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작품 예제Project examples

트랜지스터 2개로 만드는 LED 깜빡이(무안정 멀티바이브레이터)An LED Flasher with Two Transistors (Astable Multivibrator)

NPN 트랜지스터 두 개와 저항·커패시터로 LED 두 개를 번갈아 깜빡이는 회로의 부품 목록, 주기 계산, 만능기판 배치와 점검 방법을 안내합니다.A guide to a circuit that alternately flashes two LEDs using two NPN transistors, resistors, and capacitors: parts list, period calculation, perfboard layout, and checks.

최종 수정Last updated 읽는 시간 약 4분About 4 min read

목차 보기
  1. 완성하면 이렇게 동작합니다
  2. 부품 목록
  3. 연결표
  4. 동작 원리
  5. 주기 계산
  6. 저항 값 정하는 법
  7. 만능기판 배치 요령
  8. 점검과 문제 해결
  9. 확장 아이디어
  10. 정리
Table of contents
  1. What it does when finished
  2. Parts list
  3. Connection table
  4. How it works
  5. Calculating the period
  6. How to decide resistor values
  7. Perfboard layout tips
  8. Checking and troubleshooting
  9. Ideas to extend it
  10. Summary

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

부품수량값역할
NPN 트랜지스터22N3904스위치
LED2빨강·초록 등표시
저항 R1, R42330ΩLED 전류 제한
저항 R2, R3247kΩ베이스 바이어스
전해 커패시터 C1, C2210µF (16V 이상)타이밍
전원15V(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.

넷연결되는 곳
+5VR1 한쪽, R2 한쪽, R3 한쪽, R4 한쪽
GNDQ1 이미터(E), Q2 이미터(E)
Q1 컬렉터 노드LED1의 캐소드, Q1 컬렉터(C), C1의 +
Q2 컬렉터 노드LED2의 캐소드, Q2 컬렉터(C), C2의 +
Q1 베이스 노드R3의 다른 쪽, Q1 베이스(B), C2의 −
Q2 베이스 노드R2의 다른 쪽, Q2 베이스(B), C1의 −
LED1애노드는 R1을 거쳐 +5V
LED2애노드는 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.

  1. 전원을 넣으면 두 트랜지스터가 약간 다르게 켜집니다. Q1이 조금 먼저 켜졌다고 하겠습니다.
  2. Q1이 켜지면 컬렉터 전압이 거의 0V로 내려가고, C1을 통해 Q2의 베이스가 아래로 끌려가 Q2는 꺼집니다. LED1이 켜집니다.
  3. 꺼진 Q2의 베이스는 R2를 통해 C1이 서서히 충전되면서 올라갑니다. 약 0.6~0.7V에 이르면 Q2가 켜집니다.
  4. 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

  1. 두 트랜지스터와 두 LED를 좌우 대칭으로 놓으면 배선이 단순해집니다.
  2. 전원 레일을 위쪽, GND 레일을 아래쪽에 둡니다(전원 레일과 접지 설계).
  3. 2N3904 핀 순서는 E-B-C입니다. 납작한 면을 앞으로 보고 왼쪽부터 확인하세요(트랜지스터 스위치 회로).
  4. 가장 길게 가로질러야 하는 선은 두 커패시터의 교차 연결입니다. 점퍼선으로 처리하는 편이 안전합니다(배선 방법 비교).

점검과 문제 해결

증상원인확인
두 LED가 모두 켜진 채 멈춤R_B가 너무 작거나 커패시터가 반대 방향커패시터 극성, 저항 값
한쪽 LED만 켜진 채 멈춤한쪽 커패시터 불량·반대 방향, 트랜지스터 핀 착오핀 배열 재확인
둘 다 켜지지 않음전원 반대, LED 방향 반대극성 확인
너무 빨라 켜진 것처럼 보임커패시터가 너무 작음용량을 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.

The circuit that alternately flashes two LEDs with just two transistors and no IC is the astable multivibrator. It is a classic circuit used since the 1950s, and with few parts and a principle you can see, it makes a good first project for understanding transistors and capacitors. This article covers how it works, the parts list, calculating the blink period, the connections, perfboard layout, and how to check it.

What it does when finished

When you apply 5 V, the two LEDs blink alternately at about 1.5 Hz (one at a time for about 0.33 seconds). You can change the period with the resistor and capacitor values.

