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555 타이머 IC란? 본문

Embeded Programming/Electronic Circuit

555 타이머 IC란?

컴파일러님, 이 코드는 고양이발로 작성되었습니다. 코딩집사 2011.07.10 20:51

555 타이머 IC란?

- by Tapitolife


참고 사이트 :

http://3happy3gong3.blog.me/70084760920
http://www.reportworld.co.kr/report/data/view.html?no=407080
http://kin.naver.com/qna/detail.nhn?d1id=11&dirId=1118&docId=69565798&qb=UkMg7Iuc7KCV7IiY&enc=utf8&section=kin&rank=2&search_sort=0&spq=0&pid=gmE5kdoi5T0ssuqedOZsss--467363&sid=ThkA80neGE4AAC7SDuk
http://mybox.happycampus.com/kooseok/1928987/?agent_type=naver
http://blog.daum.net/chaaste/152


알림: 전자공학을 전공하지는 않았기 때문에 틀린 내용이 있을 수 있습니다.
댓글로 지적해 주시면 감사하겠습니다.

 

555 타이머 데이터시트

 

1. 555 타이머의 개요

데이터시트에 나온 NE555의 설명은 이렇습니다.

The 555 monolithic timing circuit is a highly stable controller capable of producing accurate time delays, or oscillation.
In the time delay mode of operation, the time is precisely controlled by one external resistor and capacitor.
For a stable operation as an oscillator, the free running frequency and the duty cycle are both accurately controlled with two external resistors and one capacitor.
The circuit may be triggered and reset on falling waveforms, and the output structure can source or sink up to 200 mA.

 

단일체로 된555 타이머는 매우 안정적인 컨트롤러로서, 정확한 지연 시간 또는 진동을 생성할 수 있습니다.
시간 지연모드로 작동시킬 때, (제품의) 외부와 연결되는 각각 1개의 저항과 커패시터를 통해 지연 시간 간격은 정확하게 제어됩니다.
발진장치로서 작동될 때, duty cycle(역주: 1주기당 ON/OFF 시간의 비율)과 자유 구동 주파수는 2개의 외부 저항과 1개의 커패시터에 의해 제어됩니다.
이 회로는 급격히 하강하는 전류 파형에 의해 구동되거나 정지됩니다.

 

이것이 NE555 타이머입니다. 이 IC의 역할은 단일 Pulse 파형을 만들어내는 발진회로라고 합니다.

2. 555의 핀 구성

각 핀의 구성은 다음과 같습니다.

1번. GND

접지 단자입니다.

 

2번. TRIGGER

타이머의 작동을 개시하기 위한 트리거 신호를 입력합니다. 데이터시트에 의한다면 이 IC는 음의 트리거에 의해 작동된다고 합니다.

 

① 작동 전

커패시터의 양 단자는 모두 Vcc와 연결되어 있고, 2번 핀으로 (+) 신호가 지속적으로 공급되고 있습니다. 즉 타이머는 아직 작동하지 않습니다.

 

② 트리거 순간

그림과 같이 전류는 VCC로부터 커패시터를 지나 접지로 들어갑니다. 이 때 커패시터는 충전되지 않은 상태이기 때문에 직류 전류가 통할 수 있습니다.
또한 NE555에서도 8번 핀(Vcc)과의 전위차로 인해 2번 핀에서 전류가 유출됩니다. 즉, 2번 핀의 입장에서는 평소와 반대 방향으로 전류가 흘러가는 셈이죠.

 

③ 충전 후

커패시터가 완전히 충전되었으므로 더 이상 접지 쪽으로는 전류가 흐르지 않습니다. 전류는 이전 상황과 같이 2번 핀을 통해 들어가는 방향으로 흐르게 됩니다.

 

이를 그래프로 표현하면 아래와 같습니다.

2번 구간의 길이는 커패시터의 용량이 커질수록 증가합니다만, 여기에서는 IC가 작동 될 정도의 음의 트리거만 주어지면 되니까 굳이 큰 용량의 커패시터를 쓸 필요는 없겠습니다.
그래서 데이터시트에 나온 예시에서도 1nF 정도의 용량을 쓰는군요.

