IC 없이 트랜지스터 두 개만으로 LED 두 개를 번갈아 깜빡이는 회로가 무안정 멀티바이브레이터입니다. 1950년대부터 쓰인 고전 회로이고, 부품이 적고 원리가 눈에 보여 트랜지스터와 커패시터를 이해하는 데 좋은 첫 작품입니다. 이 글에서는 동작 원리, 부품 목록, 깜빡이는 주기 계산, 연결 방법, 만능기판 배치와 점검 방법을 안내합니다.
완성하면 이렇게 동작합니다
5V 전원을 넣으면 LED 두 개가 번갈아 약 1.5Hz로 깜빡입니다(한 번에 하나씩 약 0.33초). 주기는 저항과 커패시터 값으로 바꿀 수 있습니다.
부품 목록
| 부품 | 수량 | 값 | 역할 |
|---|---|---|---|
| NPN 트랜지스터 | 2 | 2N3904 | 스위치 |
| LED | 2 | 빨강·초록 등 | 표시 |
| 저항 R1, R4 | 2 | 330Ω | LED 전류 제한 |
| 저항 R2, R3 | 2 | 47kΩ | 베이스 바이어스 |
| 전해 커패시터 C1, C2 | 2 | 10µF (16V 이상) | 타이밍 |
| 전원 | 1 | 5V(USB 전원 보드 등) |
전원은 5V 안팎(6V 이하)으로 쓰세요. 이 회로에서는 트랜지스터의 베이스-이미터 접합에 역전압이 걸리는데, 2N3904의 허용 역전압은 6V 정도라서 9V를 직접 걸면 트랜지스터가 서서히 상합니다.
연결표
회로도를 그리지 않고 연결을 표로 정리했습니다. 한 줄이 하나의 넷(같은 전위로 이어지는 점들)입니다.
| 넷 | 연결되는 곳 |
|---|---|
| +5V | R1 한쪽, R2 한쪽, R3 한쪽, R4 한쪽 |
| GND | Q1 이미터(E), Q2 이미터(E) |
| Q1 컬렉터 노드 | LED1의 캐소드, Q1 컬렉터(C), C1의 + |
| Q2 컬렉터 노드 | LED2의 캐소드, Q2 컬렉터(C), C2의 + |
| Q1 베이스 노드 | R3의 다른 쪽, Q1 베이스(B), C2의 − |
| Q2 베이스 노드 | R2의 다른 쪽, Q2 베이스(B), C1의 − |
| LED1 | 애노드는 R1을 거쳐 +5V |
| LED2 | 애노드는 R4를 거쳐 +5V |
전해 커패시터의 +쪽이 컬렉터에, −쪽이 상대 트랜지스터의 베이스에 가도록 방향을 맞춥니다. 반대로 달면 동작이 불안정해집니다(커패시터 종류와 극성).
동작 원리
두 트랜지스터는 서로 반대로 켜지고 꺼집니다.
- 전원을 넣으면 두 트랜지스터가 약간 다르게 켜집니다. Q1이 조금 먼저 켜졌다고 하겠습니다.
- Q1이 켜지면 컬렉터 전압이 거의 0V로 내려가고, C1을 통해 Q2의 베이스가 아래로 끌려가 Q2는 꺼집니다. LED1이 켜집니다.
- 꺼진 Q2의 베이스는 R2를 통해 C1이 서서히 충전되면서 올라갑니다. 약 0.6~0.7V에 이르면 Q2가 켜집니다.
- Q2가 켜지면 같은 방식으로 C2를 통해 Q1의 베이스가 끌려가 Q1이 꺼지고, LED2가 켜집니다. 위 과정이 반복됩니다.
한쪽 LED가 켜져 있는 시간은 RC 충전 시간으로 정해집니다(RC 시정수와 커패시터 충방전).
주기 계산
한쪽 시간 t ≈ 0.693 × R_B × C 전체 주기 T ≈ 1.386 × R_B × C (R2 = R3, C1 = C2일 때) 주파수 f ≈ 1 / T
R_B = 47kΩ, C = 10µF이면 T ≈ 1.386 × 47,000 × 0.00001 ≈ 0.65초, f ≈ 1.5Hz입니다. 느리게 하려면 커패시터를 22µF으로, 빠르게 하려면 1µF으로 바꿔 보세요.
두 쪽의 저항이나 커패시터를 다르게 하면 켜져 있는 시간이 달라집니다(비대칭 점멸).
저항 값 정하는 법
- R1, R4(LED 저항):
(5V − LED 전압 − 약 0.2V) ÷ 원하는 전류. 빨간 LED, 8mA이면 약 330Ω입니다(LED 전류 제한 저항). - R2, R3(바이어스): 트랜지스터가 켜졌을 때 포화되도록
R_B ≤ hFE × R_C가 되게 합니다. 2N3904는 hFE가 100 이상이므로 330Ω × 100 = 33kΩ 근처 값을 기준으로 22k~47kΩ을 씁니다. 너무 크면 한 쪽이 완전히 켜지지 않고 LED가 어두워집니다.
만능기판 배치 요령
- 두 트랜지스터와 두 LED를 좌우 대칭으로 놓으면 배선이 단순해집니다.
- 전원 레일을 위쪽, GND 레일을 아래쪽에 둡니다(전원 레일과 접지 설계).
- 2N3904 핀 순서는 E-B-C입니다. 납작한 면을 앞으로 보고 왼쪽부터 확인하세요(트랜지스터 스위치 회로).
- 가장 길게 가로질러야 하는 선은 두 커패시터의 교차 연결입니다. 점퍼선으로 처리하는 편이 안전합니다(배선 방법 비교).
점검과 문제 해결
| 증상 | 원인 | 확인 |
|---|---|---|
| 두 LED가 모두 켜진 채 멈춤 | R_B가 너무 작거나 커패시터가 반대 방향 | 커패시터 극성, 저항 값 |
| 한쪽 LED만 켜진 채 멈춤 | 한쪽 커패시터 불량·반대 방향, 트랜지스터 핀 착오 | 핀 배열 재확인 |
| 둘 다 켜지지 않음 | 전원 반대, LED 방향 반대 | 극성 확인 |
| 너무 빨라 켜진 것처럼 보임 | 커패시터가 너무 작음 | 용량을 키움 |
문제가 풀리지 않으면 완성했는데 동작하지 않을 때: 단계별 점검표를 따라가 보세요.
확장 아이디어
- LED 대신 트랜지스터를 한 단계 더 달아 큰 램프나 부저를 구동합니다.
- 저항을 가변저항으로 바꿔 속도를 조절합니다.
- 같은 동작을 555 타이머로 만든 무안정 회로와 비교해 보세요. 부품은 더 적지만 주파수가 훨씬 정확합니다.
정리
무안정 멀티바이브레이터는 트랜지스터 두 개와 커패시터 두 개가 서로의 베이스를 끌어당기며 번갈아 켜지고 꺼지는 회로입니다. 5V에서 쓰고, 커패시터의 + 방향을 컬렉터 쪽으로 맞추며, 주기는 1.386 × R × C로 예측하세요.