본문내용
1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
555 timer를 이용한 monostable, bistable, astable 회로를 구성하고 각 회로의 동작 원리와 특성을 이해한다. 또한 555 timer를 이용한 not gate 회로를 구성하고 hysteresis와 Schmitt trigger에 대해 살펴본다. 다양한 실험을 통해 555 timer의 응용 가능성을 확인한다.
555 timer는 타이밍 회로 설계에 널리 사용되는 IC로, 주로 모노스테이블, 비스테이블, 아스테이블 회로 구현에 활용된다. 본 실험에서는 555 timer의 내부 구조 및 동작 원리를 이해하고, 이를 바탕으로 다양한 응용 회로를 구현하여 실험적으로 검증한다. 또한 555 timer를 활용한 not gate 회로를 통해 hysteresis와 Schmitt trigger 특성을 분석한다. 이를 통해 555 timer의 다양한 응용 가능성을 모색하고자 한다.
1.2. 실험 장비와 재료
실험에는 555 타이머 IC(MC1455B), 브레드 보드, 가변 저항(1kΩ, 300Ω, 1MΩ), 커패시터(10nF, 1μF), 직류 전원 공급기, 오실로스코프, 멀티미터, 함수 발생기, 빨간색 발광다이오드, 스피커 등이 사용되었다. 555 타이머 IC를 통해 실험 회로를 구성하고, 전압 측정을 위해 오실로스코프와 멀티미터를 활용하였으며, 입력 신호 발생을 위해 함수 발생기를 사용하였다. 또한 출력 상태를 확인하기 위해 LED와 스피커가 포함되었다. 실험에 필요한 다양한 전자 부품들이 준비되었다고 볼 수 있다.
2. 555 타이머 IC 이론
2.1. 555 타이머의 구조 및 작동 원리
555 타이머는 칩 내부에 전압 분배기, 두 개의 비교기, SR 플립플롭, 방전용 트랜지스터 등으로 구성되어 있다. 전압 분배기는 공급 전압 VCC와 접지 사이에 세 개의 동일한 저항으로 구성되어 있어 비교기를 위한 기준 전압을 생성한다. 비교기의 반전 입력단은 이 전압 분배기의 상한 기준 전압에 연결되고, 비반전 입력단은 임계값에 연결되어 있다. 또한 다른 비교기의 반전 입력단은 전압 분배기의 하한 기준 전압에 연결되고, 비반전 입력단은 트리거 입력단에 연결되어 있다. SR 플립플롭은 이 두 개의 비교기에 의해 제어되며, 방전용 트랜지스터는 플립플롭의 출력에 연결되어 있다. 555 타이머는 이러한 내부 구조를 통해 다양한 작동 모드로 동작할 수 있다.
555 타이머의 동작 모드에는 안정적(자유 실행) 모드, 모노스터블(원샷) 모드, 쌍안정(플립플롭) 모드, Schmitt 트리거(인버터) 모드가 있다. 안정적 모드에서는 전자 오실레이터로 작동하여 LED, 램프, 펄스 생성, 톤 생성 등 다양한 용도로 활용할 수 있다. 모노스터블 모드에서는 "원샷" 펄스 발생기로 작동하여 타이머, 무반동 스위치, 정전 용량 측정 등에 사용된다. 쌍안정 모드에서는 SR 플립플롭으로 작동하여 바운스가 없는 래치 스위치로 활용할 수 있다. 마지막으로 Schmitt 트리거 모드에서는 노이즈가 많은 아날로그 입력 신호를 깨끗한 디지털 출력 신호로 변환하는 용도로 사용된다.
2.2. 555 타이머의 동작 모드
555 타이머는 다음과 같은 작동 모드를 가지고 있다.
먼저 안정적(자유 실행) 모드이다. 이 모드에서 555 타이머는 전자 오실레이터로 작동할 수 있다. LED 및 램프 플래시, 펄스 생성, 논리 클럭, 톤 생성, 보안 경보, 펄스 위치 변조 등의 응용이 가능하다. 또한 555 타이머는 아날로그 값을 펄스 길이로 변환하여 간단한 ADC로 사용할 수 있다. 예를 들어 타이밍 저항으로 서미스터를 선택하면 온도에 의해 결정된 출력 펄스의 주기로 온도 센서에서 555 타이머를 사용할 수 있다.
다음으로 모노스터블(원샷) 모드이다. 이 모드에서 555 타이머는 "원샷" 펄스 발생기로 작동한다. 응용 프로그램에는 타이머, 누락 펄스 감지, 무반동 스위치, 터치 스위치, 주파수 분할기, 정전 용량 측정, 펄스 폭 변조(PWM) 등이 포함된다.
쌍안정(플립플롭) 모드에서 555 타이머는 SR 플립플롭으로 작동한다. 이 모드의 용도에는 바운스가 없는 래치 스위치가 포함된다.
마지막으로 Schmitt 트리거(인버터) 모드에서 555 타이머는 노이즈가 많은 입력 신호를 깨끗한 디지털 출력 신호로 변환하는 Schmitt 트리거 인버터 게이트로 작동한다.
이와 같이 555 타이머는 다양한 동작 모드를 가지고 있어 전자 회로 설계 분야에서 매우 유용하게 활용될 수 있다. 이를 통해 간단한 회로 구성만으로도 다양한 기능을 구현할 수 있어 555 타이머가 널리 사용되는 이유를 알 수 있다.
3. 실험 1: Monostable Circuit
3.1. 회로 구성 및 동작 원리
monostable circuit는 제한된 폭의 출력 펄스를 생성하는 회로이다. 입력 트리거 신호가 인가되면 출력이 일정 시간 동안 high 상태를 유지하다가 다시 low 상태로 돌아가는 것이 특징이다. 회로의 핵심 구성 요소는 555 타이머 IC, 저항 R1, 그리고 커패시터 C1이다.
회로 동작은 다음과 같다. 초기에 트리거 입력이 high...
