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Elektronik-Fibel

Die Elektronik-Fibel, das Elektronik-Buch

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Timer 555

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Käufer des Timer-Buchs Kundenmeinung:
Hätte ich das Timer-Buch schon früher gehabt, dann hätte ich mir die Rumfrickelei am NE555 sparen können.

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Lernpaket Elektronische Schaltungen selbst entwickeln und aufbauen

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Timer NE555 und NE556

NE555 / LMC555CNDer NE555 enthält eine monolithisch integrierte Zeitgeberschaltung, die sich aufgrund ihrer Eigenschaften als Taktgeber, Oszillator und für Zeitverzögerungen verwenden lässt.
Der NE555 ist seit 1972 auf dem Markt und ist der Standard-Baustein für alle zeitabhängigen Anwendungen in der praktischen Elektronik. Er ist so universell einsetzbar, dass er als wichtigster integrierter Schaltkreis gilt. Für Hobby-Elektroniker ist er der beliebteste integrierte Schaltkreis.
Nur selten lassen sich Schaltungen leichter aufbauen, wie mit einem NE555.
Der NE555 enthält einen Timer. Der NE556 enthält zwei Timer in einem IC-Baustein. Die Verwendung eines NE556 macht immer dann Sinn, wenn man mehr als einen NE555 für einen Schaltungsteil braucht. Der NE558 enthält sogar 4 Timer in einem Baustein.
Der NE555 ist bipolar. Die CMOS-Versionen sind LMC555CN (National Semiconductor) und TLC555CP (Texas Instruments).

Eigenschaften des NE555

NE555 oder LMC555/TLC555 / Bipolar- oder CMOS-Version

Es empfiehlt sich die CMOS-Version zu verwenden, weil die bipolare Version beim Umschalten des Ausgangverstärkers einen hohen Impulsstrom aus der Spannungsquelle zieht. Deshalb muss die bipolare Version (NE555) immer mit einem Stützkondensator mit relativ großer Kapazität betrieben werden (zwischen den IC-Anschlüssen 1 und 8).
Allerdings lassen die CMOS-Versionen keinen großen Ausgangsstrom zu. Der liegt bei max. 10 mA. Bei Betriebsspannungen unter 15V sogar noch weniger. Deshalb braucht der CMOS-555 immer eine Transistorstufe am Ausgang.

Innenschaltung des NE555

Der NE555 liefert keine fertigen Funktionen. Die werden erst mit einer äußeren Beschaltung hinzugefügt. Deshalb muss man zuerst die Innenschaltung eines NE555 verstehen, bevor man die Funktionsweise einer Schaltung mit dem NE555 verstehen kann.
Über eine äußere Beschaltung wird dem NE555 bestimmte Funktionen oder Eigenschaften beigebracht. Zum Beispiel wird über eine Kondensator-Widerstandskombination eine zeitliche Komponente hinzugefügt, über die zeitabhängige Eigenschaften erzeugt werden können. Zum Beispiel die beliebten Taktgeberschaltungen, um LEDs zum Blinken zu bringen oder Lauflichter zu betreiben.
Innenschaltung des NE 555
Die Innenschaltung ist hier als Blockschaltbild dargestellt. Eigentlich besteht der NE555 (Bipolar-Version) nur aus 23 Transistoren, 15 Widerständen und 2 Dioden. Er lässt sich also grundsätzlich auch diskret aufbauen.
Das Kernstück des NE555 ist ein RS-Flip-Flop. Dessen (Setz-) Eingang wird durch den Komparator 2 gesteuert. Der Rücksetzeingang wird durch den Komparator 1 oder den Reset-Anschluss gesteuert (logische ODER-Funktion). Über den Reset-Eingang wird das RS-Flip-Flop immer zurückgesetzt. Unabhängig davon, wie die anderen Eingänge beschaltet sind. Damit das Zurücksetzen auslöst, reicht eine Spannung unterhalb 0,7V aus.
Die Komparatoren vergleichen jeweils zwei Spannungen, die an ihren Eingängen anliegen. Jeweils ein Eingang hat ein voreingestelltes Spannungsverhältnis. Diese Spannungsverhältnis wird durch den dreiteiligen Spannungsteiler (3 Widerstände) hergestellt. Die drei Widerstände haben jeweils den gleichen Wert. An ihnen teilt sich die Betriebsspannung +VCC in drei gleich große Spannungen auf. Diese Referenzspannungen werden für je einen Eingang der Komparatoren abgegriffen. Einmal 1/3 der Betriebsspannung für den Komparator 2 (2) und 2/3 der Betriebsspannung für den Komparator 1 (6).
Wird am Trigger-Anschluss (2) eine Spannung angeschlossen, die kleiner ist als 1/3 der Betriebsspannung, dann geht der Ausgang des Komparators 2 auf "1". Das RS-Flip-Flop wird gesetzt. Der Ausgang des NE555 (3) geht auf "1".
Wird am Schwelleneingang (6) eine Spannung angeschlossen, die größer ist, als 2/3 der Betriebsspannung, dann geht der Ausgang des Komparators 1 auf "1". Das RS-Flip-Flop wird zurückgesetzt. Der Ausgang des NE555 geht auf "0".
Bevor der Ausgang des Flip-Flops herausgeführt wird, erzeugt ein invertierender Verstärker (Operationsverstärker) ein brauchbares Signal. Alternativ steht ein Open-Kollektor-Ausgang (7) zur Verfügung.

