비안정 멀티 바이브레이터, NE555

소개글

비안정 멀티 바이브레이터, NE555에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Titel

2. Name

3. Abstract

4. Background

5. Simulation

6. Experimental Result

7. Analysis

8. Appendix

본문내용

출력전압은 LOW를 나타낼 것이다. 결국 트리거 단자와 Threshold 단자가 직접 연결되어 있음으로 인해 입력없는 출력의 발진이 반복되는데 이를 파형으로 정리한 것이 아래의 그림이다.
5.Simulation
● TR형 비안정 멀티바이브레이터
● NE555형 비안정 멀티바이브레이터
6.Experimental Results
1)실험1 - NE555형
A.Data
B.Discussion
NE555를 이용한 회로는 첨부된 오실로 스코프의 파형 사진을 보면 알 수 있듯이 High 인 경우를 ‘1’ 이라 하고 Low 인 경우를 ‘0’ 이라 하면 각 경우에 따라 충전과 접지를 반복하여 녹색의 LED 의 Turn on 과 Turn off 를 반복하는 결과를 얻어낼 수 있었다.
입력 전원이 들어오면 C는 R1과 R2를 거쳐 충전이 시작되며 출력 파형은 High 상태가 된다. 이후 C의 충전이 계속되어 C의 전압이 VCC의 66%까지 도달하면 6번핀이 이것을 검출하여 7번핀을 접지시킨다. 6번핀과 5번핀에는 OP-AMP가 연결되어 있는데 5번핀은 접지된 상태이므로 항상 0V이다. 따라서 OP-AMP는 0V를 출력하고 OP-AMP와 연결된 플립플롭에서 High가 출력되도록 한다. 3번핀과 플립플롭 사이에는 인버터가 연결되어 있는데, 이 때문에 최종적으로는 출력이 Low가 된다.
이 출력은 다시 전원부로 연결되는데 이 때 C의 전하가 앞에서의 충전 방향과는 반대로 같은 경로로 방전을 시작되고 출력은 Low 상태를 유지한다. 방전이 계속 진행되어 C의 전압이 전원전압 VCC의 33%가 되면 6번핀이 이를 검출하여 7번핀이 접지된 것을 끊어준다. 아까와는 달리 OP-AMP에서는 High 상태에 해당하는 전압을 출력하고 OP-AMP에서도 0V를 출력한다. 따라서 최종적으로는 출력이 High가 된다. High 상태의 출력은 다시 커패시터를 충전시키고 이 일은 주기적으로 계속 반복된다.
이 주기적인 반복의 연결된 LED의 반복되는 'Turn on' 과 'Turn off' 를 발생시킨다는 것을 실험에서 알 수가 있었다.
2)실험2 - Tr형
A.Data
B.Discussion
우선 R2가 R3보다 저항값이 작기 때문에 처음에 더 많은 전류가 흐른다. 이로인해 TR2를 통전시키게 되는데 이 때 C4는 열린 회로와 비슷한 작용을 하기 때문에 전류가 흐르지 않는다. 이 때문에 C4 부분의 전압이 낮아지고 Q1의 베이스 전압도 낮아짐으로써 TR1은 차단 상태가 된다. 초기에 D4에 해당하는 LED가 점등되는 것으로 이를 확인했다.
그리고 이 상태에서 TR1이 차단 상태이므로 TR1을 통해 흐르는 전류는 C3 쪽으로 쏠리게 되는데 C3는 이 전류를 저장하게 되고 Q2의 베이스로 흐르는 전류는 약해진다. 따라서 Q2의 베이스에 걸리는 전압이 낮아지고 이로인해 TR2는 통전 상태에서 차단 상태로 바뀌게 된다. TR2가 차단 상태가 되면 TR1의 베이스에는 R3를 통해 흘러가는 전류가 늘어나기 때문에 전압이 크게 걸리고 따라서 TR1이 통전 상태가 된다. 이는 D3가 점등되고 D4가 번갈아가며 점등하는 현상을 통해 확인했다. 시뮬레이션의 파형에도 나타났듯이 D4와 D3는 점등이 지속되는 시간이 같지 않았다. 따라서 D4가 조금 길게 점등되어 있다가 D4가 점등된 시간보다 조금 더 짧은 시간동안 D3가 점등되어있어야 했고 다시 D4가 D3보다 좀 더 오래 점등되어 있어야 했으며 실험실에서 눈으로 확인해 볼 수 있었다.
● 추가 응용 회로
응용 회로로 LM339 (quad voltage comparator)를 사용하여 TR형 astable multi vibrator 의 출력 중 하나를 뽑아 그 voltage 값과 DC voltage 값을 서로 비교하여 출력을 하도록 설계 하여 결과적으론 디지털 소자의 not gate와 같은 효과를 보이도록 구성 하였다.
위의 사진에서 우측 상단에 보이는 회로가 기본형 TR astable multi vibrator 이고 그 옆에 위치한 것이 ne555 astable multi vibrator 이다. 하단에 위치한 것이 TR을 사용한 astable multi vibrator의 출력중 하나를 뽑아서 LM339를 이용하여 DC 전압과 비교를 통하여 NOT gate를 구현한 부분이다. 모든 LED가 전부다 정상적으로 동작하는 것을 확인 할 수 있다.
7.Analysis
텀 프로젝트는 그동안의 실험과는 달리 실제로 기판에 납땜을 해야 했다. 소자들을 갈아끼우기 쉽도록 소켓을 사용하였고, 브레드 보드에 비해서 사용자 직관적이고 유동적으로 회로를 설계할 수 있었다.
비안정 멀티 바이브레이터 회로의 경우는 복잡한 회로는 아니었기 때문에 비교적 쉽게 실험을 마칠수 있었다. 특히 NE555의 경우에는 칩내부까지 다 알지 못하더라도 쉽게 외부 회로를 설계할 수 있으므로 무척 간단하였다. 데이터 시트를 참조하여 외부 소자값들을 계산할 수 있었고, 오실로 스코프로 측정한 파형 역시 깔끔하게 나오는 것을 볼 수 있었다. 한 개의 저항은 가변저항을 사용하여 Output에 LED의 frequency를 직관적으로 조절할 수 있도록 설계하였다.
Tr형 비안정 멀티 바이브레이터의 경우는 좌측과 우측의 저항값의 차이에 의하여 캐패시터의 충전에 차이가 생기면서 그로 인하여 각각의 트랜지스터의 동작영역이 바뀌는 시간이 차이가 발생하면서 스위칭 되는 것을 볼 수 있다. 이상적인 상태로 양쪽의 저항값이 같을 경우 비안정 동작을 하지 않는 것을 시뮬레이션을 통하여 볼 수 있지만 실제 저항에서는 약간씩 차이를 보이므로 tr이 스위칭 동작을 하는 것을 볼 수 있으며 실험에서는 양쪽의 저항값을 동일하게 하여 회로를 구성하였기 때문에 duty가 비슷하게 나오는 것을 확인 할 수 있다.
8.Appendix
1) 전자회로의 기초/ 김인태, 이응철, 이주석 공저/ 포인트 출판/ 2000년
2) Microelectronic Circuits(5th)/ Sedra, Smith/ Oxford/ 2004년
3) 전자회로/ 김경기, 김덕진, 이종악 공저/ 광문각 출판/ 2004년
4) 전기전자기초실험/ 대한전자공학회/ 청문각/ 2005년

키워드

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