Ausschaltverzögerung mit NE555

Bei dieser Schaltung handelt es sich um eine Ausschaltverzögerung mit einem NE555. Ausschaltverzögerung bedeutet, dass etwas ausgeschaltet wird, aber erst mit einer zeitlichen Verzögerung. Man spricht auch von einer Nachlaufsteuerung. Beispielsweise von einem Lüfter im Bad, nachdem man das Licht ausgeschaltet hat.
Die Basis dieser Verzögerungsschaltung ist die Schmitt-Trigger-Funktion des NE555.

• Grundschaltung: NE555 als Schmitt-Trigger

Die grüne Leuchtdiode leuchtet im Ruhezustand, wenn der Taster oder Schalter den Stromkreis in der Eingangsbeschaltung geschlossen hat. Der Taster muss dazu gedrückt gehalten werden. Das bedeutet, dass das Gerät am Ausgang der Schaltung eingeschaltet ist. Man kann den geschlossenen Stromkreis auch mit einem Stück Verbindungskabel simulieren, wenn man den Taster nicht gedrückt halten möchte. Das gesteckte Verbindungskabel wäre der gedrückte Taster. Ein herausgezogenes Verbindungskabel wäre ein offener Taster.

Um die Funktion der Ausschaltverzögerung ablaufen zu lassen, muss der Taster losgelassen bzw. der geschlossene Schaltkontakt geöffnet werden. Beim Öffnen des Kontaktes leuchtet die grüne Leuchtdiode weiter. Allerdings lädt sich der Kondensator C1 auf. Ab einem bestimmten Spannungswert schaltet der Ausgang des NE555 um und die grüne Leuchtdiode (LED2) geht aus.
Bei einem größeren Kondensator C1 leuchtet die grüne Leuchtdiode deutlich länger.

Liste

• IC1: Timer NE555
• C1: Elektrolyt-Kondensator, 10 µF
• R1: Metallfilm-Widerstand, 1 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Braun)
• R2: Metallfilm-Widerstand, 1 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Braun)
• R3: Metallfilm-Widerstand, 10 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Rot)
• R4: Metallfilm-Widerstand, 5,1 kOhm (Grün-Braun-Schwarz-Braun)
• R5: Metallfilm-Widerstand, 5,1 kOhm (Grün-Braun-Schwarz-Braun)
• D1: Diode, 1N4007, 1N4148 oder vergleichbar
• LED1: Leuchtdiode, rot
• LED2: Leuchtdiode, grün

Zum Experimentieren:

• C1: Elektrolyt-Kondensator, 100 µF
• R2 (optimal): Metallfilm-Widerstand, 100 Ohm (Braun-Schwarz-Schwarz-Schwarz)
• R3 (optimal): Metallfilm-Widerstand, 100 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Orange)

Hinweis: Der Widerstand R1 ist relativ klein gewählt, damit der Strom durch den Widerstand groß genug ist, um den Schaltkontakt sauber zu halten. Für den Widerstand R2 wäre ein Wert von 100 Ohm besser.

Kennzeichnung und Anschlussbelegung

• NE555 (IC)
• Taster / Schalter
• Widerstand
• Diode
• Leuchtdiode (LED)
• Elektrolyt-Kondensator (Elko)
• Steckbrett und Zubehör zum Experimentieren

Experiment zur Verzögerungszeit

In dieser Schaltung mit dem NE555 sind der Kondensator C1 und der Widerstand R3 die Zeit-bestimmenden Bauteile. Wenn man den Kondensator C1 mit einer größeren Kapazität wählt, dann kann man die Dauer der Ausschaltverzögerung verlängern.
Ein Kondensator mit zum Beispiel 100 µF verlängert nicht nur die Zeit, sondern man kann dem Kondensator mit Hilfe eines Spannungsmessers an MP1 beim Laden zusehen.

Experiment: Was macht die Diode in der Schaltung?

Um das zu verstehen, tausche die Diode gegen ein Verbindungskabel, drücke dann den Taster und lasse ihn wieder los. Du wirst feststellen, dass die grüne LED schon kurz nach dem Loslassen wieder ausgeht. Das heißt, durch diese Schaltungsänderung hat sich das Zeitverhalten der Schaltung verändert.

Was passiert hier ohne die Diode?

Ganz einfach. Die grundsätzliche Idee dieser Schaltung ist, dass sich der Kondensator C1 über den Widerstand R3 auflädt und bei Erreichen einer bestimmten Schwelle der Ausgang wieder auf LOW umschaltet. Ohne die Diode würde das Aufladen nicht über den R3 erfolgen, sondern aus einer Parallelschaltung von R1+R2 (Reihenschaltung) und R3. In einer Parallelschaltung von Widerständen gilt, dass der Gesamtwiderstand kleiner ist als der kleinste Parallelwiderstand. Und das sind R1+R2, und nicht R3. Das Problem hier ist, dass die Größe vom Widerstand R1 absichtlich tief gewählt ist, damit über den Schaltkontakt des Tasters genug Strom fließt. Nur leider ist dadurch das Zeitverhalten hauptsächliche von diesem Widerstand R1 abhängig. Damit die Eingangsbeschaltung keinen Einfluss auf die Zeit-bestimmenden Bauteile hat, muss man sich was überlegen. Hier können Halbleiter helfen. Eine Diode lässt den Strom nur in eine Richtung fließen. Die Diode D1 sorgt also dafür, dass der Kondensator C1 nicht über R1+R2 aufgeladen wird, sondern über den Widerstand R3, wie es vorgesehen ist.

Diese Schaltung hat noch einen Schönheitsfehler: Wenn man die Schaltung in Betrieb nimmt und der Schaltkontakt von S1 offen ist, dann ist der Kondensator C1 zunächst entladen. Pin 2 und Pin 6 sind auf dem LOW-Pegel und der Ausgang an Pin 3 hat einen HIGH-Pegel. Das bedeutet, dass das Gerät oder die Schaltung am Ausgang des NE555 sofort einschaltet und dann ausschaltet, wenn der Kondensator C1 aufgeladen ist und Pin 3 auf LOW schaltet. Beim Betrieb einer Beleuchtung ist das sicherlich kein Problem. Schwieriger ist es, wenn ein Motor oder etwas ähnliches betrieben wird. Das ist dann vielleicht nicht gewünscht.

Diese NE555-Schaltung ist in dieser Form also nur dann sinnvoll einsetzbar, wenn die Betriebsspannung immer eingeschaltet ist. Richtiger wäre es, wenn man die Schaltung so vorsieht, dass beim eigentlichen Einschaltvorgang kein On-Off-Vorgang erfolgt.

Im folgenden eine Einführung und die praktische Anwendung einer Ausschaltverzögerung und einer Einschaltverzögerung mit dem CMOS-555.

• Ausschaltverzögerung und Einschaltverzögerung mit CMOS-555