Experimente: NE555 als Schmitt-Trigger

Der Schmitt-Trigger ist eine Variante der bistabilen Kippstufe, die wie ein Schwellwertschalter funktioniert. Dabei schaltet sie bei definierten Eingangsspannungen die Ausgangsspannung um. Ohne äußere Beschaltung verhält sich der Timer 555 wie ein Komparator mit Hysterese. Das entspricht einem Schmitt-Trigger.

Normalerweise sind Experimente mit dem NE555 als Schmitt-Trigger nur mit einer sinusförmigen Wechselspannung am Eingang und einem Oszilloskop am Ausgang sinnvoll, um die Funktionsweise dieser Schaltung nachzuvollziehen.
Es geht aber auch einfacher. Man kann am Eingang (Pin 2 und 6) des NE555 auch ein Potentiometer als Spannungsteiler schalten und damit die Spannung am Eingang manuell durch Drehen des Potentiometers einstellen.

• Grundschaltung: NE555 als Schmitt-Trigger

Liste

• IC1: Timer NE555
• POT1: Potentiometer, z. B. 1 MOhm (105)
• R1: Metallfilm-Widerstand, 5,1 kOhm (Grün-Braun-Schwarz-Braun)
• R2: 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)
• Potentiometer (Poti)
• Mini-Voltmeter
• Steckbrett und Zubehör zum Experimentieren

Hinweis: Beim Messen mit einem Mini-Voltmeter hat dessen geringer Innenwiderstand einen sehr großen Einfluss auf die Schaltschwellen, wenn man ein hochohmiges Potentiometer verwendet. Bei einem kleineren Potentiometer (z. B. 10 kOhm) oder einem guten Messgerät, wäre der Einfluss geringer und man könnte die Schaltschwellen besser beobachten.

Die Funktionsweise dieser Schaltung mit NE555 lässt sich mit einem Potentiometer nachvollziehen. Mit dem Potentiometer kann man die Eingangsspannung zwischen +VCC und GND beliebig einstellen.

• Wenn durch Drehen des Potentiometers die Spannungsverteilung am Potentiometer die Spannung an Pin 2 und 6 die obere Schaltschwelle überschreitet (2/3 von 9 Volt = ca. 6 Volt), dann kippt das interne Flip-Flop und schaltet den Ausgang auf LOW, bei dem die rote LED leuchtet.
• Wenn durch Drehen des Potentiometers die Spannungsverteilung am Potentiometer die Spannung an Pin 2 und 6 die untere Schaltschwelle unterschreitet (1/3 von 9 Volt = ca. 3 Volt), dann kippt das interne Flip-Flop und schaltet den Ausgang auf HIGH, bei dem die grüne LED leuchtet.

Hinweis: Die festgelegten Schaltschwellen (1/3 und 2/3 von VCC) kann man über den Steuerspannungseingang (Pin 5) verändern. Die Spannung darf dabei nicht über +VCC liegen, weil sonst die Komparatoren im Timer nicht schalten.

Beobachtungen und Erklärungen

Wichtig zu verstehen ist, ein Schmitt-Trigger hat zwei Schaltschwellen. Er schaltet also an unterschiedlichen Stellen um.

• Wenn die Spannung am Eingang die obere Schaltschwelle überschreitet, dann kippt das interne Flip-Flop und schaltet den Ausgang auf LOW, bei dem die rote LED leuchtet.
• Wenn die Spannung am Eingang die untere Schaltschwelle unterschreitet, dann kippt das interne Flip-Flop und schaltet den Ausgang auf HIGH, bei dem die grüne LED leuchtet.