개요
범용 타이머 IC 로 이전부터 많이 사용되고 있는 555 에 대한 사용법을 설명합니다. 많은 업체에서 제조되고 있어서 형번도 여러가지지만, 대부분 555 라는 숫자를 사용하고 있습니다. 다른 훌륭한 타이머 IC 가 여럿 있지만, 사용이 편리하고 쉽게 구입할 수 있는 555 타이머가 많이 사용되고 있습니다.
5V 이상에서 작동하며 10µS 에서 100초 정도의 시간을 구현할 수 있습니다. 콘덴서와 저항에 의한 시정수로 타이머 시간을 설정하는 아날로그적 방법을 사용하므로 양질의 콘덴서를 사용하면 장시간 타이머도 만들 수 있습니다.
또한, 출력 전류를 150mA 까지 ( 출력전압은 좀 떨어지지만 ) 낼 수 있는 특징이 있으며 소비 전류가 약간 큰 편이나, 요즘은 소비전력이 적은 CMOS 형 555 도 나와 있습니다.
핀 배치
각 핀의 기능
- GND : 마이너스 전원
- TRIGGER (TG) : – 전원 전압의 1/3 보다 낮은 전압이 되면 기동
- OUTPUT (OUT) : 출력으로 정지 시는 L, 타이머 기동 중은 H가 됩니다
- RESET (RES) : 타이머 출력을 정지시켜 L 로 합니다.
- CONTROL VOLTAGE (FM) : 6번 핀의 THRESHOLD (Th) 전압을 제어합니다.
- THRESHOLD (Th) : 이 단자의 전압이 전원의 2/3 를 넘으면 타이머 시간이 종료합니다.
- DISCHARGE (DIS) : 콘덴서를 방전합니다
- +VCC : 플러스 전원
6번 Th 의 비교 전압은 내부에서 저항에 의해 전원 전압의 2/3 로 분할되어 있습니다. 이 분할점을 외부로 꺼낸것이 것이 5번 FM 입니다. 통상은 개방 상태로 사용하며, 이 때에는 전원 전압의 2/3 이 나옵니다. 이 단자 전압을 조절하여 제어합니다. 이 FM 의 전압을 ½ 로 분할한 전압이 2번 TR 단자의 유효 판정 전압이 됩니다. FM 의 전압을 바꾸면 타이머의 시간과 트리거 감도도 바뀝니다.
ONE-SHOT TIMER
아래 회로는 555의 기본 동작중 하나인 ONE-SHOT 타이머 회로입니다.
푸쉬버튼을 누르면 2번 TG 가 0V 가 되면서 타이머 동작이 시작됩니다.
출력이 HIGH 레벨이 되는 것과 동시에 7번 DIS 가 개방 상태가 됩니다. 이렇게 되면 7번 DIS 를 통해 항상 방전하고 있었던 ct 콘덴서(10µF) 는 rt 저항 (1 MΩ) 을 통해 충전됩니다.
ct 의 전압이 다시 전원 전압의 2/3 가 되면, 출력은 LOW 레벨로 돌아오며 ct 에 쌓인 전하는 7번 DIS 단자를 통해 방전됩니다.
이와 같은 동작이 555의 ONE-SHOT 동작의 기본이며 출력이 HIGH 로 유지 되는 시간 (타이머 시간) 은 ct 가 rt 를 통해 충전되는 시간으로 결정됩니다. 이 시간의 근사치를 ct 와 rt 를 곱하는 것으로 구할 수 있습니다.
위의 예시 회로에서는 10µF(0.00001F) 과 1MΩ(1000000Ω) 를 곱해 대략 10초 후에 동작한다는 것을 알 수 있습니다. 정확하게 맞추려면 rt 를 가변 저항으로 하여 따로 조정해야 합니다.
출력에 저항과 발광 다이오드 (점선으로 표시된 회로) 를 연결하면 간단하게 실험할 수 있습니다.
555 발진회로 – 1
콘덴서 ct 의 전압을 2번 TG 에 이용하는 회로입니다.
콘덴서 ct 의 전압이 전원의 1/3 보다 낮아지면 타이머가 시작합니다. 게다가 ct 는 6번 Th 에도 연결되어 있어서 콘덴서 ct 의 전압이 전원의 2/3 보다 높아지면 타이머가 정지됩니다. 타이머가 동작하는 중에는 저항 r1 과 저항 r2 를 통해 콘덴서 ct 가 충전되며, 3번 OUT 은 HIGH 가 됩니다. 그리고, 타이머가 정지된 상태라면 7번 DIS 가 0V 가 되면서 콘덴서 ct 는 저항 r2 를 통해 방전됩니다.
정리하면…
- 타이머가 시작하면,
- 콘덴서 ct 가 충전되며 걸리는 전압이 점점 높아져 전원의 2/3 이상이 되면 타이머가 정지.
- 타이머가 정지되면,
- 콘덴서 ct 가 방전되며 걸리는 전압이 점점 낮아져 전원의 1/3 이하가 되면 타이머가 다시 시작
- 이 동작을 영구히 반복합니다.
발진 주기는 타이머 동작 시간(출력 = HIGH) 은 0.693 * (r1 + r2) * ct 이며, 타이머 정지 시간(출력 = LOW) 은 0.693 * r2 * ct 로 각각 계산 할 수 있습니다. 둘다 r2 를 포함하지만 동작시간은 r1 이 더해지기 때문에, 출력이 HIGH 가 되는 시간과 LOW 가 되는 시간의 비 (Duty비) 를 1 로 할 수 없으며 HIGH < LOW 가 될 수 없습니다.
위 회로는 출력이 HIGH 가 되는 시간이 1M + 10K 로 1010K 와 1µ 이니까 약 0.699초, 출력이 LOW 가 되는 시간은 1000K 와 1µ 로 해서 0.693초로 계산 할 수 있습니다.
회로에 다이오드를 추가하면 원하는 Duty비를 만들어 낼 수 있습니다.
※ Duty비 : Duty비는 HIGH 시간과 LOW 시간의 관계로, H / (H+L) 과 같이 나타내며 값은 0 에서 1 사이가 됩니다.
555 발진회로 – 2
위 회로는 출력 HIGH 의 시간과 LOW 의 시간 (Duty 비) 을 볼륨 (VR) 으로 가변 할 수 있도록 다이오드를 2개 추가한 것 입니다. 본래 555 의 발진 주기는 전원 전압에 의존하지 않지만, 고정적으로 약 0.6V 의 전압강하가 발생하는 다이오드를 추가하면 전원 전압의 변화에 따라 발진주파수가 변화 될 수 있습니다. 하지만, 안정화 전원을 사용하면 무시 할 수 있는 범위입니다.