555 타이머 IC – 작동 원리, 블록 다이어그램, 회로도

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이 튜토리얼에서 우리는 가장 인기 있고 널리 사용되는 IC 중 하나인 555 Timer가 어떻게 작동하는지 배울 것입니다. 다음 비디오를 보거나 아래에 작성된 튜토리얼을 읽을 수 있습니다.

개요

1971년 Hans Camenzind가 디자인한 555 Timer는 장난감, 주방용품부터 우주선까지 다양한 전자 기기에서 찾아볼 수 있습니다. 정확한 시간 지연 및 진동을 생성할 수 있는 매우 안정적인 집적 회로입니다. 555 타이머에는 쌍안정, 단안정 및 비안정 모드의 세 가지 작동 모드가 있습니다.

작동 방식, 내부 회로도 및 블록 다이어그램

555 타이머 내부를 자세히 살펴보고 세 가지 모드 각각에서 어떻게 작동하는지 설명하겠습니다. 다음은 25개의 트랜지스터, 2개의 다이오드 및 15개의 저항으로 구성된 555 타이머의 내부 회로도입니다.

블록 다이어그램으로 표현하면 2개의 비교기, 플립플롭, 전압 분배기, 방전 트랜지스터 및 출력단으로 구성됩니다.

전압 분배기는 3개의 동일한 5k 저항으로 구성되어 5~15V 범위의 공급 전압의 1/3 및 2/3에서 2개의 기준 전압을 생성합니다.

다음은 두 비교기입니다. 비교기는 양극(비반전) 및 음극(반전) 입력 단자에서 두 개의 아날로그 입력 전압을 비교하는 회로 요소입니다. 양극 단자의 입력 전압이 음극 단자의 입력 전압보다 높으면 비교기는 1을 출력합니다. 반대로 음극 입력 단자의 전압이 양극 단자의 전압보다 높으면 비교기는 0을 출력합니다. .

첫 번째 비교기 음의 입력 단자는 전압 분배기 및 외부 "제어" 핀의 2/3 기준 전압에 연결되고 양의 입력 단자는 외부 "임계값" 핀에 연결됩니다.

반면에 두 번째 비교기 음의 입력 단자는 "트리거" 핀에 연결되고 양의 입력 단자는 전압 분배기의 1/3 기준 전압에 연결됩니다.

따라서 Trigger, Threshold 및 Control의 세 핀을 사용하여 플립플롭의 R 및 S 입력에 공급되는 두 비교기의 출력을 제어할 수 있습니다. 플립플롭은 R이 0이고 S가 1일 때 1을 출력하고 그 반대의 경우도 R이 1이고 S가 0일 때 0을 출력합니다. 또한 플립플롭은 "Reset"이라는 외부 핀을 통해 재설정할 수 있습니다. 두 입력을 무시할 수 있으므로 언제든지 전체 타이머를 재설정할 수 있습니다.

플립 플립의 Q-bar 출력은 200mA의 전류를 부하에 소싱하거나 싱크할 수 있는 출력 스테이지 또는 출력 드라이버로 이동합니다. 플립 플립의 출력은 "방전" 핀을 접지에 연결하는 트랜지스터에도 연결됩니다.

555 타이머 – 쌍안정 모드

이제 쌍안정 모드에서 작동하는 555 타이머의 예를 만들어 보겠습니다. 이를 위해 2개의 외부 저항과 2개의 푸시버튼이 필요합니다.

IC의 Trigger 및 Reset 핀은 두 개의 저항을 통해 VCC에 연결되며, 그런 식으로 항상 High입니다. 두 개의 푸시 버튼은 이 핀과 접지 사이에 연결되어 있으므로 누르고 있으면 입력 상태가 낮아집니다.

초기에 두 비교기 출력은 0이므로 플립플롭 출력과 555 타이머의 출력은 0입니다.

트리거 푸시버튼을 누르면 트리거 입력의 상태가 로우가 되어 비교기가 하이를 출력하고 플립플립 Q-바 출력이 로우가 됩니다. 출력 단계는 이것을 반전시키고 555 타이머의 최종 출력은 High가 될 것입니다.

트리거 푸시 버튼을 누르지 않아도 출력은 높게 유지됩니다. 이 경우 플립플롭 입력 R 및 S가 0이 되어 플립플롭이 이전 상태를 변경하지 않을 것이기 때문입니다. 출력을 로우로 만들려면 리셋 푸시버튼을 눌러야 합니다. 이 푸시버튼은 플립플롭과 전체 IC를 리셋합니다.

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관련 튜토리얼:슈미트 트리거란 무엇입니까 | 작동 원리

555 타이머 – 단안정 모드

다음으로 555 타이머가 단안정 모드에서 어떻게 작동하는지 봅시다. 다음은 회로의 예입니다.

트리거 입력은 저항을 통해 VCC에 연결하여 High로 유지됩니다. 이는 트리거 비교기가 플립플롭의 S 입력에 0을 출력한다는 것을 의미합니다. 반면에 임계값 핀은 낮고 임계값 비교기도 0이 됩니다. Threshold 핀은 플립플롭의 Q-bar 출력이 High이기 때문에 실제로 Low이며 방전 트랜지스터를 활성 상태로 유지하므로 소스에서 오는 전압이 해당 트랜지스터를 통해 접지됩니다.

