Experimente: Steuerspannung (Control Voltage) vom NE555

Der Steuereingang Control Voltage (CV) bzw. Steuerspannung an Pin 5 des NE555 muss nicht zwingend beschaltet werden. Er kann auch offen bleiben. Es wird jedoch empfohlen diesen Eingang in ungenutzten Zustand mit einem Kondensator von 10 nF gegen Ground (GND) zu schalten. Damit vermeidet man Störungen durch eine instabile Stromversorgung und anderen Einflüssen von außen.

Es stellt sich berechtigterweise die Frage, welchen Sinn und Zweck dieser Steuereingang des NE555 hat, wenn nur ein Kondensator dranhängen soll. Ein Blick in die Innenschaltung des NE555 könnte erhellend wirken. Muss aber nicht.

Deshalb hier die Kurzfassung: Ohne Beschaltung des Steuereingangs Steuerspannung bzw. Control Voltage an Pin 5 bestimmt der interne Spannungsteiler von 3 x 5 kOhm die Referenzspannungen 1/3 und 2/3 von +VCC für den Trigger- und Threshold-Komparator. Über den Steuereingang Control Voltage lässt sich die Trigger- und Threshold-Referenz verschieben. Das kann man zum Beeinflussen von Zeiten, zur Pulsweitenmodulation (PWM) oder auch zum Einstellen der Referenzspannung beim Einsatz als Komparator verwenden.

Beschaltet man den Steuereingang Control Voltage bzw. legt eine Steuerspannung an Pin 5, dann gelten folgende Regeln:

• Wird an Pin 5 eine Spannung zwischen 2/3 von +VCC und +VCC angelegt, dann verlängert sich die interne Zykluszeit.
• Wird an Pin 5 eine Spannung zwischen 0 und 1/3 von +VCC angelegt, dann verkürzt sich die interne Zykluszeit.

Hinweis: Die Spannung an Pin 5 darf nicht über +VCC liegen. Dadurch nimmt man die Funktion der Schaltung außer Betrieb.

Um den Einfluss des Steuereingangs Control Voltage an Pin 5 auf das Ausgangssignal an Pin 3 herauszufinden bauen wir eine astabile Kippstufe mit dem NE555 und beschalten den Pin 5 unterschiedlich und beobachten, wie sich das auf die Ausgangsspannung an Pin 3 auswirkt.

Liste

• IC1: Timer NE555
• 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)
• C1: Elektrolyt-Kondensator, 100 µF
• LED1: Leuchtdiode, rot
• LED2: Leuchtdiode, grün
• Mini-Voltmeter oder Messgerät

Zum Experimentieren:

• C1: Elektrolyt-Kondensator, 10 µF
• POT1: Potentiometer, z. B. 1 MOhm (105)

Kennzeichnung und Anschlussbelegung

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

Was wir herausfinden möchten ist, welchen Einfluss der Steuereingang Control Voltage an Pin 5 auf das Ausgangssignal an Pin 3 vom NE555 hat.

1. Pin 5 offen
2. Pin 5 gegen +VCC schalten
3. Pin 5 gegen GND schalten
4. Verbinde Pin 5 mit Pin 3

Tipp: Nimm für Nr. 4 versuchsweise C1 = 10 µF, dann ist der Unterschied deutlich sichtbar.

Beobachtungen, Erkenntnisse und Erklärungen

1. Im Normalfall blinken die beiden Leuchtdioden wechselweise. Die grüne Leuchtdiode leuchtet etwas länger als die rote Leuchtdiode. Stimmt doch, oder?
2. Die grüne Leuchtdiode leuchtet deutlich länger als die rote Leuchtdiode. Es kann sogar sein, dass die rote LED gar nicht leuchtet.
3. Die rote Leuchtdiode leuchtet deutlich länger als die grüne Leuchtdiode. Es kann sogar sein, dass die grüne LED gar nicht leuchtet.
4. Der Low-Zustand am Ausgang (rote Leuchtdiode) verlängert sich deutlich.

Wenn man es genauer wissen will, dann muss man ein Potentiometer als Spannungsteiler an Pin 5 schalten. Hierbei ist es hilfreich, wenn man die Spannung an Pin 5 misst, um das Potentiometer richtig einzustellen.

• Wenn man das Potentiometer so einstellt, dass eine Spannung nahe +VCC an Pin 5 anliegt, dann verlängert sich die Zeit des HIGH-Zustands.
• Wenn man das Potentiometer so einstellt, dass die Spannung nahe GND an Pin 5 anliegt, dann verkürzt sich die Zeit des HIGH-Zustands.

Hinweis: Wenn man das Potentiometer ganz an die Außenseiten dreht, dann hört die Schaltung auf zu blinken.

Erkenntnisse

Was können wir aus den vorherigen Versuche an Erkenntnissen gewinnen? Was hat es mit dem Steuereingang Control Voltage an Pin 5 vom NE555 auf sich?

Bisher war bekannt, dass man das Puls-Pausen-Verhältnis und die Frequenz des Ausgangssignals an Pin 3 mit einer Widerstands-Kondensator-Kombination an Pin 2 und 6 einstellen kann. Eventuell ist dir bekannt, dass diesen Zeiten enge Grenzen gesetzt sind, weil die Bauteilwerte nicht unendlich klein oder groß sein können. Die Erkenntnisse aus den vergangenen Experimenten ist, dass das Puls-Pausen-Verhältnis oder die Frequenz zusätzlich durch die Beschaltung von Pin 5 beeinflusst werden kann. Man kann die zeitabhängigen Faktoren durch eine entsprechende Beschaltung von Pin 5 verlängern oder verkürzen.