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Update: LMC555 und TLC555 (CMOS) im Vergleich mit NE555 (BJT)

Thomas Schaerer

Der vorliegende Elektronik-Minikurs befasst sich seit dem Jahre 2009 mit den Unterschieden zwischen der modernen CMOS-Version LMC555 und TLC555 und der alten BJT-Version NE555.

Sinn und Zweck dieses Minikurses ist es die signifikanten Vorteile der CMOS-Version ins Bewusstsein der Elektroniker zu bringen. Es zeigt sich in den Elektronik-Foren, dass der alte NE555 noch immer einen viel zu hohen Bekanntheitsgrad hat. Es gibt nur zwei mir bekannte Vorteile des NE555 gegenüber LMC555 oder TLC555: Die deutlich höhere Strombelastbarkeit des Ausgangsignales und die etwas höhere maximal zulässige Betriebsspannung. Betreffs höherer Strombelastung lohnt es sich meist einen preiswerten NPN-Transistor (BJT) oder N-Kanal-MOSFET einzusetzen und dafür die Vorteile der CMOS-Version des 555-Timer-IC zu nutzen.

Das Titelbild verkündet es! Es geht bei diesem Update um eine ganz spezielle Angelegenheit. Es geht um den Control-Eingang, der zur Impulsbreitenmodulation (PWM) oder für die Kalibrierung eines präzisen Tastgrades von 50% (Rechteckgenerator) bzw. der Impulszeiten (Monoflop) dient. Mehr Details dazu in weiteren 555er-Minikursen, erwähnt in diesem Minikurs.

Sehr oft wird dieser Control-Eingang nicht benötigt. Dann sollte, gemäss Herstellerangaben, dieser Eingang mit einem Kondensator, zwecks störfreiem Betrieb, abgeblockt werden. Störimpulse auf dieser Leitung sollen nach GND abgeleitet werden. Seltsam ist, dass die Hersteller sehr unterschiedliche Kapazitätswerte zwischen 1 nF und 100 nF angeben. Mit dieser Angelegenheit befasste ich mich und habe dies als Update hier zusammengefasst. Angedeutet ist dies im dritten Teil des Titelbildes. Im ersten Teil wird erklärt, wie die Eigentakt- und Fremdtaktstörung zustande kommt und im zweiten Teil wird für die Eigentaktstörung die Situation ausführlicher erklärt und welche zusätzliche Massnahmen, je nach Anwendung und Anforderung, empfehlenswert sind. Zu lesen ist dieser Inhalt im neuen Kapitel „DER CONTROL-EINGANG UND DER BLOCK-KONDENSATOR Cc“.

Gruss Euer
ELKO-Thomas

Eine kurze Einführung zur Indexseite meiner Elektronik-Minikurse

Thomas Schaerer

Meine Elektronik-Minikurse werden zur Hauptsache mittels Suchmaschine erreicht. Die Leichtigkeit des Findens ist begründet in der hohen Google-Sensivität des Elektronik-Kompendium (das ELKO) und damit betrifft dies auch meine Elektronik-Minikurse.

Wenn man stets auf diese Weise zielorientiert Elektronik-Minikurse erreicht, kann es leicht geschehen, dass man den Header übersieht, obwohl jeder Elektronik-Minikurs den selben Header, mit den selben informativen Links, enthält. Dies passiert deshalb so leicht, weil man auf ein Thema fixiert ist. Dieser Beitrag soll auf diesen Header und auch auf die Indexseite mit der grossen Übersicht zu weiteren Elektronik-Minikursen hinweisen, die z.T. ebenfalls zum interessierten Thema passen. Mehr dazu und zu zwei Spezialthemen in diesem Beitrag hier:

Gruss Euer
ELKO-Thomas

Mit Opamp oder 555er-CMOS: Ein einfaches Toggle-Flipflop zum Ein-/Ausschalten mit einer Taste

Thomas Schaerer

Es ist nur möglich auf der Hauptseite des ELKO das begleitende Titelbild zum folgenden Text zu sehen. Damit dies im Newsletter auch möglich ist, öffne man im Web-Browser den folgenden Link:

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Die Wurzeln dieses neuen Elektronik-Minikurses liegen in den Tiefen des ELKO-Forums, ein Elektronik-Forum, das ich immer wieder gerne weiterempfehle. Es gibt einen „harten Kern“ von Mitwirkenden, die sich mit viel Herzblut dafür einsetzen und der Spass kommt dabei nie zu kurz. Dies lockert die sonst eher trockene Materie willkommen auf. Auslöser zur Entstehung dieses neuen Elektronik-Minikurses zum Thema, wie man mit einem 555-Timer-IC ein Toggle-Flipflop mit prellfreiem Tasten realisiert, ist der Diskussions-Thread PROBLEM MIT FLIPFLOP vom 19.06.2012 von Erhard.

Man betrachte dazu bitte das Titelbild. Im linken Teil des Bildes sieht man die Problemlösung mit einem einfachen Operationsverstärker. Vorgeschlagener Typ ist der TL071, es eignen sich aber ebenso andere Typen. Mit einer positiven Rückkopplung (Mitkopplung) arbeitet er als Komparator mit Hysterese. Es ist also ein Schmitt-Trigger. Echte integrierte Komparatoren sind zwar deutlich schneller. Im vorliegenden Fall gibt es nur langsame Vorgänge und darum taugt ebenso ein Operationsverstärker.

