트랜지스터 래치 회로 완벽 가이드: 제작부터 활용까지

트랜지스터 래치(Transistor Latch)란?

브레드보드 위 파워 래치 회로

래치(latch)는 특정 상태에서 고정되는 회로입니다. 즉, 일시적인 입력 트리거 신호를 받으면 출력을 잠그고(lock), 입력 신호를 제거한 후에도 그 상태를 유지합니다.

가장 좋은 점은?

래치 회로는 외부 신호를 받거나 전원을 리셋할 때까지 이 상태를 무기한 유지합니다.

래치 회로는 실리콘 제어 정류기(SCR)와 유사합니다. 또한 작은 트리거로 알람을 작동시키는 알람 회로에 유용합니다.

래치는 바이스테이블 멀티바이브레이터(bistable multivibrator)라고도 불리는 논리 회로의 일종입니다. 왜일까요? 액티브 로우(active low)와 액티브 하이(active high)라는 두 안정된 상태를 가지기 때문입니다. 회로 상태는 동작이 하이 또는 로우 입력 신호로 시작되는지에 따라 결정됩니다.

또한 두 입력과 한 출력을 가집니다. 두 입력 중 첫 번째는 SET 입력, 다른 하나는 RESET 입력입니다. 래치는 베이스, 컬렉터, 이미터로 기능하는 3단자 트랜지스터와 비슷합니다.

둘을 구분하는 건 래치에서 베이스 단자가 충분한 전류를 받으면 컬렉터에서 이미터로 전류가 영구적으로 흐른다는 점입니다.

반면 트랜지스터에서는 베이스에 충분한 전류가 들어올 때만 컬렉터에서 이미터로 전류가 흐릅니다.

그렇다면 트랜지스터 래치란? 간단히 말해 두 개 이상의 트랜지스터로 래치 회로를 구성한 것입니다. 사용 가능한 SCR이 없다면 트랜지스터로 DIY 래치를 만들 수 있습니다.

트랜지스터

래치는 어떻게 작동하는가?

앞서 언급했듯 래치 회로는 동작을 트리거하는 신호(하이 또는 로우)에 따라 두 안정된 상태에서 작동할 수 있습니다.

액티브 하이 래치 회로에서는 두 입력이 평소 로우입니다. 어느 입력에든 순간적인 하이 신호가 가해지면 회로가 트리거됩니다.

액티브 로우 래치 회로에서는 두 입력이 평소 하이입니다. 어느 입력에든 순간적인 로우 신호가 가해지면 회로가 트리거됩니다.

래치 작동 원리를 설명할 회로는 다음과 같습니다:

트랜지스터 래치 회로도 1

설명 들어가기 전, 트랜지스터 Q1 BC547은 NPN 트랜지스터로 베이스에 작은 양성 전압을 가하면 켜집니다. 트랜지스터 Q2 BC557은 PNP 트랜지스터로 베이스에 접지 또는 음성 전압을 가하면 켜집니다.

PNP 트랜지스터 세트

트랜지스터 래치 제작 시 필수 단계

처음엔 두 트랜지스터 모두 OFF 상태이고 릴레이도 비활성화됩니다. PNP 트랜지스터 BC557 베이스는 전류 제한 저항(R3)과 함께 양성 전압에 연결돼 우발적 도통을 방지합니다. 또한 회로는 커패시터(C1)를 사용해 회로 오작동(false triggering)을 방지합니다.

이제 트랜지스터 BC547 베이스에 작은 양성 전압을 가하면 트랜지스터가 켜지고 Q2 베이스가 접지에 연결됩니다. 저항(R2, R3)이 이 조건에서 단락을 방지합니다. Q2 BC557 베이스가 접지되면 릴레이 코일이 통전되고 도통하기 시작합니다. 이는 릴레이를 켜고 릴레이에 연결된 기기를 활성화합니다.

