납땜은 한 번 하면 되돌리기 어렵습니다. 패턴도의 시뮬레이션은 만능기판에 그려 둔 회로를 실제로 켜 본 것처럼 계산해, LED가 켜지는지, 저항에 얼마의 전류가 흐르는지, IC의 핀이 HIGH인지 LOW인지를 납땜 전에 확인하게 해 줍니다. 이 글에서는 시뮬레이션을 켜고 끄는 방법, 화면에서 결과를 읽는 방법, 전원 설정, 그리고 시뮬레이션이 "차단"이나 "오류"로 멈출 때의 원인을 정리합니다. 아직 회로가 없다면 패턴도 시작하기로 LED 회로를 먼저 만들어 보세요.
시뮬레이션이 계산하는 것
회로를 전원, 저항, 다이오드 같은 소자의 연결로 보고 각 넷(전기적으로 이어진 선)의 전압과 소자에 흐르는 전류를 풀어냅니다. 계산은 실제 시간과 비슷한 속도로 0.01초 단위로 계속 갱신되므로 커패시터가 충전되는 모습이나 카운터 IC의 상태 변화도 시간에 따라 이어서 볼 수 있습니다.
| 분류 | 지원하는 부품 |
|---|---|
| 수동 소자 | 저항, 가변저항, 커패시터, 유극성 커패시터 |
| 반도체 | LED(6색), 다이오드, 제너 다이오드, NPN·PNP 트랜지스터 |
| 입력과 표시 | DIP 스위치, 택트 스위치, 7세그먼트(FND) |
| IC | NE555, LM358·LM324, 74LS·74HC 로직과 카운터, CD4000 계열 등 30여 종의 내장 모델 |
시뮬레이션은 회로 설계를 점검하는 도구이지 실제 부품의 모든 특성을 재현하는 실험실은 아닙니다. 부품 편차, 배선 저항, 잡음, 스위치 채터링, IC의 전파 지연 같은 것은 모델에 없거나 단순화되어 있습니다. 특히 트랜지스터는 베이스와 이미터 사이 전압이 약 0.5V를 넘으면 켜지는 스위치로 다루므로 전류 증폭률(hFE)과 포화 정도는 반영되지 않습니다. 베이스 저항 값은 트랜지스터 스위치 회로의 계산식으로 직접 구하세요. 납땜한 뒤에는 멀티미터로 같은 지점을 재어 비교하는 것이 가장 확실합니다(멀티미터 고르는 법).
켜고 끄기
위쪽 막대의 시뮬 버튼을 누르면 시작되고 "실시간 시뮬레이션 시작"이라는 안내가 나옵니다. 실행 중에는 버튼이 빨간색 중지로 바뀌며, 누르면 "시뮬레이션 중지" 안내와 함께 멈춥니다. 시뮬레이션에는 전용 단축키가 없고 Ctrl+K 명령 검색의 "시뮬레이션 시작"으로도 켤 수 있습니다.
| 버튼 표시 | 상태 | 하는 일 |
|---|---|---|
| 시뮬 | 대기 중 | 누르면 시작 |
| 중지(빨간색) | 실행 중 | 누르면 멈춤 |
| 차단(주황색) | 시작하지 못함 | 지원하지 않거나 연결이 불완전한 부품이 있음. 마우스를 올리면 이유가 보이고, 고친 뒤 누르면 다시 시도 |
| 오류(빨간색) | 계산 중 문제 | 같은 방식으로 이유 확인 후 다시 시도 |
화면이 좁으면 글자는 숨고 아이콘만 보입니다. 시뮬레이션을 켠 채로 부품 값을 바꾸거나 배선을 고쳐도 결과가 이어서 갱신됩니다. 예를 들어 저항 값을 바꾸면 곧바로 전류가 달라지는 것을 볼 수 있습니다.
화면에서 결과 읽기
전원 요약
화면이 넓으면 위쪽 막대에 두 값이 나타납니다.
- VCC: 전원 단자의 전압. 부하가 걸리면 내부 저항 때문에 설정한 전압보다 조금 낮아집니다.