Parts list

PartQtyValueRole
NPN transistor22N3904Switch
LED2Red, green, and so onIndicator
Resistors R1, R42330 ΩLED current limit
Resistors R2, R3247 kΩBase bias
Electrolytic capacitors C1, C2210 µF (16 V or more)Timing
Power15 V (such as a USB power board)

Use a supply of around 5 V (6 V or below). In this circuit a reverse voltage is applied across the transistor's base–emitter junction, and the allowed reverse voltage of the 2N3904 is about 6 V, so applying 9 V directly slowly damages the transistor.

Connection table

The connections are laid out in a table instead of a schematic. Each line is one net (points connected at the same potential).

NetConnected to
+5VOne side each of R1, R2, R3, and R4
GNDEmitter (E) of Q1 and emitter (E) of Q2
Q1 collector nodeCathode of LED1, collector (C) of Q1, + of C1
Q2 collector nodeCathode of LED2, collector (C) of Q2, + of C2
Q1 base nodeThe other side of R3, base (B) of Q1, − of C2
Q2 base nodeThe other side of R2, base (B) of Q2, − of C1
LED1Anode through R1 to +5V
LED2Anode through R4 to +5V

Orient the electrolytic capacitors so the + side goes to the collector and the − side to the other transistor's base. Installing them the other way makes the operation unstable (Capacitor Types, Polarity, and Reading Values).

How it works

The two transistors turn on and off in opposition.

  1. When you apply power, the two transistors turn on slightly differently. Say Q1 turns on a little earlier.
  2. When Q1 turns on, its collector voltage drops to almost 0 V, and through C1 it pulls Q2's base down, so Q2 turns off. LED1 lights.
  3. The base of the off Q2 rises as C1 slowly charges through R2. When it reaches about 0.6 to 0.7 V, Q2 turns on.
  4. When Q2 turns on, in the same way C2 pulls Q1's base down, so Q1 turns off and LED2 lights. The process above repeats.

The time one LED stays on is set by the RC charging time (Understanding RC Time Constants and Capacitor Charging).

Calculating the period

One side's time   t ≈ 0.693 × R_B × C
Full period       T ≈ 1.386 × R_B × C   (when R2 = R3 and C1 = C2)
Frequency         f ≈ 1 / T

With R_B = 47 kΩ and C = 10 µF, T ≈ 1.386 × 47,000 × 0.00001 ≈ 0.65 s and f ≈ 1.5 Hz. Try changing the capacitors to 22 µF to slow it down or 1 µF to speed it up.

If you make the resistors or capacitors on the two sides different, the on-times differ (asymmetric blinking).

How to decide resistor values

  • R1, R4 (LED resistors): (5 V − LED voltage − about 0.2 V) ÷ target current. For a red LED at 8 mA, it is about 330 Ω (LED Current-Limiting Resistors).
  • R2, R3 (bias): so the transistor saturates when on, make R_B ≤ hFE × R_C. The 2N3904 has an hFE of 100 or more, so using 330 Ω × 100 = about 33 kΩ as a guide, use 22 k to 47 kΩ. If it is too large, one side does not turn fully on and the LED is dim.

Perfboard layout tips

  1. Placing the two transistors and two LEDs symmetrically left and right simplifies the wiring.
  2. Put the power rail on top and the GND rail on the bottom (Power Rails, Grounding, and Decoupling Capacitor Placement).
  3. The 2N3904 pin order is E-B-C. Check from the left with the flat face toward you (Transistor Switch Circuits).
  4. The longest run that has to cross is the cross-coupling of the two capacitors. Handling it with a jumper wire is safer (Wiring Methods Compared).

Checking and troubleshooting

SymptomCauseWhat to check
Both LEDs stay lit and stopR_B too small or a capacitor in the wrong directionCapacitor polarity, resistor values
Only one LED stays litA bad or reversed capacitor on one side, transistor pin mix-upRecheck the pinout
Neither lightsPower reversed, LED backwardsCheck polarity
Too fast, looks continuously litCapacitor too smallIncrease the capacitance

If you cannot solve it, follow It Is Finished but It Does Not Work: A Step-by-Step Checklist.

Ideas to extend it

  • Add one more transistor stage instead of the LEDs to drive a big lamp or buzzer.
  • Replace a resistor with a potentiometer to adjust the speed.
  • Compare it with the astable circuit made with a 555 timer. It has fewer parts but a far more accurate frequency.

Summary

An astable multivibrator is a circuit in which two transistors and two capacitors pull on each other's bases and turn on and off alternately. Use it at 5 V, orient the capacitors' + toward the collector, and predict the period with 1.386 × R × C.

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