 바이어스 지점에서 비선형 부품의 등가 소신호 AC 저항을 계산하여 AC 등가 회로를 만든다.

사단자 회로망

 이 부분의 본문은 사단자 회로망입니다.

신호가 한 쌍의 단자에 인가되고 출력이 다른 단자에서 취해지는 선형 4단자 회로는 종종 사단자 회로망으로 모델링된다. 이들은 임피던스와 종속 전원을 갖는 간단한 등가 회로로 표현될 수 있다. 사단자 회로망으로 분석되려면 회로에 인가되는 전류가 포트 조건을 만족해야 한다: 포트의 한 단자로 들어가는 전류는 포트의 다른 단자에서 나가는 전류와 같아야 한다.^[4] 소신호 선형화를 통해 비선형 회로를 동작점을 중심으로 선형화하면 트랜지스터에 대한 이러한 사단자 표현을 만들 수 있다. 하이브리드 파이 및 h-파라미터 회로를 참조하라.

델타 및 와이 회로

3상전력 회로에서 3상 전원과 부하는 "델타" 연결과 "와이" 연결이라는 두 가지 다른 방식으로 연결될 수 있다. 회로를 분석할 때, 등가 와이 및 델타 회로 간에 변환하면 분석이 단순화될 때가 있다. 이는 와이-델타 변환으로 수행할 수 있다.

리튬 이온 배터리

 이 부분의 본문은 리튬 이온 전지용 등가 회로 모델입니다.

리튬 이온 전지의 전기적 동작은 종종 등가 회로 모델로 근사화된다. 이러한 모델은 셀의 개방 회로 전압을 나타내는 잔존용량에 의해 구동되는 전압 발생기, 셀의 내부 저항을 나타내는 저항, 그리고 동적 전압 과도 현상을 시뮬레이션하기 위한 일부 RC 병렬 연결로 구성된다.

같이 보기

• 등가 임피던스 변환
• 밀러의 정리
• 집중 정수 모델
• 슈타인메츠 등가 회로