핀 7과 핀 2·6 사이의 부품이 타이밍을 만듭니다
555 타이머(555 timer)는 두 비교기(comparator)와 내부 상태 기억 회로를 이용해 입력 전압이 정해진 임계값을 지날 때 출력 상태를 바꾸는 IC(Integrated Circuit)입니다. 핀 2는 트리거(trigger), 핀 6은 임계값 입력(threshold), 핀 7은 방전(discharge) 핀입니다. 아래 구성에서는 핀 2와 6을 같은 감지점 V_S에 묶습니다. 전원 V_CC에서 저항 R_A를 거쳐 핀 7에 이르고, 그다음 인덕터 L과 인덕터 권선의 직류저항 R_S를 지나 V_S에 닿습니다. V_S에서는 저항 R_B가 접지로 이어집니다. R_A·R_B·R_S의 단위는 Ω(옴), L의 단위는 H(헨리)입니다.
위 그림은 발진을 결정하는 전류 경로만 단순화했습니다. 핀 5는 제어 전압 입력(control voltage)으로, 이 핀의 전압이 내부 전환 임계값에 영향을 줍니다. 핀 5와 접지 사이의 커패시터는 제어 전압에 섞인 잡음을 줄이기 위한 별도 가지입니다. 전원 핀 8과 접지 사이에는 전원용 0.1 표기 커패시터와 100 µF/50 V 표기 커패시터가 병렬로 연결됩니다. 100 µF는 용량, 50 V는 표시된 정격 전압입니다. 핀 5용과 전원용으로 각각 적힌 0.1에는 단위가 없으므로 용량을 임의로 0.1 µF라고 정하지 않습니다. 이 부품 표기만으로 발진이 실험으로 확인되었다고 판단할 수도 없습니다.
방전 트랜지스터(discharge transistor)는 출력이 HIGH일 때 핀 7을 사실상 열어 두고, LOW일 때 접지 쪽으로 당깁니다. V_S가 대략 V_CC/3 아래로 내려가면 출력이 HIGH가 되고, 대략 2V_CC/3에 이르면 LOW로 바뀝니다. 실제 임계값과 핀 7의 켜진 상태 전압에는 부품별 오차가 있으므로 이 비율은 첫 계산을 위한 기준입니다. 출력 핀 3에서 저항과 LED(Light-Emitting Diode)를 거쳐 접지로 연결한 표시등은 출력 상태를 보여 줄 뿐, 발진 주파수나 핀 7 전류가 안전하다는 증거는 아닙니다.
HIGH 상태의 최종 전압이 상한 임계값보다 높아야 합니다
출력이 HIGH이고 핀 7의 방전 트랜지스터가 꺼져 있다고 가정하겠습니다. 직류 정상 상태에서 전류는 V_CC → R_A → L+R_S → R_B → 접지로 흐릅니다. 인덕터가 직류에서는 권선 저항 R_S만 남는다고 보면, 감지점이 도달할 수 있는 최종 전압은 다음과 같습니다.
V_S,∞ = V_CC × R_B / (R_A + R_S + R_B)
발진이 반복되려면 감지점이 상한 임계값 2V_CC/3을 유한한 시간 안에 넘어야 합니다. 이상적인 임계값과 누설이 없는 경우 이 조건은 R_B > 2(R_A + R_S)입니다. 두 값이 같으면 감지점은 임계값에 점점 가까워질 뿐 유한한 시간에 건너지 않습니다. R_B가 이 조건에 못 미치면 인덕터 값을 키워도 최종 전압은 바뀌지 않으므로 상한 전환을 만들 수 없습니다. 실제 설계에서는 저항 오차, 임계값 오차와 온도 변화를 고려해 등호보다 충분한 여유를 둬야 합니다.
예시로 원래 회로에 없는 가상의 값 V_CC=5 V, R_A=1 kΩ, R_S=100 Ω을 넣으면 R_B는 2.2 kΩ보다 커야 합니다. R_B=3.3 kΩ을 택했을 때 계산상 최종 전압은 3.75 V로 이상적 상한 임계값 3.33 V를 넘습니다. 이는 저항 비율 검산일 뿐이며, 실제 발진은 해당 555의 임계값 오차, 핀 7 동작, 인덕터 포화를 확인해야 판단할 수 있습니다.
인덕터가 전류 변화를 늦추므로 HIGH 구간의 감지 전압은 이 최종값을 향해 점차 올라갑니다. 이상적인 1차 회로에서 R_H=R_A+R_S+R_B, τ_H=L/R_H라고 놓으면, 감지점이 V_CC/3에서 2V_CC/3까지 올라가는 시간은 다음처럼 계산할 수 있습니다.
t_H = τ_H × ln[(V_S,∞−V_CC/3)/(V_S,∞−2V_CC/3)]
여기서 τ_H는 초(s) 단위의 시정수(time constant), ln은 자연로그입니다. 시정수는 감지 전압이 최종값에 얼마나 빠르게 가까워지는지를 나타내며, 이 값이 크면 같은 전압 범위를 지나는 데 더 오래 걸립니다. 이 식은 두 임계값에 실제로 도달할 수 있을 때만 의미가 있습니다. 특히 최종 전압이 상한 임계값에 가까우면 저항과 임계값의 작은 오차에도 시간이 크게 달라집니다.
