Experimente: NE555 als monostabile Kippstufe

Das Monoflop oder die monostabile Kippstufe ist eine Grundschaltung und eine Anwendung mit dem NE555. Diese Grundschaltung kommt mit wenigen externen Bauteilen aus. Nur in der praktischen Anwendung ist der Trigger-Eingang oft umfangreicher beschaltet.

Die monostabile Kippstufe mit dem NE555 gibt einen definierten Impuls am Ausgang ab, wenn ein kurzzeitiger Impuls am Trigger-Eingang anliegt. Dabei hängt die Impulsdauer am Ausgang von der Ladedauer des Kondensators C1 ab.
Die Ladedauer vom Kondensator C1 hängt von dessen Kapazität und dem Widerstand R2 ab, der den Ladestrom begrenzt.

Mit mehreren Experimenten wollen wir herausfinden, wie sich die Zeitfunktion der Schaltung ändert, wenn wir andere Bauteilwerte für den Kondensator C1 und den Widerstand R2 verwenden. Es geht also darum, den Ausgangsimpuls zu verlängern und zu verkürzen.

• Grundschaltung: NE555 als monostabile Kippstufe

Liste

• IC1: Timer NE555
• R1: Metallfilm-Widerstand, 100 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Orange)
• 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
• S1: Taster
• LED1: Leuchtdiode, rot
• LED2: Leuchtdiode, grün
• Mini-Voltmeter oder Messgerät

Zum Experimentieren:

• C1: Elektrolyt-Kondensator, 10 µF
• R2: Metallfilm-Widerstand, 1 kOhm (Braun-Schwarz-Schwarz-Braun)

Kennzeichnung und Anschlussbelegung

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

Wir wollen mit mehreren Experimenten herausfinden, wie sich die Zeitfunktion der Schaltung mit dem NE555 verändern lässt, indem wir andere Bauteilwerte für den Widerstand R2 und den Kondensator C1 verwenden. Dadurch wollen wir die Impulsdauer am Ausgang verlängern und verkürzen. Die Impulsdauer wird durch die Leuchtdauer der grünen LED repräsentiert. Das ist der Zustand HIGH (= Impuls). Wenn die rote Leuchtdiode leuchtet, dann ist das der Zustand LOW, was dem Grundzustand des Ausgangs und der Schaltung entspricht.

1. Baue die Schaltung auf und nehme sie in Betrieb. Entferne mehrmals hintereinander die Verbindung von Pin 8 zu +VCC und füge sie wieder hinzu.
2. Betätige den Taster S1.
3. Verwende Unterschiedliche Kombinationen von Widerstand R2 und Kondensator C1.

Beobachtungen

1. Manchmal geht die Schaltung mit der roten leuchtenden LED in Betrieb und manchmal mit der grün leuchtenden LED, wobei sehr schnell der Wechsel zur roten LED erfolgen wird. Wenn man das beobachten kann, dann funktioniert die Schaltung.
2. Die grüne LED leuchtet kurz auf und schaltet dann wieder auf die rote LED um.
3. Je kleiner die Bauteil-Werte von R2 und C1 desto schneller erfolgt das Umschalten der LEDs.

Erkenntnisse und Erklärungen

1. Grundsätzlich muss man sich im Klaren darüber sein, dass die Schaltung in dieser Form keinen definierten Ausgangszustand beim Einschalten hat. Die nachfolgende Schaltung muss dann mit einer Verzögerung arbeiten oder man muss die Eingangsbeschaltung am Trigger-Eingang (Pin 2) entsprechend anpassen.
2. Durch den Trigger-Impuls nach GND wird das interne RS-Flip-Flop gesetzt, der Ausgang schaltet in den Zustand HIGH, weshalb die grüne LED leuchtet. Dabei wird der Kondensator C1 über den Widerstand R2 geladen. Erreicht der Kondensator C1 2/3 von +VCC, dann wird das interne RS-Flip-Flop zurückgesetzt, der Ausgang schaltet in den Zustand LOW, weshalb die rote LED leuchtet. Der Discharge (Pin 5) schaltet ebenfalls in den Zustand LOW wodurch der Kondensator C1 schlagartig entladen wird.
3. Durch eine kleinere Kapazität von C1 oder kleinerer Widerstand R2 wird der Ladevorgang deutlich verkürzt und 2/3 von +VCC am Kondensator schneller erreicht.

Mit unterschiedlichen Bauteilwerten für den Widerstand R2 und den Kondensator C1 kann man ähnliche Zeiten erzeugen. In der Praxis empfiehlt es sich mit möglichst kleinen Kapazitäten zu arbeiten, um den Stromverbrauch und den Stromfluss beim Laden und Entladen zu begrenzen.