NE555 als monostabile Kippstufe / Monoflop

Beschreibung der Schaltung

Die dargestellte Schaltung ist die Grundschaltung des Timer NE555 als monostabile Kippstufe, auch Monoflop genannt. Der Name kommt daher, weil diese Kippstufe nur einmal einen Impuls am Ausgang (A) abgibt, wenn ein Impuls von etwa 0 V am Eingang (E) anliegt. Dieser Triggerimpuls muss kleiner als 1/3 von V_CC sein.
Die Bauteile R₁ und C₁ sind für die Funktionsweise dieser Schaltung verantwortlich. Die Dauer des Ausgangsimpulses wird durch die Bauteile R₁ und C₁ vorgegeben. Der Widerstand R₂ ist ein Pullup-Widerstand, der den Eingang der Schaltung auf einen festen Pegel (+V_CC) legt. Der Kondensator C₂ sorgt dafür, dass die Schaltung nicht schwingt.
In der dargestellten Schaltung wurde auf einen Stützkondensator für die Versorgungsspannung direkt am Timer verzichtet. In einer aufgebauten Schaltung sollte er berücksichtigt werden. 100 nF sollten es schon sein. Ein einfacher Wickelkondensator reicht aus.

Funktionsbeschreibung

Im Ruhezustand der Schaltung, Trigger (Pin 2) > 2/3 von V_CC, ist der Kondensator C₁ entladen. Der Discharge-Ausgang (Pin 7) schaltet ihn auf 0 V (GND). Man könnte auch sagen, "schließt ihn kurz". Erfolgt ein Impuls von 0 V am Steuereingang (Pin 2), dann wird das interne RS-Flip-Flop gesetzt. Der Discharge-Ausgang (Pin 7) wechselt auf V_CC. Über den Widerstand R₁ wird der Kondensator C₁ aufgeladen, bis er 2/3 von V_CC erreicht hat. Dann kippt die Schaltung in den Ursprungszustand zurück.

Im weiteren Betrieb wird der Discharge-Ausgang (Pin 7) wegen des nicht vorhandenen Kollektorwiderstands (siehe Innenschaltung NE555) extrem hochohmig. Über den Widerstand R₁ wird der Kondensator C₁ aufgeladen, bis er 2/3 von V_CC erreicht hat. Dann schaltet der Discharge-Ausgang (Pin 7) wieder auf 0 V (GND). Der Kondensator C₁ wird aufgrund eines fehlenden strombegrenzenden Widerstandes kurzgeschlossen und entlädt sich daher schlagartig. Es gibt also keine Entladekurve. Die Schaltung kippt in den Ursprungszustand zurück.
Um die Wirkung dieser Schaltung zu verstehen, muss man nur im Diagramm die Signale von E (oben) und A (unten) miteinander vergleichen.

Beispiel für eine Bauteilliste

Berechnung der Impulsdauer

Die Dauer des Ausgangsimpulses t_i wird durch die Bauteile R₁ und C₁ vorgegeben. Im Diagramm oben wird deutlich, an welchen Stellen in der Schaltung und welche Zustände innerhalb des NE555 die Ladezeit des Kondensators einen Einfluss hat.
Ist der Widerstand R₁ ein Potentiometer, dann lässt sich die Impulsdauer t_i einstellen. Bei den hier angegebenen Beispielswerten eignet sich ein Poti von 50 kOhm oder 100 kOhm.

Berechnung

Anwendungem der monostabilen Kippstufe

Die monostabile Kippstufe eignet sich dafür, um einen kurzen Impuls zu verlängern und auf eine Impulsdauer festzulegen. Aus einem variablen Eingangsimpuls am Eingang wird ein definierter Impuls am Ausgang.

Anwendung: Lange Leitung

Wenn am Eingang (E) eine lange Leitung hängt, dann kommt es vor, dass diese Schaltung immer wieder auslöst obwohl kein Impuls anliegt. Das Problem ist die lange Leitung. Dabei werden Schaltflanken von Bauelementen in der Nähe der Leitung immer wieder eingekoppelt. Ein Kondensator mit 100 nF zwischen Eingang und GND (wirksam als Tiefpass) beseitigt dieses Problem.

Retriggerbares Monoflop

Bei einer normalen Monostabilen Kippstufe wird in jedem Fall ein Ausgangsimpuls erzeugt, wenn ein Signal (Triggersignal) am Steuereingang (Triggereingang) anliegt. Doch manchmal möchte man, dass am Ausgang das Signal noch eine Zeit lang nachläuft. Das bedeutet, dass erst dann der letzte Zyklus am Ausgang gestartet werden soll, wenn der Eingangsimpuls nicht mehr vorhanden ist. Rein technisch gesehen wäre das eine Nachlaufsteuerung.
Dazu wird zwischen Pin 6 bzw. 7 und Pin 2 eine Standard-Diode eingebaut (Kathode an Pin 2). Sie zieht Pin 6 und 7 auf GND, solange eine Signal am Eingang anliegt.
Im Gegensatz zum normalen Monoflop wird bei einem retriggerbaren Monoflop mit jedem Triggerimpuls innerhalb der Impulsdauer die Ausgangsimpulsdauer (nicht der Ausgangsimpuls) erneut gestartet und so der Ausgangsimpuls verlängert.

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