 

3번. OUTPUT

여기에서 펄스가 출력됩니다. (통상적으로 펄스가 나오는 상태는 H, 정지된 상태는 L로 표현하는군요)

 

4번. RESET

이 곳에 전압이 입력되어야 3번 핀에서 펄스가 출력됩니다. 만일 이 핀이 한 번 접지되었다가 다시 전압이 걸린다면 펄스가 처음부터 다시 시작됩니다.

 

5번. CONTROL VOLTAGE

외부 소자와 연결하여 전압이 걸리면 출력 파형이 변조된다고 하는데, 자세한 내용은 저도 잘 모르겠습니다.

 

6번. THRESHOLD

이 단자의 전압이 Vcc의 2/3를 넘으면 타이머가 꺼집니다. 즉, 펄스의 폭을 제어합니다.

 

7번. DISCHARGE

타이머와 연결된 커패시터를 방전시킵니다.

 

3. 매커니즘

555 타이머의 기본적인 사용은 다음과 같습니다.
회로는 직접 설계해 보았습니다. 혹시 문제 있는 부분은 댓글로 알려주시기 바랍니다.

(클릭하면 크게 보실 수 있습니다.)

 

항목

기호

규격

저항

R1-R4 

10kΩ

 

R5 

220Ω

커패시터

C1-C2 

20nF 

 

C3-C4 

10μF 

다이오드

D1-D2 

1N4001

LED 

LED 

아무거나 --;

가변 커패시터

VaC 

아무거나

가변 저항

VaR 

아무거나

푸쉬버튼 스위치

SW1-SW2 

적당한 거

집적 회로

U1 

레귤레이터 7805

 

U2 

타이머 NE555

 

NE555의 작동 과정 (제 방식대로 이해해 본 것임)

 

일단 SW1을 눌렀다 뗌으로써 02번 핀(TRIGGER)에 음의 트리거 신호를 가합니다.

커패시터 VaC에 전기가 충전되는 동안 Output에서 펄스가 출력됩니다. 전기가 충전되는 속도는 직렬로 연결된 저항 VaR에 의해 조절됩니다.

커패시터에 충전되는 전압은 555타이머가 06번 핀 THRESHOLD를 통해 연속적으로 측정합니다. 그러다가 VaC에 충전된 전압이 Vcc에 걸린 전압의 2/3 정도가 되면 Output으로 보내던 펄스를 끊습니다. (이로써 펄스의 1주기가 끝납니다.)

1 주기를 마친 타이머는 07번 핀(DISCHARGE)를 통해 VaC에 충전된 전기를 뽑아 접지로 흘려 보냅니다. 그리고 다음 TRIGGER 신호가 올 때까지 계속 대기하고 있습니다.

펄스가 출력되는 동안에 SW2를 눌렀다 뗌으로써 RESET 신호를 보낼 경우 펄스를 처음부터 다시 보낸 다음 1주기를 마칩니다.

 

다이오드 D1, D2는 C1, C2에서 방전된 전기가 접지를 찾아 거꾸로 흘러 U2의 Vcc나 VaR, VaC 등으로 지나가지 못하기 하기 위해 설치하였습니다.

 

펄스의 폭(펄스의 지속 시간)은 VaC와 VaR에 의해 조절되고 그 식은 다음에 근사합니다.

τ=RC

τ = RC 시정수 (단위: sec)
R = 저항 (단위: Ω)
C = 커패시턴스 (단위: F)

★ RC 시정수 τ: 커패시터의 충전/방전되는 단위 시간

충전시: 커패시터에 충전되는 전압의 크기가 완충 전압의 약 63%에 이르기까지 소요 시간
방전시: 커패시터가 나타내는 전압의 크기가 완충 전압의 약 37%에 이르기까지 소요 시간

 

데이터시트에서 타이머는 VaC의 전압이 Vcc의 2/3가 될 때까지 작동된다고 했는데 2/3(약 0.6667)는 RC 시정수의 정의인 63%와 거의 근사하다고 취급하겠습니다. (데이터시트에서는 펄스의 폭이 1.1RC와 같다고 나와 있습니다.)

다음은 MultiSIM으로 테스트해본 결과입니다.

 

오실로스코프를 확대한 화면

브레드보드로 구현해 본 예제 회로입니다.



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