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 VCC 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 (+VCC) 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 VCC, 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 VCC. Über den Widerstand R1 wird der Kondensator C1 aufgeladen, bis er 2/3 von VCC 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 VCC 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
| Zeichen | Bauteil | Wert / Typ |
|---|---|---|
| R1 | Widerstand | 68 kOhm |
| R1 (Alternative) | Potentiometer | 50/100 kOhm |
| R2 | Widerstand | 10 kOhm |
| C1 | Kondensator | 10 µF |
| C2 | Kondensator | 10 nF |
Berechnung der Impulsdauer
Die Dauer des Ausgangsimpulses ti 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 auf die Ladezeit des Kondensators einen Einfluss haben.
Möchte man die Impulsdauer ti einstellen, dann setzt man für denWiderstand R1 ein Potentiometer ein. Bei den hier angegebenen Beispielswerten eignet sich ein Poti von 50 kOhm oder 100 kOhm am besten.
Berechnung
Anwendung 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 der Eingang (E) mit einer langen Leitung beschaltet ist, dann kommt es vor, dass die monostabile Kippstufe 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 anliegt. 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 ein 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.
Schaltungen mit dem Timer 555
- NE555 als astabile Kippstufe
- NE555 als Spannungsverdoppler
- NE555 als Spannungsinvertierer
- NE555 als Ausschaltverzögerung
- NE555 als Signalgeberschaltung
- Schmitt-Trigger mit CMOS-555-Timer und praktische Anwendung von Thomas Schaerer
- 555-CMOS: 50%-Duty-Cycle-Generator von Thomas Schaerer
- 555-CMOS: Sparsame Batteriebetriebsanzeige mit Lowbatt-Funktion von Thomas Schaerer
- Bausatz: Taktgenerator mit LMC555CN/TLC555CP
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