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Elektronik-Fibel

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Bausatz: Taktgenerator mit LMC555CN/TLC555CP

Beschreibung

Der Timer NE555 ist hinreichend bekannt. Jeder der ein einigermaßen steilflankiges Rechtecksignal erzeugen will, kommt um den NE555 nicht herum, wenn die Frequenz nicht oder nur in engen Grenzen von einer Spannung gesteuert werden muss (VCO-Prinzip). Da dieses Bauteil praktisch veraltet ist, verwenden wir in diesem Bausatz die CMOS-Variante, den LMC555CN. Selbstverständlich kann auch der TLC555CP verwendet werden. Beide haben nahezu identische Werte. Für die Anwendung als Taktgenerator in dieser Schaltung sind die Unterschiede unerheblich.
Einziger nenneswerter Nachteil ist der geringe maximale Ausgangsstrom, den CMOS-Bausteine nun mal haben. Daher verwenden wir einen Transistor mit Basisvorwiderstand um das Taktsignal zu verstärken und an eine Leuchtdiode zu schalten. Diese leuchtet dann mit dem Takt auf. Mit einem Potentiometer ist dieser Takt einstellbar. Er liegt zwischen 1 Hz und 30 Hz.
Diese Schaltung ist als universeller Taktgeber für andere Bausätze dimensioniert. Die Bauteile D1, T1, R3 und R4 dienen dazu, die Funktion der Schaltung zu überprüfen oder ihr generell einen Sinn zu geben.

Funktionsbeschreibung

Die CMOS-Version des 555-Timer erzeugt unbelastet eine Ausgangsspannung die bis an die positive Betriebsspannung und bis an GND reicht. Dies ermöglicht es, dass mit nur einem Widerstand und einem Kondensator ein exakt zeitsymmetrisches Taktsignal (gleich große Impuls-Pause-Zeit) erzeugt werden kann. Das Tastverhältnis beträgt exakt 0,5. Die Taktfrequenz wird vom Kondensator C1, dem Widerstand R1 und Potentiometer P1 bestimmt. Sie liegt zwischen 1 Hz und 30 Hz. Soll der Taktgeber mit einer höheren Frequenz laufen, dann empfiehlt sich ein kleinerer Widerstand R1 zu nehmen oder einfach komplett darauf zu verzichten. Letzteres ist nicht unbedingt brauchbar. Befindet sich das Potentiometer P1 im Anschlag, wo sein Widerstand 0 Ohm beträgt, kann der Takt wegen Überlastung der Endstufe aussetzen. Bei größerer Abweichung von diesem Schaltungsvorschlag empfehle ich die Lektüre des Datenblattes von LMC555CN oder TLC555CP.
Vertauschen sollte man die Pins 1 und 8 vom IC1 nicht. Beim Einschalten der Betriebsspannung verabschiedet sich dieses Bauteil mit einem lauten Knall, sofern das Netzteil die dazu nötige Leistung liefert. Aber auch eine (schwache) 9-V-Blockbatterie kann diesem IC an den Kragen gehen.
Diese Schaltung ist für eine Betriebsspannung von 3 bis 12 V ausgelegt. Ist also auch als Taktgeber für CMOS-Schaltungen geeignet. Es sei allerdings angemerkt, dass bei 3 V die Leuchtdiode nur noch etwa 1,8 mA doch sehr dunkel leuchtet. Als Abhilfe kann der Widerstand R4 auf einen Wert von 56 Ohm reduziert werden. Der LED-Strom beträgt dann etwa 18 mA. Bei Ub = 3V fallen über die Leuchtdiode und über die Kollektor-Emitterspannung des Transistors T1 gut 2 V ab. Es bleiben für den Widerstand R4 also nur noch 1 V übrig. Daher der niedrigen Widerstandswert bei 3 V. Bei Ub = 12 V fallen über den Widerstand R4 10 V ab. Dort sind dann die 560 Ohm genau richtig um die Leuchtdiode mit 18 mA zu betreiben.
Wenn die Schaltung nur mit 3 V betrieben wird und man setzt für ausreichenden LED-Strom R4 auf 56 Ohm, ist der Basiswiderstand R3 zu hochohmig. Mit 22 k-Ohm fliesst gerade noch ein Strom von etwa 0,1 mA. Dies fordert vom Transistor T1 eine Stromverstärkung von 180 und das ist zuviel wenn T1 durchgeschaltet sein soll. Daher muss man den Widerstand R4 soweit reduzieren, dass die Stromverstärkung etwa 30 bis 40 beträgt.

Schaltung

Bauteilliste

Zeichen Bauteil Wert / Typ
P1 Potentiometer 1 MOhm
R1 Widerstand 47 kOhm
R2 Widerstand 1 kOhm
R3 Widerstand 22 kOhm
R4 Widerstand 560 Ohm
D1 Leuchtdiode Standard, 5 mm, rot
T1 Transistor BC 547 B
IC1 Timer 555 (CMOS) LMC555CN/TLC555CP
C1 Kondensator 1 µF (Tantal)
C2 Kondensator 100 nF (z. B. MKS)

Sicherheitshinweise

Bitte bauen Sie die Schaltung mit viel Sorgfalt auf. Unsachgemäße Behandlung der Bauteile kann zur Zerstörung führen. Berücksichtigen Sie auch, dass die Bauteile für diese Schaltung ausgewählt wurden und eventuell für eine andere Anwendung nicht geeignet sind.
Der Nachbau und Betrieb geschieht auf eigene Gefahr! Jegliche Haftung für Schäden wird ausgeschlossen!

Schwierigkeitsgrad

Der Timer 555 wird immer wieder gerne von Anfängern verwendet. Dieser integrierte Schaltkreis ermöglicht unglaublich viele Anwendungen.
Diese Schaltung ist die einfachste Art den Timer 555 zu verwenden. Die Transistorstufe lässt sich natürlich auch für andere Zwecke missbrauchen. Zum Beispiel um ein Relais zu schalten.
Es gibt im ELKO einige weitere Anwendungen.

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