Grundschaltung: NE555 als astabile Kippstufe

Die astabile Kippstufe oder der astabile Multivibrator ist eine selbsttätige Schaltung, die sofort nach dem Einschalten der Versorgungsspannung arbeitet. Die Schaltung erzeugt ein fortlaufendes Rechtecksignal. Gemeint ist, dass der Ausgang des Timers an Pin 3 zwischen den Zuständen HIGH und LOW periodisch umschaltet. Damit ist die astabile Kippstufe die Grundschaltung für Impulsgeneratoren, Tongeneratoren und Blinker.

Tatsächlich ist die astabile Kippstufe die häufigste Anwendung des NE555. Meist geht es darum eine LED zum Blinken zu bringen oder eine taktabhängige digitale Schaltung mit einem Taktsignal zu versorgen.

Im wesentlichen sind die Bauteile R1, R2 und C1 für die Funktionsweise dieser Schaltung verantwortlich. Wenn du wissen willst, wie man Einfluss auf die Blink-Geschwindigkeit und das Blink-Verhältnis nimmt, dann mache ein paar Experimente mit unterschiedlichen Widerständen und Kondensatoren.

• Die grüne Linie zeigt den Stromverlauf des Ladestroms des Kondensators C1. Die Widerstände R1 und R2 begrenzen den Ladestrom. Während des Ladevorgangs besteht am Ausgang eine Verbindung zu +VCC, weshalb die grüne LED leuchtet.
• Die rote Linie zeigt den Stromverlauf des Entladestroms des Kondensators C1. Nur der Widerstand R2 begrenzt den Entladestrom. Während des Entladevorgangs besteht im Timer am Ausgang eine Verbindung zu GND, weshalb die rote LED leuchtet.

Liste

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

Kennzeichnung und Anschlussbelegung

• NE555 (IC)
• Widerstand
• Leuchtdiode (LED)
• Elektrolyt-Kondensator (Elko)
• Mini-Voltmeter
• Steckbrett und Zubehör zum Experimentieren

Hinweis: Im NE555-Datenblatt steht unter „DC AND AC ELECTRICAL CHARACTERISTICS“, dass die Timing-Widerstände (RA, RB), hier in der Schaltung R1 und R2, zwischen 1 kOhm und 100 kOhm liegen dürfen.

Beim NE555 als astabile Kippstufe wird der Ausgang periodisch zwischen den Zuständen HIGH und LOW umgeschaltet.

Wenn die rote LED leuchtet, dann

• hat der Ausgang den Zustand LOW.
• ist der Ausgang nach GND geschaltet, weshalb der Strom von +VCC über die rote LED in den Timer nach GND fließt.
• entlädt sich der Kondensator C1 über Widerstand R2 über den Discharge-Pin.

Wenn die grüne LED leuchtet, dann

• hat der Ausgang den Zustand HIGH.
• ist der Ausgang nach +VCC geschaltet, weshalb der Strom vom Ausgang über die grüne LED nach GND fließt.
• lädt sich der Kondensator C1 über die Widerstände R1 + R2 auf.

Der Zeitpunkt der Umschaltung zwischen HIGH und LOW wird durch die Spannung am Threshold- und Trigger-Eingang (Pin 6 und 2) festgelegt. Bei der Inbetriebnahme der Schaltung hat der Ausgang (Pin 3) den Zustand HIGH.

• Wenn der Kondensator C1 beim Aufladen eine Spannung von 2/3 von +VCC erreicht hat, dann wird das interne RS-Flip-Flop zurückgesetzt, der Ausgang wechselt in den Zustand LOW, der Discharge schaltet nach GND, wodurch der Kondensator C1 sich über den Widerstand R2 entlädt.
• Wenn der Kondensator C1 beim Entladen eine Spannung von 1/3 von +VCC erreicht hat, wechselt der Ausgang in den Zustand HIGH, der Discharge schaltet ab, wodurch der Kondensator C1 sich über die Widerstände R1 + R2 auflädt.

Durch unterschiedliche Lade- und Entladezeiten des Kondensators entsteht ein entsprechend geformtes Rechtecksignal (Impuls-Pausen-Verhältnis) am Ausgang des Timers.

Bei der Beschreibung der Funktionsweise der astabilen Kippstufe mit dem NE555 ist oft die Rede davon, dass der Ausgang bei bei einer Spannung am Threshold und Trigger bei jeweils 1/3 und 2/3 von +VCC umschaltet. Das Problem dabei ist, dass man sich das nur schwer vorstellen kann. Zu diesem Zweck kann man ein Messgerät oder Mini-Voltmeter in die Schaltung einbauen.
Die Idee ist, dass wir sehen, wann jeweils 1/3 und 2/3 von +VCC erreicht ist. Das hat auch den Vorteil, dass wenn der zeitliche Faktor sehr lang ist, man trotzdem sieht, dass die Schaltung funktioniert.

• Experimente: NE555 als astabile Kippstufe

Gefühlt ist der NE555 als astabile Kippstufe die häufigste Grundschaltung für Impulsgeneratoren, Tongeneratoren und einfache LED-Blinker.

• Grundschaltung: NE555 als akustischer Signalgeber