- ▶ 회로설명 (circuit description) : 이쯤에서 슬슬 555의 동작원리를 설명해 둘 필요가 있습니다. 지금까지 4 회에 걸쳐 555의 역사 및 연속발진과 펄스발진의 기본회로를 계산식과 함께 설명하고, 555 IC의 작동를 검사할 수 있는 회로까지 선을 보였습니다. 그러나 어디에도 555가 "어떤 원리로 동작하는지" 감을 잡을 수 있는 단서는 없었습니다. "이거 초보자 회로라고 싹 무시하는거 아냐? 누굴 붕어빵 장사로 아나?"라는 항의가 들리는 듯 합니다. ^^
맞습니다. 원리를 모르면 기본회로조차 활용할 수 없습니다. 그러나 장황하게 미주알 고주알 설명한다는 것은 역시 피해야 하겠습니다. 우선 전체적인 원리부터 파악해 나가기로 하면 어떻겠습니까?
먼저 첫 번째 이야기 즉 "재미있는 555 Timer IC 이야기 ^^" 페이지를 참조해 보겠습니다. <바로가기> 두 번째 그림인 555 IC 내부구조를 소개한 그림 내에서 각 5K 저항인 R7, R8, R9를 찾아 보십시요. 이 세개의 연결된 저항이 중요한 역할을 합니다. R7의 한 단자는 전원(Vcc, VDD)에 연결되어 있고, R9의 한 단자는 GND(0V)에 연결되고, 각 저항값이 모두 5K로 같으므로... 이 R7, R8, R9 세 저항으로 구성된 회로는 전원전압을 3 등분 한다는 것을 알아채는 것이 핵심입니다. 즉 R7와 R8의 연결점은 Vcc의 2/3 값이며, R8과 R9의 연결점은 Vcc의 1/3 값이 되는 것이지요...
555 IC는 (지금 설명한) 내부의 2/3 Vcc, 1/3 Vcc를 상한, 하한의 기준전압으로 하고... 이 2 개의 기준전압과 외부에서 가해지는 전압을 비교함으로써 출력의 상태를 결정합니다.
555 Timer IC는 (외부에서) 6 번핀에 가해지는 전압이 2/3 Vcc보다 높아지는 순간 3 번 출력핀을 ON으로 셋트(set)하고, 2 번핀에 가해지는 전압이 1/3 Vcc보다 낮아지는 순간 3 번 출력핀이 OFF로 리셋(reset)시킵니다. 2, 3 번 핀의 전압이 2/3 Vcc에서 1/3 Vcc로 떨어지거나, 반대로 1/3 Vcc에서 2/3 Vcc로 올라가는 동안에는 출력핀의 상태가 변하지 않습니다. (디지털회로의 SET-RESET FLIP-FLOP 동작과 같습니다)
마지막으로 하나만 더... 555 단독으로 지속적인 구형파(ON-OFF 상태만을 가지고 있는 사각파)를 만들어 내는데 사용하도록... 출력이 ON 상태일 때, 7 번핀이 (555 내부에서) GND로 연결되도록 회로가 설계되어 있습니다. (출력이 OFF인 상태에서 7 번핀은... (내부에서) 아무데도 연결되지 않는, 소위 오픈(OPEN) 상태로 됩니다. 즉 555 내, 외부의 회로에 아무런 영향도 주지 못합니다)
지금까지 설명한 2, 6, 7 번핀의 기능이 555 동작의 핵심이 됩니다. ^^
▶ 회로도 (The circuit diagram) : 점점 게을러지는 LED 회로
- ▶ 회로동작 설명 (circuit operation) :
1. 스위치(SW1)를 닫으면 R4를 통해서 C3에 전하가 채워지고, 그 결과 C3 전압은 6V가 됩니다.
2. C3 전압의 압력으로, (직렬연결된) R1과 R2를 통해서 C1에 전하가 채워집니다. 그 결과 C1의 전압은 0V 에서부터 상승하기 시작합니다. 555는 (연결된) 2 번과 6 번핀으로 C1의 전압을 관찰하고 있습니다.
3. 드디어 C1의 전압이 2 V (1/3 Vcc)를 넘어섭니다. 555는 이 순간을 2 번핀을 통해서 알아채고 출력을 리셋(reset)시켜 OFF 상태로 만듭니다. 그러나 555의 초기상태 출력이 OFF 상태였으므로, 외관상 출력변화는 관찰되지 않습니다. (LED가 계속 켜져 있습니다)
4. 시간이 흘러감에 따라 C1의 전압이 점점 상승하여, 마침내 4 V (2/3 Vcc)를 넘어섭니다. 이 순간을 555는 6 번핀으로 낚아채어, 출력을 ON으로 셋트(set) 시킵니다. 이제 출력에 연결된 LED가 꺼져 변화가 감지됩니다. 동시에 555의 7 번핀이 (555 내부에서) GND로 연결됩니다.
전류 상황이 바뀌었습니다. 이제 C3의 전하는 R1을 거쳐서, 555 7 번핀을 통해 GND로 흘러갑니다. 동시에 C1에 축적되었던 전하도 R2와 555 7 번핀을 거쳐서 GND로 흘러듭니다. 그 결과 (충전시보다 2 배의 속도로) C1의 전압이 하강하기 시작합니다.
5. C1 전압이 점점 떨어져서 2 V (1/3 Vcc)이하로 내려섭니다. 555는 2 번핀으로 감지하고, 출력을 리셋(reset)시키고 7 번핀을 오픈(OPEN) 상태로 만듭니다. LED는 다시 켜집니다. 또 다시 전류흐름이 바뀝니다. (555 7 번핀이 GND에서 분리되었으므로) C3의 전하가 R1과 R2를 통해서 C1으로 이동합니다. 그 결과 C1의 전압이 (2 V 에서) 다시 상승하기 시작합니다.
6. 4 번으로 돌아갑니다. (즉 4 번 상황과 5 번 상황이 무한히 반복됩니다. ^^)
지금까지 설명한 내용은 정상적인 555 동작을 보여주고 있습니다. 그러나 이번 회로에서는 약간 조건을 비틀어 놓았습니다. 그림의 회로에서 스위치(SW1)를 열어버리면 어떻게 되겠습니까? C1에 공급되는 전하를 C3 (100uF)에서 공급받는 점은 변함이 없지만, C3는 이제 전원과 분리되어 있으므로 소비되는 전하를 보충할 길이 없습니다. C3의 고갈되어 가는 전하는, C3 전압이 떨어지는 결과로 되어... C1에 전하가 충전되어 가는 속도를 점점 늦추게 됩니다. 결국 C1의 전압이 점점 늦게 상승하게 되므로 LED의 깜박임도 서서히 늦어지게 되고, 최후에는 완전히 멈추게 됩니다.
▶ 동작시험/조정 (testing and tuning) :
▶ 문제해결 방법 (troubleshooting) :
▶ 사용부품/자료/참고문헌 (parts/data/reference) :
http://www.devicemart.co.kr/mart7/circuitry/bbs.php?table=beginner&query=view&uid=31&p=1