Warum ein Vergleich zwischen der Problemlösung mit einem Operationsverstärker (Komparator) und dem 555-Timer-IC (CMOS-Version)? Ganz einfach, der gemeinsame Nenner ist die Schmitt-Trigger-Funktion. Beim 555-Timer-IC kommt sie durch die beiden Komparatoren (KA und KB) und dem RS-Flipflop (RS-FF) zustande. Die Schmitt-Trigger-Hysterese entsteht durch die Funktion des Fenster-Komparators, der sich aus den drei Widerständen mit je 100 k-Ohm ergibt. Deshalb ist die Hysterese fix auf einen Wert von 1/3*Ub eingestellt, sofern man den Anschluss Pin 5 nicht noch extra beschaltet. Alles Weitere im Detail erklärt, findet man hier:

555-Timer-IC in CMOS. Darum hat diese Version soviele Vorteile!

Thomas Schaerer

Es ist nur möglich auf der Hauptseite des ELKO das begleitende Titelbild zum folgenden Text zu sehen. Damit dies im Newsletter auch möglich ist, öffne man im Web-Browser den folgenden Link:

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Dieser 555-Newsletter-Beitrag soll dazu dienen, dass der ELKO-Leser einen leichteren Zugang zur modernen und zeitgemässen CMOS-Version des 555-Timer-IC findet. Ich stelle im ELKO-Forum immer wieder fest, wenn irgendwelche Fragen auftauchen zu einem Schaltungsproblem mit einem 555er, ist fast immer der alte NE555 (bipolare Schaltungstechnik) gemeint. Dies ganz einfach deshalb, weil der LMC555 und der TLC555 oft gar nicht bekannt sind. Es gibt auch noch andere 555er-IC-Fabrikate als CMOS-Versionen.

Der kürzlich verstorbene Schweizer Elektronik-Guru Hans Camenzind erfand im Jahre 1971 den NE555. Zu Beginn der 1980er-Jahren kam es zu einer Modernisierung durch die CMOS-Version, z.B. der LMC555 von National und der TLC555 von Texas-Instruments. Die 1980er-Jahre standen generell in der CMOS-Aufbruchsphase. Man sieht also, die CMOS-Version ist auch bereits gute 30 Jahre alt. Die Vorteile sind derart eindeutig, dass man auf die bipolare Version (NE555) getrost verzichten kann.

Im Falle einer Betriebsspannung von +15 VDC ist das so wenig ein Argument wie die bessere Treiberfähigkeit des NE555: Für +15 VDC (Worstcase +18 VDC) eignet sich die CMOS-Version TLC555. Und für die Treiberfähigkeit im unteren 100mA-Bereich kann man beim CMOS-Einsatz einen kleinen Transistor verwenden mit sehr wenig Schaltungsaufwand. Das Argument des Preisunterschiedes und des Mehrverbrauchs des Printplatzes ist hinfällig, weil es bei der CMOS-Version keinen Alu-Elko in der Betriebsspannung braucht, um die viel niedrigeren Stromtransienten abzublocken.

Wir kommen damit zum Titelbild: In drei Spalten werden Unterschiede zwischen der alten Bipolar- und der modernen CMOS-Version gezeigt. Im linken Spalten sieht man die Unterschiede der Betriebsströme und auch gleich die Grenzen der maximalen Frequenzen von Recheckspannungen am Ausgang. Bei der maximalen Frequenz von 6 MHz benötigt der LMC555 gerade mal 7 mA und der NE555 bei seiner Maximalfrequenz von nur gerade 600 kHz ganze 60 mA. Zu Buche schlägt auch der Stromvergleich bei niedrigeren Frequenzen. Die mittlere Spalte illustriert die Einfachheit eines zeitsymmetrischen Rechteckgenerators bei der CMOS-Version im Vergleich zu der mit bipolaren Version. In Bezug auf Einfachheit kommen weitere Vorteile. Im Spalten ganz rechts, werden die Stromtransienten (Stromimpulse) verglichen, wenn die Endstufe ihren Pegel umschaltet. Bei der CMOS-Version ist dieser Strom 14 mal niedriger und dies während einer Zeitdauer die 10 mal kleiner ist. Eine 140-fache Verbesserung! Genau deshalb ist nur beim NE555  bei der Betriebsspannung zusätzlich ein Alu-Elko notwendig.

Ich denke, all diese Argumente sind überzeugend genug, sich für den Einsatz der CMOS-Versionen des legendären 555-Timer-IC zu entscheiden.

UPDATE: Im folgenden Link hat es ein kleines Update, das aus einer Linkzusammenfassung aller Elektronik-Minikurse besteht, die mit der CMOS-Version des 555-Timer-IC (LMC555 und TLC555) zu tun haben. Der letzte Link verweist auf das Timer-555-ELKO-Buch, eine Zusammenarbeit von Patrick Schnabel und mir.

Viel Freude wünscht
der ELKO-Thomas