파형 발생기 : 멀티바이브레이터 (multivibrator)

myblack·2025년 11월 8일

전자회로

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Multivibrator

종류

종류	상태	출력 특징	예시
아스테이블(Astable)	안정된 상태 없음	계속 진동 (주기적 펄스 발생)	클럭, 타이머, PWM
모노스테이블(Monostable)	안정 1개, 불안정 1개	트리거(입력) 한 번에 펄스 1개 발생	버튼 디바운스, 펄스 생성기
바이(비스테이블, Bistable)	안정 2개	두 상태 중 하나를 유지 (플립플롭)	RS 플립플롭, 메모리 저장

외부 트리거 없이 자동으로 진동
트랜지스터 2개와 커패시터, 저항으로 구성됨
커패시터가 번갈아 충전/방전되며 두 트랜지스터가 교대로 ON/OFF
결과적으로 사각파가 나옴

🟢 예시: NE555 타이머 IC의 기본 진동 회로
→ LED 깜빡이, 클럭 신호 발생기

전원 인가 직후 (불균형 시작)
회로는 완벽히 대칭이지만, 부품 편차나 노이즈 때문에 한쪽 트랜지스터(Q1)가 약간 먼저 ON됩니다.

Q1의 Base가 먼저 0.7V 이상의 값을 도달했다고 가정.
Q1의 C-E는 Short 상태가 되어 R1을 통해 충전된 커패시터 C1의 전류는 GND를 통해 방전
동시에 R2를 통해 C1 충전됨.
Q1 Short 상태일때 C2는 R4를 통해 충전됨. VCC-R4-C2-Q1B
Q1의 콜렉터 전위 (VC = OUPUT1)가 LOW로 흐름

시간이 지나면 C1로 부터 방전되서 Q2의 V_BASE 0.7V 이상 되면 Q1 ON
Q1의 C-E Short 상태일 때, Q2의 C-E Open
C1이 방전을 하게 되면서 C1과 Q2가 연결되는 Q2의 Base단의 전압이 음수 값 가짐
(Q2의 C-E Open)

음전압 발생 원리
커패시터는 양단 전위차를 유지하려는 성질이 있으므로, 한쪽 극판 전위가 급격히 낮아지면
반대쪽(베이스 측) 전위도 같은 폭만큼 떨어져 순간적인 음전압이 생긴다.
이로 인해 반대쪽 트랜지스터가 확실히 OFF된다.

Q2 베이스가 먼저 0.7V 를 넘으면 Q2의 C–E가 Short (ON) 된다.
Q2의 컬렉터 전위 (Output2)는 LOW (거의 0V) 로 떨어짐.
동시에 Q1은 OFF 상태가 됨 → Output1은 HIGH (Vcc 근처).
C2의 동작
Q2가 ON되면 C2는 GND 방향으로 방전된다.
→ (C2의 한쪽 극판은 Q2 컬렉터에 연결되어 LOW, 다른 쪽은 R3 통해 충전 시작)
방전이 일어나면서 R3을 통해 C2의 반대쪽 극판이 다시 충전되기 시작함.
C1의 충전
Q2가 ON된 동안, C1은 R1을 통해 충전된다.
(경로: Vcc → R1 → C1 → Q2 베이스)
시간이 지나면서 C1의 전압이 상승하고, Q1의 베이스 전위도 점차 올라감.
Q1의 베이스 전압 상승 → 상태 전환
C1이 충분히 충전되어 Q1 베이스가 약 0.7V 이상이 되면
→ Q1이 ON되고 Q2는 OFF로 전환된다.
즉, 두 트랜지스터가 서로 교대로 ON/OFF 하며 진동.

이 과정을 계속 반복하면서 주기적인 ON/OFF 진동이 일어남.

출력 파형
R2 = R3, C1 = C2로 대칭이기 때문에 두 트랜지스터는
동일한 시간 상수(τ = RC) 를 갖고 동일 주기로 번갈아 스위칭된다.

One-shot (단발 펄스) 발생기

1) 초기 안정 상태

2) 동작 과정

1. 입력 펄스 인가
입력에 양(+)의 펄스가 들어오면,
C2와 D1을 통해 이 변화가 Q1의 베이스로 전달되어 Q1이 ON(포화) 됨.
2. Q1 포화 → Q2 차단
Q1이 포화되면 Q1의 컬렉터 전압이 급격히 LOW로 떨어짐.
이 전압 변화가 커패시터 C1을 통해 Q2의 베이스로 전달,
→ Q2는 OFF(차단) 됨.
3. Q2 차단 → Q1 유지
Q2가 꺼지면 Q2의 컬렉터 전압이 빠르게 상승(VCC 근처).
이 상승이 R3을 통해 Q1의 베이스로 피드백되어
Q1을 계속 ON 상태로 유지함.
→ 회로는 비안정 상태(펄스 출력 상태)에 머뭄.

4. 커패시터 충전 과정
C1은 R2와 Q1을 통해 반대 방향으로 충전됨.
C1의 전압이 점점 변화하면서 Q2의 베이스 전압을 서서히 높임.
5. 복귀
일정 시간이 지나 Q2의 베이스가 다시 순방향 바이어스 (0.7V)되면
Q2 ON ,Q1의 베이스 전압이 떨어져 Q1이 OFF 됨.
6. 안정 상태 복귀
회로는 다시 초기 상태(Q1 OFF, Q2 ON) 로 돌아감.
다음 입력 펄스를 기다림.

구간	Q1 상태	Q2 상태	출력(Vout)	C1 전압 변화
안정 상태	ON	OFF	HIGH	충전된 상태
트리거 입력	OFF	ON	LOW	전위 이동 시작
비안정 유지	OFF	ON	LOW	RC 충전/방전 중
복귀 시점	ON	OFF	HIGH	초기 상태로 복귀

트리거 입력 펄스

2-안정 플립플롭

쌍안정 멀티바이브레이터 동작 요약

회로는 대칭 구조로, 두 트랜지스터(Q1, Q2)가 같은 부품 값으로 구성.
전원이 처음 인가되면 작은 불균형으로 인해
한쪽이 ON(포화), 다른 쪽은 OFF(차단) 상태가 되어 안정상태 1이 됨.
이후 트리거 펄스가 들어올 때마다 상태가 전환됨.

기본 구조

R1, R6 → 각 트랜지스터의 컬렉터 부하 저항
R1·R2·R4 → Q2의 순방향 바이어스 제공
R6·R5·R3 → Q1의 순방향 바이어스 제공
C1, C2 → 각 트랜지스터 베이스로 트리거 신호 전달
C3, C4 → 한 트랜지스터의 컬렉터 전압 변화가 다른 쪽 베이스로 순간적으로 결합되도록 도움.

초기 상태

피드백 경로
한 트랜지스터의 컬렉터 전압이 직접적으로 다른 트랜지스터의 베이스에 전달됨.
한쪽이 ON 되면 다른 한쪽은 자동으로 OFF 됨 → 직접 결합 피드백(direct coupling) 방식.
ex) Q1 ON일때 컬렉터 전압 LOW (0.2V)로 떨어짐
Q2 BASE LOW (0.2V)로 OFF

상태 전환 과정