- I: 전원이 내보내는 전체 전류(mA).
LED 한 개에 330Ω을 단 5V 회로라면 "VCC 5.00V I 9.1mA"처럼 표시됩니다.
부품의 모습
- LED: 전류가 흐르면 켜진 모습으로 표시되고, 정격 전류보다 많이 흐르면 더 밝게 그려집니다.
- 7세그먼트: 켜진 세그먼트가 표시됩니다(7세그먼트 구동).
- 스위치: DIP 스위치는 속성 패널의 SW1~SW4 버튼으로, 택트 스위치는 부품의 버튼 부분을 눌러 ON과 OFF를 바꿉니다. 시뮬레이션 중에도 바꿀 수 있고 결과가 곧바로 반영됩니다. 택트 스위치는 누르는 동안만 켜지는 방식이 아니라 한 번 누를 때마다 눌림과 떼어짐이 번갈아 바뀝니다.
넷 검사 창
2D 보기에서 시뮬레이션 중에 배선이나 구멍을 가볍게 누르면 그 넷의 정보 창이 열립니다.
- 맨 위에 넷 이름과 전압(V)이 나옵니다. 이름이 따로 없으면
Net_35,2처럼 위치로 자동 지어진 이름이고, 전원 레일은 VCC와 GND입니다. - 아래에는 그 넷에 연결된 부품이나 핀별 전류가 mA 단위로 나옵니다. 초록색 유입은 그 넷으로 전류를 내보내는 쪽, 빨간색 유출은 가져가는 쪽, 회색 정지는 거의 흐르지 않는다는 뜻입니다. 항목이 많으면 전류가 큰 순서로 6개만 보여 주고 "외 N개"로 줄입니다.
- 서로 반대로 구동하는 출력이 한 넷에 묶여 양쪽 전류가 모두 40mA를 넘으면 아래에 붉은 출력 충돌 띠가 나타납니다. 전원 레일에는 표시되지 않습니다.
×를 누르거나 Esc로 닫습니다. 3D 보기에서는 열리지 않으니 2D로 돌아와 확인하세요(2D·3D 보기).
IC와 7세그먼트의 핀 정보
시뮬레이션 중에 마우스를 IC나 7세그먼트의 핀 위에 올리면 작은 정보 창이 뜹니다. 부품 이름과 핀 번호, 핀의 역할, 그 핀의 전압, 그리고 HIGH 또는 LOW가 나옵니다. 출력 핀이면 "구동 HIGH" 또는 "구동 LOW"처럼 IC가 어느 쪽으로 구동하는지도 알려 줍니다. HIGH와 LOW 표시는 전압이 2.0V 이상인지로 나눈 단순한 기준이므로, 실제 IC가 입력으로 인식하는 문턱 전압은 데이터시트에서 확인하세요(데이터시트 읽는 법). 이 정보 창은 마우스처럼 포인터가 있는 기기에서만 나타납니다.
전원 설정
설정을 열고 전원 탭에서 전원 모델을 바꿉니다. 값을 고친 뒤 적용을 눌러야 반영됩니다.
| 항목 | 기본값 | 뜻 |
|---|---|---|
| 공급 전압 | 5V | 무부하일 때 전원 전압. 9V 배터리 회로면 9로 바꿉니다 |
| 내부 저항 | 0.2Ω | 전원의 출력 저항. 값이 클수록 전류가 흐를 때 전압이 많이 떨어집니다 |
| 최대 전류 | 1A | 전원이 낼 수 있는 한계. 넘으면 전압을 낮춰 이 값에 맞춥니다 |
| 미지원 IC가 있어도 강행 실행 | 꺼짐 | 켜면 모델이 없는 IC는 빼고 나머지 영역만 계산합니다 |
최대 전류는 실험실용 전원 공급기의 전류 제한과 같은 개념입니다(실험용 전원 공급기 고르는 법). 한계에 걸리면 "배터리 최대 전류 제한이 동작해 전압이 강하되었습니다"라는 경고가 진단에 표시됩니다. 회로가 합선에 가까우면 이 경고가 먼저 나타납니다.