릴레이 코일

모든 게 정상 동작처럼 보이지만, 무엇이 이걸 래치 회로로 만드는가? Q1이 전류 제한 저항(R4)을 통해 Q2 베이스와 연결된 점이 핵심입니다. Q1이 켜지면 전류가 두 방향으로 흐릅니다.

첫째는 릴레이로, 둘째는 Q1 베이스로. 따라서 입력 트리거 전압이 종료된 후 Q2 베이스로 피드백되는 전압이 트랜지스터 Q2를 무한정 켜진 상태로 유지합니다. 이로써 두 번째 트랜지스터가 무기한 켜져 래치를 형성합니다.

따라서 릴레이에 연결된 알람이나 기기는 래치 상태를 깨거나 전원을 리셋할 때까지 켜진 채로 유지됩니다.

하지만 기기를 래치에 연결하고 싶지 않거나 그냥 부저나 LED만 원한다면, 릴레이를 제거하고 그 자리에 저항과 함께 부저나 LED를 연결하면 됩니다.

울리는 알람 시계

트랜지스터 래치 회로 만들기

이제 두 트랜지스터로 래치를 만드는 방법을 보여드리겠습니다. 먼저 회로도와 부품을 보고 제작에 들어가겠습니다:

단순 트랜지스터 래치 회로

위 회로도대로 조립된 브레드보드 회로:

조립된 브레드보드 회로

회로 부품

• LED
• 2.2kΩ 저항 2개
• 1kΩ 저항 1개
• 330Ω 저항 1개
• 전원 공급원
• BC547 NPN 트랜지스터
• BC557 PNP 트랜지스터
• 브레드보드

회로 제작

이 회로에서 첫 번째 트랜지스터는 BC547, 두 번째는 BC557입니다.

첫 단계: BC547 트랜지스터 베이스에 2.2kΩ 저항 1개를 설치합니다. BC547로 흐르는 전류를 제한합니다. 저항은 BJT 트랜지스터 베이스에 중요합니다. 없으면 트랜지스터가 타버립니다.

다음: 회로 상단에 두 번째 2.2kΩ 저항을 설치해 BC557 트랜지스터 베이스 전류를 제한합니다.

저항들

또한 브레드보드 회로도에 따라 1kΩ 저항을 설치합니다. 이 저항은 트랜지스터 2 출력에서 트랜지스터 1 베이스로 흐르는 전류를 제한합니다.

마지막으로 위 브레드보드 회로도에 따라 LED, 330Ω 저항, 전원을 설치합니다.

모든 게 제자리에 있으면 BC547 트랜지스터 베이스가 받을 수 있는 두 가지 전류가 있습니다. 하나는 입력 전압 소스 V_IN이 생성하는 전류입니다. 다른 하나는 BC557 출력에서 BC547로 흐르는 전류입니다.

입력 전압 소스 전류는 래치 회로 트리거에 중요합니다. BC557 출력에서 오는 다른 전류는 회로가 래치된 상태로 유지되게 하는 데 필요합니다.

마지막으로 LED와 330Ω 저항이 회로 출력을 담당합니다. 330Ω 저항은 LED 손상 방지를 위해 전류를 제한합니다.

LED들

마무리

래치는 가장 작은 메모리 단위입니다. 입력이 인에이블되는 동안 입력들을 출력에 적용하므로 대부분의 회로와 시프트 레지스터에서 찾아볼 수 있습니다. 몇 가지 기본 래치 타입이 있으며 각각 특정 응용 분야에서 유용합니다.

래치는 플립플롭(flip-flop)과 함께 메모리 소자 그룹에 속합니다. 둘은 꽤 다르지만 서로 다른 응용 분야에서 비슷한 용도로 쓰입니다.

자, 트랜지스터 래치와 제작법에 대해 알아야 할 모든 것을 마칩니다. 더 많은 정보가 필요하시면 연락 주세요. 기꺼이 도와드리겠습니다.