Prellfreier Taster mit NE555

Hinweis: Das Prellen eines Schalters oder Tasters lässt sich leider nicht so einfach optisch darstellen, weshalb es für Elektronik-Einsteiger ohne praktische Erfahrung unverständlich sein kann, was genau das Problem ist und wie diese Schaltung das löst.

Die Grundschaltung für einen prellfreien Taster mit einem NE555 ist die monostabile Kippstufe. Im Prinzip ist es so, dass die definierten Zustände des Timer-Ausgangs ausgewertet werden, um EIN und AUS oder oder die Taster-Zustände geschlossen und offen festzustellen.

• Grundschaltung: NE555 als monostabile Kippstufe

Taster haben nämlich den Nachteil, dass die Schaltmechanik bei Betätigung hin- und herschwingt und dadurch mehrfach betätigt wirkt. Leider lässt sich das Prellen an einem Schalter oder Taster nicht vermeiden. In der Praxis löst man das durch eine zeitliche Verzögerung der Auswertung eines Taster- oder Schalterzustands. In einem Mikrocontroller kann man das in der Software machen, in dem man nach einer erkannten Betätigung eine Verzögerung einbaut (Delay). Hier reichen oft schon 100 bis 250 Millisekunden. In einer elektronischen Schaltung erreicht man das durch ein Verzögerungselement. Meist in Kombination aus Kondensator und Widerstand an den Eingängen eines ICs, wie zum Beispiel dem NE555.

Die Werte des Kondensators und des Widerstands spielen dabei eine wichtige Rolle, weil die die Zeit bestimmen, ab der ein Taster als geschlossen gilt. Man muss das passend zum verwendeten Taster oder Schalter ausrechnen. Wenn sich das nicht definieren lässt muss man es mit verschiedenen Werten ausprobieren.

In der Schaltung mit dem NE555 gelten für die folgenden Werte die folgenden (berechneten) Verzögerungszeiten:

Tipp: Wenn die Zeit mit 1 µF zu kurz und mit 10 µF zu lang ist, dann kann man auch zwei Kondensatoren mit 1 µF parallel schalten. Dadurch addiert sich die Kapazität der Kondensatoren. Hier würde die Verzögerung etwa 0,2 Sekunden betragen. Das wäre für die meisten Anwendungen und Taster eine gut gewählte Zeit.

Liste

• IC1: Timer NE555
• R1: Metallfilm-Widerstand, 100 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Orange)
• R2: Metallfilm-Widerstand, 100 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Orange)
• R3: Metallfilm-Widerstand, 5,1 kOhm (Grün-Braun-Schwarz-Braun)
• R4: Metallfilm-Widerstand, 5,1 kOhm (Grün-Braun-Schwarz-Braun)
• C1: Elektrolyt-Kondensator, 10 µF
• S1: Taster
• LED1: Leuchtdiode, rot
• LED2: Leuchtdiode, grün

Wenn verfügbar zum Experimentieren:

• C1: Elektrolyt-Kondensator, 1 µF
• C1: Elektrolyt-Kondensator, 100 nF

Kennzeichnung und Anschlussbelegung

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

Beobachtung

Wenn man diese Schaltung mit dem NE555 mit einem Kondensator C1 mit einer Kapazität von 10 µF aufbaut und testet, dann wird man vielleicht feststellen, dass es zwischen AN und AUS der grünen Leuchtdiode niemals 1 Sekunde sein kann. Vermutlich dauert es länger. Die Frage ist, warum?

Erklärung

Schaut man sich das Schaltbild an, dann wird der Kondensator C1 über den Widerstand R2 aufgeladen. Mit dieser Bauteil-Kombination wird die Verzögerungszeit bestimmt und somit auch, wie lange in dieser Schaltung die grüne Leuchtdiode leuchtet. Weil der Kondensator nicht linear, sondern nach einer e-Funktion geladen wird und man es zusätzlich noch mit diversen Ungenauigkeiten zu tun hat, wird die aus C1 und R2 berechnete Zeit in der Praxis noch mit einer Konstante (1,1) multipliziert.

Doch lassen wir die Mathematik einfach mal außen vor. Denn die hilft uns zur Beantwortung der Frage nicht weiter.

Schaut man sich jetzt nicht das Schaltbild, sondern den Aufbau auf einem Steckbrett an, dann ist da nicht nur der Kondensator C1 und der Widerstand R2, sondern auch ein paar Steckverbindungen und das Steckbrett. Solche Steckverbindungen können ziemlich hohe Übergangswiderstände produzieren, die dazu führen, dass der Gesamtwiderstand, mit dem der Kondensator geladen wird höher ist, als der Wert von Widerstand R2. Ein höherer Widerstand bedeutet ein kleinerer Ladestrom und somit dauert es länger, bis der Kondensator einen bestimmten Ladezustand erreicht.

Grundsätzlich kann man das Problem nur dadurch in den Griff bekommen, in dem man hochwertigeres Material zum Experimentieren verwendet oder durch Löten für stabilere elektrische und mechanische Verbindungen sorgt. Das hilft aber nur bei kleinen Widerständen und Kapazitäten.