전원 전압을 바꿔 보는 실험
공급 전압을 9V로 올리고 330Ω에 빨간 LED를 그대로 두면 전류는 약 20.7mA가 되어 LED의 최대 정격 20mA를 넘고 "LED 전류가 최대 정격을 초과했습니다"라는 경고가 뜹니다. 저항을 560Ω으로 키우면 약 12.4mA로 내려가며 경고가 사라집니다. 저항 값을 직접 계산해 보고 싶다면 LED 저항 계산기를 쓰세요.
시뮬레이션이 차단되거나 오류가 날 때
시작할 때 문제가 있으면 "시뮬레이션 차단" 또는 "시뮬레이션 오류" 안내가 뜨고 진단 패널이 자동으로 열려 첫 번째 원인을 보여 줍니다. 자주 만나는 원인과 해결 방법은 다음과 같습니다.
| 안내 문구 | 원인 | 해결 |
|---|---|---|
| VCC 레일을 찾을 수 없습니다 / GND 레일을 찾을 수 없습니다 | 기판 윗줄·아랫줄의 전원 레일 배선이 지워짐 | 윗줄과 아랫줄에 왼쪽 끝에서 오른쪽 끝까지 배선을 다시 그림 |
| 저항이 회로에 완전히 연결되지 않았습니다 | 저항 한쪽 핀이 어디에도 이어지지 않음 | 빠진 핀에 배선 연결 |
| LED가 회로에 완전히 연결되지 않았습니다 | LED의 A나 K가 떠 있음 | 두 핀을 모두 연결 |
| 저항값이 올바르지 않습니다 | 0이거나 숫자가 아닌 값 | 속성 패널에서 값을 다시 입력 |
| IC 모델을 해석할 수 없습니다 | 모델이 지정되지 않았거나 목록에 없음 | IC 속성에서 모델 선택, 또는 GENERIC 형식으로 직접 지정 |
| IC 전원 연결이 불완전합니다 | VCC나 GND 핀이 이어지지 않았거나 같은 넷에 묶임 | 전원 핀 배선 확인 |
| 이 모델은 현재 DC 해석을 지원하지 않습니다 | 계산 방식이 지원되지 않는 IC 모델 | 설정의 전원 탭에서 강행 실행을 켜거나 다른 모델 사용 |
| 회로 해석기에 수렴 실패가 발생했습니다 | LED·다이오드·트랜지스터 연결이 불안정 | 비선형 소자 주변 배선과 극성 확인 |
각 메시지의 자세한 뜻은 진단 메시지 읽는 법에서 설명합니다.
값이 이상할 때 확인하는 순서
- 저항 값 단위가 맞는지 봅니다.
330은 330Ω,3K3은 3.3kΩ,1M은 1MΩ입니다. - LED의 A와 K, 전해 커패시터의 + 방향이 맞는지 봅니다.
- IC의 전원 핀에 VCC와 GND가 연결되어 있는지 봅니다. 74LS00이면 14번과 7번입니다(DIP IC 핀 번호 읽기).
- 입력 핀이 떠 있지 않은지 봅니다. 풀업·풀다운이 필요한 곳은 택트 스위치와 풀업·풀다운 저항을 참고하세요.
- 넷 검사 창으로 의심되는 선의 전압을 직접 확인합니다.
정리
시뮬 버튼으로 켜고, 위쪽의 VCC와 전류 값, 넷 검사 창, IC 핀 정보로 결과를 읽으세요. 전원 설정은 설정의 전원 탭에서 바꿉니다. 차단이나 오류가 나면 진단 패널의 첫 항목부터 고치면 되고, 시뮬레이션 결과는 납땜 전 점검용이므로 실제 부품에서는 멀티미터로 한 번 더 확인하세요. 진단의 표시 수준을 바꾸는 방법은 진단 메시지 읽는 법에 있습니다.