bei einer Anzahl von Projekten meist die besser Wahl .
Außerdem ist er preiswert ( aktuell am 10.11.2010 ca. 0,15 Euro) ,sehr robust und in einem weiten Spannungsbereich
( 4,5 bis 15 Volt ) anwendbar.
Die Verwendung des Baustein ist sehr vielschichtig zum Beispiel in zeitabhängigen Schaltungen, beispielsweise Monoflops, Multivibrator,
Impulserzeugung, Ablaufsteuerungen usw...
Es gibt den Timer mit verschiedenen Bezeichnungen, aber alle Bezeichnungen beinhalten die Zahl 555 z.B. NE555
oder LM555 , TDB 0555 o.ä.
In der Hauptsache unterscheiden sich die verschiedenen Bezeichnungen in der Anzahl der Timer innerhalb eines Gehäuse,
in der Gehäuseform, und in der Stromaufnahme, und natürlich vom Hersteller.
Der Timer 555 ist ohne weiteres kompatible zu herkömmlichen Digitalbausteinen zum Beispiel TTL und CMOS,
und besitzt eine sehr gute Temperaturstabilität.
Die senkrecht angeordneten Zahlen auf der linken und rechten Seite zeigen die Pin Anschlüsse am 8 poligen DIL Gehäuse.
Der NE555 enthält eine Zeitgeberschaltung die sich aufgrund ihrer Eigenschaften als Taktgeber,
Oszillator und für Zeitverzögerungen verwenden lässt.
Er ist so universell einsetzbar dass er als wichtigster integrierter Schaltkreis gilt.
Es gibt auch noch den NE556 der zwei Timer in einem Gehäuse enthält und den NE 558 der vier Timer in einem Gehäuse beinhaltet.
Außerdem gibt es noch den LMC555CN und den TLC555CP die beide in Cmos Technik hergestellt wurden und damit unter anderem eine sehr geringere Stromaufnahme aufweisen.
Abbildung 1Dabei steht das R für Reset ( zurück setzten) und das S für Setzen.
Der (Setz-) Eingang wird durch den Komparator 2 ( Komparator = Vergleicher ) gesteuert.
Der Rücksetzeingang wird durch den Komparator 1 oder den Reset-Anschluss gesteuert (logische ODER-Funktion).
Über den Reset-Eingang wird das RS-Flip-Flop immer zurückgesetzt unabhängig davon, wie die anderen Eingänge beschaltet sind.
Damit das Zurücksetzen auslöst, reicht eine Spannung über 0,7V aus.
Die Komparatoren vergleichen jeweils zwei Spannungen, die an ihren Eingängen anliegen.
Jeweils ein Eingang hat ein voreingestelltes Spannungsverhältnis. Dieses Spannungsverhältnis wird durch den dreiteiligen
Spannungsteiler (3 Widerstände) hergestellt.
Die drei Widerstände haben jeweils den gleichen (5KOhm) Wert.
An ihnen teilt sich die Betriebsspannung +VCC in drei gleich große Spannungen auf.
Diese Referenzspannungen werden für je einen Eingang der Komparatoren abgegriffen.
Einmal 1/3 der Betriebsspannung für den Komparator 2 und 2/3 der Betriebsspannung für den Komparator 1.
Wird am Trigger-Anschluss (2) eine Spannung angeschlossen, die kleiner ist als 1/3 der Betriebsspannung, dann geht der Ausgang
des Komparators 2 auf "1".
Das RS-Flip-Flop wird gesetzt. Der Ausgang des NE555 (3) geht auf "1".
Wird am Schwelleneingang (6) eine Spannung angeschlossen, die größer ist, als 2/3 der Betriebsspannung, dann geht der Ausgang
des Komparators 1 auf "1".
Das RS-Flip-Flop wird zurückgesetzt. Der Ausgang des NE555 geht auf "0".
Bevor der Ausgang des Flip-Flops herausgeführt wird, erzeugt ein invertierender Verstärker (Operationsverstärker) ein brauchbares Signal.
Alternativ steht ein Open-Kollektor-Ausgang zur Verfügung.
Ausgang Pin 3
Der Ausgang des NE555 hat
eine Gegentaktendstufe.
Das bedeutet, dass der Ausgang gegen +VCC
oder GND geschaltet werden kann. Außerdem nimmt der NE555
entweder +VCC oder GND als Ausgangszustand an.
Wird der 555 in der CMOS-Variante verwendet, dann muss man auf den
Ausgangsstrom achten der ist nicht besonders groß.
Ein Blick ins
Datenblatt ist sinnvoll.
Im Regelfall muss immer eine Transistorstufe
nachgeschaltet werden um den Ausgang nicht zu überlasten.
Beim Schalten größerer Lasten
muss
diese
Transistorstufe auf alle Fälle am Ausgang nachgeschaltet werden.
Will man das Ausgangssignal des Timers sichtbar machen, dann eignet
sich in der Regel eine Leuchtdiode dafür.
Soll eine Leuchtdiode
bei
einem positiven Impuls leuchten,
dann muss die Leuchtdiode mit
Vorwiderstand vom Ausgang gegen GND geschaltet werden.
Soll die
Leuchtdiode bei der Impulspause leuchten, dann muss die Leuchtdiode mit
Vorwiderstand vom Ausgang gegen +VCC geschaltet werden.
Schaltungsaufwand direkt angeschlossen werden.
Reset Anschluss Pin 4
Der Rücksetzeingang
des internen RS-Flip-Flops ist an Pin 4 (Reset)
herausgeführt.