전원을 처음 넣기 전에 인덕터 전류가 0이었다면 감지점도 0 V에서 출발합니다. 따라서 첫 HIGH 구간은 위의 V_CC/3 → 2V_CC/3 반복 구간과 길이가 다를 수 있습니다. 전원을 짧게 끊었다 다시 넣는 경우에는 남은 전류와 타이머의 초기 상태까지 확인해야 하므로, 첫 주기의 길이를 반복 주기의 길이로 취급하지 않습니다.
LOW 상태에는 핀 7의 실제 전류와 전압을 따로 봅니다
감지점이 상한 임계값에 닿아 출력이 LOW가 되면 핀 7의 방전 트랜지스터가 켜집니다. 이상적으로 핀 7이 0 V라면 인덕터 전류는 핀 7 → L+R_S → R_B → 접지 경로에서 줄어들고, V_S도 낮아집니다. V_S가 하한 임계값 V_CC/3 아래로 내려가면 핀 7이 다시 열립니다. 이 이상적인 LOW 구간의 시정수는 τ_L=L/(R_S+R_B)이고, 2V_CC/3에서 V_CC/3까지의 시간은 t_L≈τ_L×ln 2입니다.
실제 핀 7은 완벽한 접지 스위치가 아닙니다. 방전 트랜지스터의 켜진 상태 전압, 누설, R_A에서 계속 들어오는 전류와 인덕터 전류가 핀 7의 동작점을 바꿉니다. 따라서 t_L 식을 부품값만으로 보장되는 주파수라고 쓰면 안 됩니다. 핀 7이 LOW일 때에는 R_A 경로의 전류와 인덕터 경로의 전류를 함께 추적하고, 선택한 555 부품의 방전 출력 조건·발열을 확인합니다. 인덕터에 저장된 에너지 E=½LI²와 전환 순간 핀 7의 전압도 확인해야 합니다. I는 인덕터 전류(A, 암페어), E는 에너지(J, 줄)입니다.

기존 RC 발진식의 0.693(R_A+R_B)C를 이 회로에 그대로 넣을 수 없습니다. 감지점의 전압은 커패시터 전압이 아니라 R_B에 흐르는 인덕터 전류가 만드는 전압이기 때문입니다. 표시등의 330 Ω도 이 타이밍 경로의 R_B가 아니라 출력 핀 3의 별도 부하입니다.
회로를 시험할 때는 세 지점을 같은 시간축에 기록합니다
- 먼저 회로도에서 핀 4와 8의 전원, 핀 1의 접지, 핀 2·6의 공통 감지점, 핀 7과
R_A·L·R_S·R_B의 순서를 확인합니다. 바이패스 커패시터(bypass capacitor)는 전환 순간 IC가 요구하는 전류를 가까이에서 공급하고 전원선의 전압 흔들림을 줄이는 부품이므로 IC 전원 핀 가까이에 배치합니다. 핀 5와 전원에 각각0.1이라고 적힌 커패시터는 단위가 빠져 있으므로 실제 용량을 확인한 뒤 사용합니다. R_A,R_B, 인덕터의 실제L과 직류저항R_S를 측정하거나 해당 부품 자료에서 확인합니다.V_S,∞를 계산하고 전원·저항·임계값 오차를 포함해 상한 전환을 넘는지 검토합니다.- 선택한 555의 전원 범위, 핀 7의 전류와 켜진 상태 전압, 핀 3의 HIGH 출력과 LED 전류, 인덕터의 포화 전류·권선 손실을 부품 자료와 대조합니다. 포화 전류(saturation current)는 인덕터의 자기 코어가 포화되기 시작하는 전류 기준입니다. 그 부근에서는 인덕턴스
L이 일정하다는 계산 가정이 무너져 감지점의 임계값 통과 시간과 파형이 달라질 수 있습니다. 전류 제한 전원으로 처음 가동합니다. - 오실로스코프(oscilloscope)로
V_S(핀 2·6), 출력(핀 3), 핀 7 전압을 같은 시간축에 기록합니다. 실제V_S가 상한과 하한 임계값을 순서대로 넘는지 확인하고, 핀 7의 전환 순간 과도 전압도 봅니다. 접지 연결을 짧게 하고 프로브(probe)의 접지 경로가 파형을 바꾸지 않는지 확인합니다. - 실제 HIGH·LOW 시간과 LED 점등, 전원 전압의 흔들림, 인덕터와 IC의 온도를 함께 기록합니다. 부품 편차·전원 변동·온도를 바꾼 뒤에도 발진이 이어지는지 확인합니다.
이 배선에 5 V가 적혀 있어도 R_A·R_B·L·R_S 값이 없으면 주파수나 듀티비(duty cycle)를 계산할 수 없습니다. 듀티비는 한 주기 중 HIGH가 차지하는 비율입니다. 그림의 임계값과 파형 역시 실측 파형으로 간주하지 않고, 실제 감지점·핀 7·출력을 측정해 동작을 확인해야 합니다.