타이머와 멀티바이브레이터: 종류, 기능, 디지털 응용

타이머 또는 멀티바이브레이터

오늘은 디지털 전자 응용 회로인 타이머/멀티바이브레이터를 다룹니다. "타이머는 디지털 회로에 특정 주기 신호를 공급해 시스템 상태를 바꾸는 회로"이고, "멀티바이브레이터는 High/Low 레벨만으로 구성된 신호를 내는 회로"로 정의할 수 있습니다. 일반적으로 멀티바이브레이터는 2단 증폭기로, 한 증폭기 출력이 다른 증폭기 입력으로 양귀환 되는 구조입니다. 두 증폭기가 한 트랜지스터가 포화(ON)면 다른 쪽은 차단(OFF) 상태가 되도록 연결됩니다. 이 회로들은 펄스 생성, 저장, 카운팅 회로로 널리 쓰입니다.

멀티바이브레이터 3가지 유형

1. 에이블 멀티바이브레이터 (Astable Multivibrator)
2. 모노스테이블 멀티바이브레이터 (Monostable Multivibrator)
3. 바이스테이블 멀티바이브레이터 (Bistable Multivibrator)

• 에이블: 두 출력 레벨이 모두 불안정(준안정). 스스로 발진하며 연속 펄스 생성.
• 모노스테이블: '원샷(One-shot)'이라고도 함. 하나의 안정된 상태와 하나의 준안정 상태. 외부 트리거 입력 시 안정된 상태에서 준안정 상태로 천이했다가 일정 시간 후 복귀.
• 바이스테이블: 두 안정된 상태를 가짐. 외부 트리거가 오기 전까지 상태 유지. '바이너리' 또는 '2분주기' 소자로도 불림.

위 파형들은 다양한 디지털 소자로 생성 가능하지만, 클록 생성기로 가장 흔히 쓰이는 건 555 타이머입니다. 555는 단일 칩 IC로 에이블/모노스테이블 파형 모두 생성 가능. 다용도·고주파 소자. 수 마이크로초~수 시간 지연 제공. 8핀 구조.

555 타이머 IC 핀 상세 설명

1. 1번 핀 - Ground: 공통 그라운드. 외부 그라운드와 전원 그라운드 모두 연결.
2. 2번 핀 - Trigger: 인가 전압의 1/3 전압이 들어오면 출력이 Low→High로 천이.
3. 3번 핀 - Output: 출력 신호 취출. 부하 연결 핀.
4. 4번 핀 - Reset: 이전 상태 무시하고 출력을 Low로 강제 리셋.
5. 5번 핀 - Control Voltage: 인가 전압의 2/3 전압이 나타남. 비교기 기준 전압 역할. 보통 이 핀과 그라운드 사이에 커패시터 연결.
6. 6번 핀 - Threshold: 제어 전압과 함께 비교기 입력. 임계 전압 ≥ 기준 전압이면 비교기 출 Low, < 기준 전압이면 High.
7. 7번 핀 - Discharge: 출력 Low일 때 외부 커패시터 저저항 방전 경로 제공, 출력 High일 땐 개방 회로 동작.
8. 8번 핀 - +Vcc: IC 구동 전원. 통상 15V 공급.

위 회로도에서 3개의 5kΩ 저항으로 전압 분배기 구성 → 비교기1에 10V, 비교기2에 5V 공급. 트리거 입력이 1/3 Vcc 초과 시 비교기 B 출 Low→High → RS 플립플롭 셋 → 출력 High, 방전 트랜지스터 OFF. 임계 전압이 2/3 Vcc 도달하면 비교기 A 출 Low→High → 플립플롭 리셋 → 방전 트랜지스터 ON. 임계/제어 입력을 외부 부품으로 제어해 에이블/모노스테이블로 동작 가능.