무안정 회로가 "계속 깜빡이는" 동작이라면, 단안정(monostable) 회로는 버튼을 누를 때 한 번만, 정해진 시간 동안 켜졌다가 스스로 꺼지는 동작입니다. 계단 조명 타이머, 일정 시간 울리는 경보, 짧은 입력 펄스를 보기 좋은 길이로 늘리는 펄스 확장기가 대표적인 쓰임입니다. 이 글에서는 555 단안정 회로의 동작과 시간 공식, 부품값 선택, 트리거 조건, 자주 하는 실수를 정리합니다. 시간 계산은 555 타이머 계산기의 단안정 탭을 쓸 수 있습니다.
동작 원리
단안정에서는 평소에 출력이 Low이고, 트리거가 들어오면 출력이 High가 되어 정해진 시간 동안 유지됩니다. 시간이 끝나면 출력이 다시 Low로 돌아가고 다음 트리거를 기다립니다.
- 평소에는 7번 핀(방전)이 커패시터를 접지로 붙잡고 있어 커패시터 전압은 0V입니다. 출력은 Low입니다.
- 2번 핀(TRIG) 전압이 전원의 1/3 아래로 잠깐 내려가면(버튼을 누름) 출력이 High가 되고 7번 핀이 열려 커패시터가 R을 통해 충전되기 시작합니다.
- 커패시터 전압이 전원의 2/3에 도달하면 출력이 Low로 돌아가고 7번 핀이 다시 커패시터를 방전시킵니다.
시간 공식
출력 High 시간 t = ln(3) × R × C ≈ 1.1 × R × C
전원 전압이 달라져도 시간이 거의 변하지 않는 것이 장점입니다. 커패시터가 전원의 2/3까지 차오르는 시간이 R·C로만 정해지기 때문입니다.
| R | C | 출력 시간 |
|---|---|---|
| 10kΩ | 10µF | 약 0.11초 |
| 100kΩ | 1µF | 약 0.11초 |
| 100kΩ | 10µF | 약 1.1초 |
| 47kΩ | 100µF | 약 5.2초 |
| 470kΩ | 100µF | 약 52초 |
| 1MΩ | 10µF | 약 11초 |
R이 3MΩ을 넘거나 C가 누설이 큰 전해 커패시터이면 시간이 부정확해집니다. 수십 초 이상의 긴 시간은 555보다 전용 타이머 IC나 마이크로컨트롤러가 더 정확합니다.
회로 구성
- R: +V와 7번·6번 핀(서로 묶음) 사이
- C: 6번 핀과 접지 사이
- 트리거: 2번 핀을 풀업 저항(10kΩ)으로 +V에 연결하고, 스위치를 2번 핀과 접지 사이에 둡니다. 평소에는 High, 누르면 Low로 떨어져 트리거됩니다.
- RESET(4번): +V에 연결합니다.
- CTRL(5번): 10nF을 접지로 달아 노이즈를 줄입니다.
- 출력(3번): LED 저항과 LED, 또는 트랜지스터를 통해 릴레이·부저를 구동합니다.
7번과 6번 핀을 묶는 것이 무안정과 다릅니다. 무안정에서는 R2가 7번과 6번 사이에 있었지만 단안정에서는 R 하나가 +V에서 7·6번으로 직접 연결됩니다.
트리거 조건
555 단안정은 재트리거가 되지 않습니다. 출력이 켜져 있는 동안 트리거가 다시 들어와도 시간이 연장되지 않습니다. 버튼 바운스(짧은 떨림)가 있어도 첫 트리거만 인식되므로 디바운스 회로가 따로 필요 없다는 장점이 있습니다(택트 스위치와 풀업·풀다운 저항).
주의할 점은 트리거가 눌려 있는 시간입니다. 2번 핀의 Low 상태가 출력 시간보다 길게 이어지면 출력이 그 시간 동안 High로 유지됩니다. 버튼을 길게 누르는 동작에서도 정해진 시간만 켜지게 하려면 트리거 입력에 작은 커패시터(10nF 정도)와 저항으로 미분 회로를 만들어 짧은 펄스로 바꿔 줍니다.
응용 예
- 지연 조명: 버튼을 누르면 LED를 약 10초 켭니다. 출력에 트랜지스터를 달아 큰 전류의 램프를 구동합니다(트랜지스터 스위치 회로).
- 경보음 길이 조절: 센서 신호가 들어오면 부저를 1초만 울립니다.
- 펄스 확장: 마이크로컨트롤러에서 나오는 짧은 펄스를 사람이 볼 수 있는 0.1초로 늘려 LED로 표시합니다.
자주 하는 실수
| 실수 | 증상 | 해결 |
|---|---|---|
| 7번과 6번 핀을 묶지 않음 | 출력이 켜진 채로 멈춤 | 두 핀을 R에 함께 연결 |
| 2번 핀 풀업 생략 | 시작할 때 저절로 트리거됨 | 10kΩ으로 +V에 연결 |
| 4번 핀 방치 | 무작위로 리셋 | +V에 연결 |
| 시간이 계산과 크게 다름 | 전해 커패시터의 오차와 누설 | 값을 측정하고 가변저항으로 보정 |
| 버튼을 누르고 있으면 계속 켜짐 | 트리거가 출력보다 길게 유지 | 미분 회로로 트리거 폭 줄이기 |
패턴도에서 확인하기
패턴도의 NE555 모델은 무안정과 단안정을 모두 다루는 타이머 모델입니다. 부품을 놓고 스위치로 2번 핀을 접지로 당겨 보면서 출력 핀의 HIGH·LOW 상태가 일정 시간 뒤 바뀌는지 확인해 보세요. 시뮬레이션 사용법은 패턴도 시뮬레이션 사용법에 있습니다.
정리
단안정의 출력 시간은 t ≈ 1.1 × R × C이고, 7·6번 핀을 묶어 R로 +V에 연결하는 것이 핵심입니다. 트리거 풀업과 4번 핀 처리를 빠뜨리지 마세요. 같은 R·C 개념을 더 일반적으로 이해하려면 RC 시정수와 커패시터 충방전을 보세요.