Tapito의 AVR 정복기

6부. 비 안정 멀티 바이브레이터

1. 비안정 멀티바이브레이터란?

이번 화에서는 아날로그 회로에 대해 공부해 보겠습니다. 아날로그 회로는… 깊이 파고들면 미적분도 나오고 정말 한도 끝도 없기에 본인도 아직 그 정도 실력까지는 도달하지 못한 만큼, 작동 과정 위주로 해 봅니다. 비 안정 멀티 바이브레이터는 간단히 말하자면 커패시터와 저항만을 이용해 일정 주기의 신호를 만들어내는 회로입니다. 이 용어를 쪼개본다면, "비 안정"이라는 말은 안정되지 않았다. 즉, 전원만 주면 별도의 개시 신호가 없이도 알아서 소자들이 충전과 방전을 번갈아 하며 작동된다는 뜻이고, 멀티는 R-C 조합된 회로가 둘 이상이라는 뜻입니다. 바이브레이터는 번역하자면 진동 발생기? 발진기? 정도가 되겠습니다. 결국 비안정 멀티바이브레이터(Astable Multivibrator)는 별도의 개시 신호가 없이 전원만 주면 일정한 주기로 신호를 발생시키는 발진기라는 뜻이 되겠죠.

2. 비안정 멀티바이브레이터의 회로

비안정 멀티바이브레이터는 이렇게 좌우 대칭으로 R-C-TR이 아름답게(?) 배치되어 있습니다.

• R1와 C1, R2와 C2

  이들은 각각 한 쌍이 되어서 발진기의 주기를 결정하는 소자입니다. 위 회로의 주기는 약 입니다.

• R3, R4

  TR1과 TR2에 과전류가 흐르지 않도록 보호하는 컬렉터 저항입니다. R1 ~ R4의 저항값을 결정할 때는 R1과 R2의 저항값은 R3과 R4의 저항보다 충분히 크도록 설정해야 합니다.

3. 작동 과정

• 먼저 Vcc에 전원이 공급됩니다.

  

   

• R1 ~ R4에 전압이 걸립니다. 그러나 아직 이 단계는 시동을 거는 단계로서, 본래 의도하고자 한 주기는 나오지 않습니다. 왼쪽 회로와 오른쪽 회로가 서로 번갈아 가며 신호를 내야 하는데, 어느 쪽이 먼저 신호를 만드느냐는 양측 TR의 감도와, R1과 R2간의 저항 값 오차 등 여러 요인에 의해 결정됩니다. 양쪽이 오차마저도 정말 완벽하게 똑 같은 대칭이라면 다음 단계로 진행이 안 된다는 것이죠. 여기서는 R2, C2, TR2으로 구성된 오른쪽 회로가 먼저 신호를 발생시킨다고 가정해 봅니다.

  

   

  오른쪽으로 녹색 표시된 전류가 흐릅니다. 이 전류는 대부분 오른쪽 OutB로 출력됩니다. 그러나 일부는 C2 쪽으로 흘러가 C2를 충전시키고 왼쪽의 TR1의 베이스로 들어가 TR1을 통전상태로 만듭니다. 그러면 TR1이 단락 소자로 작용해 C1과 OutA가 접지와 직접 연결되는 효과를 가져옵니다. OutA는 0V를 나타내고 (빨간색 전류), C1은 그나마 약간 남아있는 전기도 전부 방전시키겠죠 (파란색 전류). C1이 방전되기까지 소요되는 시간은 보다 약간 작은 값입니다.

   

• C2의 충전이 끝나면 더 이상 TR1으로 흘러가는 베이스 전류는 없게 됩니다. (R2의 저항값은 매우 크기 때문에 무시 가능) TR1은 불통 상태, C1은 완전 방전된 상태가 됩니다.

  

   

• 왼쪽 TR1이 불통 상태이고 C1이 완전 방전 상태이므로 잠시 직류 전류가 통과할 수 있습니다. 이번에는 전류의 대부분이 OutA로 흐르고 일부는 C1으로 흐릅니다. C1을 충전시킨 후 전류는 TR2의 베이스 단자로 흘러가 TR2를 통전상태로 만듭니다. 그러면 위에서 충전되었던 C2는 접지로 단락되어 방전됩니다. 이 때부터 본격적인 주기가 시작됩니다. C2가 완전 방전되기까지 걸리는 시간과 관련된 시정수는 입니다. – 반주기 A

  

   

• 왼쪽 C1이 완충되었으면 오른쪽 TR2도 베이스에 더 이상 전류가 공급되지 않아 불통상태가 됩니다. 이 때 완방된 C2로 전류가 유입되면서 C2는 다시 충전되고 TR1은 열리면서 충전되었던 C1는 또 방전됩니다. 이 때의 완전 방전까지 지속시간 역시 입니다. – 반주기 B

  

   

• 이제 반주기 A, B가 번갈아 나타나며 OutA, B에도 무한히 규칙적인 신호가 출력됩니다.

3. 실제로 만들어 보기

위 원리를 참고해 대충 만들어 본 발진 회로입니다.

실제로 실험해 본 결과 Out-A, Out-B 양단에 걸린 부하의 저항 값이 C1과 C2의 방전 속도에 영향을 주러 결과적으로 발진기의 주기 자체에 영향을 줍니다. 그래서 양단의 출력부에 큰 저항 1M를 장착해 커패시터 방전에 거의 영향이 없도록 하고, 대신 여기서 나오는 미약한 전류를 트랜지스터로 증폭해 LED에 공급하도록 회로를 구성해 보았습니다. 이 발전기의 주기는 대략 입니다. 즉 한쪽 LED당 6 sec ~ 7 sec정도 점등이 지속되는 것이죠.

4. 참고 자료

• http://0116009046.blog.me/10099935577
• http://kin.naver.com/qna/detail.nhn?d1id=11&dirId=1118&docId=66666675&qb=67mE7JWI7KCVIOupgO2LsOuwlOydtOu4jOugiOydtO2EsCDso7zquLA=&enc=utf8&section=kin&rank=3&search_sort=0&spq=0&pid=g1KbEF5Y7vdssb4JuXossc--080101&sid=T1LVq8yiUk8AADp9Gjw
• http://blog.daum.net/lostinspace/4535550
• http://blog.naver.com/45307?Redirect=Log&logNo=100024926648

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