Beschaltung des Pin 5 (Control Voltage, CV)

Pin 5 (Control Voltage) ist ein Steuereingang. Er muss nicht beschaltet werden. Das bedeutet, er bleibt offen. Allerdings muss er bei schlechter Stabilisierung der Versorgungsspannung (+VCC) mit einem kleinen Kondensator (10 nF) gegen GND geschaltet werden. Unter anderem wird dabei auch verhindert, dass der NE555 anfängt zu schwingen. Das merkt man daran, dass die Schaltung sehr seltsame Verhaltensweisen aufzeigt, obwohl die Schaltung plausibel dimensioniert und richtig aufgebaut ist. Deshalb hat fast jede noch so kleine Schaltung mit dem NE555 einen Kondensator an Pin 5 gegen GND vorgesehen. Damit hält man sich den Ärger schon von Anfang an fern.
Control Voltage hat auch noch eine andere Funktion. Wird daran eine Spannung zwischen 2/3 +VCC und +VCC angelegt, dann verlängert sich dadurch die interne Zykluszeit. Liegt die Spannung zwischen 0 und 1/3 +VCC, dann wird die Zeit kürzer.

Beschaltung des Pin 4 (Reset)

Der Rücksetzeingang des internen RS-Flip-Flops ist an Pin 4 (Reset) herausgeführt. Dieser Eingang ist Low-aktiv. Das bedeutet, er muss mit GND-Signal (0V) angesteuert werden, damit die Schaltung zurückgesetzt wird. Da es sich um einen digitalen Eingang handelt, darf er nicht offen bleiben. Sonst nimmt der NE555 unbeabsichtigte Zustände ein. Wird die Funktion Reset schaltungstechnisch nicht gebraucht, dann muss der Pin 4 mit +VCC verbunden werden.

Beschaltung des Ausgangs (Pin 3)

Der Ausgang des NE555 hat eine Gegentaktendstufe. Das bedeutet, dass der Ausgang gegen +VCC oder GND geschaltet werden kann. Außerdem nimmt der NE555 entweder +VCC oder GND als Ausgangszustand an. Der Ausgang lässt sich so auf vielfältige Weise nutzen.
Wird der 555 in der CMOS-Variante verwendet, dann muss man auf den Ausgangsstrom achten. Der ist nicht besonders groß. Ein Blick ins Datenblatt ist sinnvoll. Im Regelfall muss immer eine Transistorstufe nachgeschaltet werden. Beim Schalten größerer Lasten muss diese Transistorstufe auf alle Fälle am Ausgang nachgeschaltet werden.
Will man das Ausgangssignal des Timers sichtbar machen, dann eignet sich in der Regel eine Leuchtdiode dafür. Soll eine Leuchtdiode bei einem positiven Impuls leuchten, dann muss die Leuchtdiode mit Vorwiderstand vom Ausgang gegen GND geschaltet werden. Soll die Leuchtdiode bei der Impulspause leuchten, dann muss die Leuchtdiode mit Vorwiderstand vom Ausgang gegen +VCC geschaltet werden.

Timer 555 mit Transistorstufe

Timer 555 mit Transistorstufe

Timer 555 mit LED gegen +VCC (leuchtet bei OUT = 0V)

Timer 555 mit LED gegen +VCC

Timer 555 mit LED gegen GND (leuchtet bei OUT = +VCC)

Timer 555 mit LED gegen GND

Anschlussbelegung/Pinbelegung: DIL-Gehäuse

Bedeutung 555 5561 5562 555 (DIL8) 556 (DIL14)
Masse / GND 17 NE555 im DIL8-Gehäuse NE556 im DIL14-Gehäuse
Trigger268
Ausgang (OUT) 359
Reset4410
Steuerspannung (CV) 5311
Schaltschwelle (Treshold) 6212
Entladung (Discharge) 7113
Betriebsspannung / +VCC 814

Herstellerabhängige Bauteilbezeichnungen

Hersteller Bezeichnung Typ
Fairchild, verschiedene HerstellerNE555 Bipolar
HarrisHA555 Bipolar
Philips SemiconductorsECG955M Bipolar
MotorolaMC1555 Bipolar
Intersil CA555C Bipolar
National Semiconductor (NSC) LM555CN Bipolar
National Semiconductor (NSC) LMC555CN CMOS
Texas Instruments (TI) SN72555 Bipolar
Texas Instruments (TI) TLC555CP CMOS

555 im Vergleich

Quelle: Texas Instruments

  NA555 NE555 SA555 SE555 TLC555
max. Frequenz   0,5 MHz 0,5 MHz   2,1 MHz
min. +VCC 4,5 V 4,5 V 4,5 V 4,5 V 2 V
max. +VCC 16 V 16 V 16 V 18 V 15 V
Pin/Gehäuse 8PDIP, 8SOIC 8PDIP, 8SO, 8SOIC, 8TSSOP 8PDIP, 8SOIC 8PDIP, 8SOIC 14TSSOP, 8PDIP, 8SO, 8SOIC
Temperatur -40 bis 105 °C 0 bis 70 °C -40 bis 85 °C -55 bis 125 °C -40 bis 125, -40 bis 85, 0 bis 70 °C

Anwendungen des 555-Timers

Schaltungen mit dem NE555 / LMC555 / TLC555

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