555 타이머 출력 상태를 높음으로 변경하려면 트리거 핀의 푸시 버튼을 눌러야 합니다. 그러면 트리거 핀이 접지되거나 입력 상태가 0이 되므로 비교기는 플립 플립의 S 입력에 1을 출력합니다. 이렇게 하면 Q-bar 출력이 Low가 되고 555 Timer 출력이 High가 됩니다. 동시에 방전 트랜지스터가 꺼져 있음을 알 수 있으므로 이제 커패시터 C1이 저항 R1을 통해 충전을 시작합니다.

555 타이머는 커패시터 양단의 전압이 공급 전압의 2/3에 도달할 때까지 이 상태를 유지합니다. 이 경우 임계값 입력 전압이 더 높아지고 비교기는 플립 플립의 R 입력에 1을 출력합니다. 이것은 회로를 초기 상태로 만들 것입니다. Q-bar 출력은 High가 되어 방전 트랜지스터를 활성화하고 IC 출력을 다시 Low로 만듭니다.

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따라서 555 타이머의 출력이 High인 시간은 커패시터가 공급된 전압의 2/3까지 충전해야 하는 시간에 따라 달라지며 이는 커패시터 C1 및 저항 R1. 실제로 이 시간을 다음 공식으로 계산할 수 있습니다. T=1.1*C1*R1.

555 타이머 – 불안정 모드

다음으로 555 타이머가 불안정 모드에서 어떻게 작동하는지 봅시다. 이 모드에서 IC는 오실레이터가 되거나 Free Running Multivibrator라고도 합니다. 안정적인 상태가 아니며 외부 트리거를 적용하지 않고 High와 Low를 지속적으로 전환합니다. 다음은 불안정 모드에서 작동하는 555 타이머의 회로 예입니다.

두 개의 저항과 커패시터만 있으면 됩니다. Trigger 및 Threshold 핀은 서로 연결되어 있으므로 외부 트리거 펄스가 필요하지 않습니다. 처음에 전압 소스는 저항 R1 및 R2를 통해 커패시터 충전을 시작합니다. 트리거 핀의 입력 전압이 여전히 공급 전압의 1/3보다 낮기 때문에 트리거 비교기는 충전하는 동안 1을 출력합니다. 즉, Q-bar 출력이 0이고 방전 트랜지스터가 닫힙니다. 이때 555 Timer의 출력은 High입니다.

커패시터 양단의 전압이 공급된 전압의 1/3에 도달하면 트리거 비교기는 0을 출력하지만 이 시점에서는 플립플롭의 R 및 S 입력이 모두 0이므로 변경되지 않습니다. 따라서 양단의 전압 커패시터는 계속 상승하고 공급 전압의 2/3에 도달하면 임계값 비교기가 플립플롭의 R 입력에 1을 출력합니다. 이것은 방전 트랜지스터를 활성화하고 이제 커패시터는 저항 R2와 방전 트랜지스터를 통해 방전을 시작합니다. 이 순간 555 타이머의 출력은 낮습니다.

방전하는 동안 커패시터 양단의 전압은 감소하기 시작하고 임계값 비교기는 즉시 0을 출력하기 시작합니다. 이는 이제 플립플롭의 R 및 S 입력이 모두 0이므로 실제로는 아무 변화도 일으키지 않습니다. 그러나 일단 전압이 커패시터 양단의 전압이 공급 전압의 1/3로 떨어지면 트리거 비교기가 1을 출력합니다. 이렇게 하면 방전 트랜지스터가 꺼지고 커패시터가 다시 충전되기 시작합니다. 따라서 공급된 전압의 2/3에서 1/3 사이의 이러한 충방전 과정은 자체적으로 계속 실행되어 555 타이머 출력에 구형파를 생성합니다.

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표시된 공식을 사용하여 출력이 High 및 Low인 시간을 계산할 수 있습니다. 하이 타임은 R1과 R2의 저항과 커패시터의 커패시턴스에 따라 달라집니다. 반면에 Low 시간은 R2의 저항과 커패시터의 커패시턴스에만 의존합니다. 높음 및 낮음 시간을 합하면 한 주기의 기간이 됩니다. 반면에 주파수는 이것이 1초에 몇 번 발생하는지이므로 주기에 대해 하나는 구형파 출력의 주파수를 사용하게 됩니다.

예를 들어 R2 저항을 가변 저항 또는 전위차계로 변경하면 이 회로를 약간 수정하면 구형파의 주파수와 듀티 사이클을 즉시 제어할 수 있습니다. 그러나 555 타이머를 사용하여 PWM DC 모터 속도 컨트롤러를 만드는 다음 비디오에서 이에 대해 자세히 설명합니다.

이 튜토리얼을 즐기고 새로운 것을 배웠기를 바랍니다. 아래 댓글 섹션에서 언제든지 질문하세요.