Dieser Eingang ist Low-aktiv, das bedeutet er muss
mit
GND-Signal (0V) angesteuert werden damit die Schaltung
zurückgesetzt
wird.
Da es sich um einen digitalen Eingang handelt darf er nicht
offen bleiben sonst nimmt der NE555 unbeabsichtigte Zustände ein.
Wird
die Funktion "Reset" Schaltungstechnisch nicht benötigt, dann muss
der
Pin 4 mit +VCC verbunden werden um ein unkontrolliertes
Verhalten aus zu schließen.
CTRL Anschluss Pin 5
Pin 5 (Control Voltage)
ist ein Steuereingang. Er muss nicht
beschaltet werden.
Das bedeutet, er bleibt offen. Allerdings muss er
bei schlechter Stabilisierung der Versorgungsspannung (+VCC)
mit einem kleinen Kondensator (10 nF) gegen
GND geschaltet werden.
Unter anderem wird dabei auch verhindert, dass der NE555 anfängt
zu
schwingen. Das merkt man daran, dass die Schaltung sehr seltsame
Verhaltensweisen aufzeigt,
obwohl die Schaltung plausibel dimensioniert
und richtig aufgebaut ist. Deshalb hat fast jede noch so kleine
Schaltung mit dem NE555 einen Kondensator
an Pin 5 gegen GND
vorgesehen. Damit hält man sich den Ärger schon von Anfang an
fern.
Control Voltage hat auch noch eine andere Funktion. Wird daran eine
Spannung zwischen 2/3 +VCC und +VCC angelegt,
dann verlängert sich dadurch die interne Zykluszeit.
Liegt die
Spannung zwischen 0 und 1/3 +VCC, dann wird die Zeit
kürzer.
umzusetzen, auch diese Funktion kann mit dem Timer NE555 ohne viel äußere Beschaltung umgesetzt werden.
Damit ist man zum Beispiel in der Lage kurze Eingangsimpulse die für unser Menschliches Auge nicht mehr erfassbar sind in ein längeres Signal
um zu setzen so das es optisch sichtbar ist. Wenn ich also einen Blitz nicht erkennen kann weil er so kurz ist und ich gerade in dem Augenblick
des erscheinen meine Lieder geschlossen hatte, kann ich mit dieser Schaltung die Erfassung künstlich verlängern.
Wenn der Taster S1 für kurze Zeit geschlossen wird erscheint am Ausgang für eine bestimmte Zeit ein High Signal und die Led leuchtet unabhängig
wie lange und wie oft der Taster betätigt wird, mit einer Ausnahme das der Tastendruck kürzer ist als die durch den Timer vorgegebene Zeitverzögerung.
Diese Zeit ist abhängig davon wie groß der Widerstand R1 und der Kondensator C1 ist.
Wird die Taste länger gedrückt als die vom Timer vorgegebene Zeit, so kippt die Schaltung erst mit loslassen des Tasters in seine Ausgangsstellung zurück.
Die Positive Betriebsspannung wird an Pin 8 angeschlossen.
Die drei internen Widerstände im NE555 bewirken eine Aufteilung der angelegten Betriebsspannung in drei gleiche Teile.
Durch den Umstand das bei den Internen Operationsverstärker einmal der Positive und einmal der Negative Eingang mit dieser Teilspannung
belegt wird ergibt es sich das am Pin 2 eine Spannung unterhalb ein drittel der Betriebspannung ein setzten des Ausgang Pin 3 bewirkt.
Wenn also der Taster kurzzeitig geschlossen wird und die Spannung unterhalb ein drittel der Betriebsspannung ist wird der Ausgang gesetzt und die Led leuchtet.
Gleichzeitig wird der interne Transistor nicht leitend, und hebt den Kurzschluss über den Kondensator auf, somit wird dieser gleich über den Widerstand r13 aufgeladen
bis er eine Spannung erreicht die zwei drittel der Betriebsspannung überschreitet, und leitet damit den Rücksetzvorgang ein.
Die Zeit bestimmenden Bauteile für das Ausgangssignal setzen sich zusammen aus aus den Widerstande R2 und dem Kondensator C1.
Der Kondensator C1 wird über den Widerstand R2 aufgeladen bis der Kondensator einen Schwellwert von 70% überschreitet, damit wird der Ausgang
an Pin 3 umgeschaltet von nahezu Null Volt auf annähernd der Betriebsspannung , gleichzeitig wird intern der Anschluss 7 auf Masse geschaltet,
und der Kondensator C1 wird nach Masse hin entladen, bei entladendem Kondensator wird der Ausgang Pin 3 wieder auf nahe Null Volt geschaltet.
| Die Zeitdauer der Verzögerung errechnet sich aus |
| T =R * C *1,1 |
| T = 10000 Ohm * 0,000 220 Fahrad * 1,1 |
| T= 2,42 Sekunden |
Tatsächlich kommt man aber auf Zeiten die fast immer länger sind, das liegt zum einen an der Ungenauigkeit des Baustein selber, der vom Hersteller
mit ca. 2 % angegeben wird, und zum größeren Teil durch den Leckstrom der Kondensatoren die während des aufladen gleichzeitig auch Strom verlieren
und sich so die Aufladezeit verlängern.
Verhindern kann man es indem man den Kondensator möglichst klein macht, und im Gegenzug dafür den Widerstand vergrößert, und indem man Kondensatoren
einer höherer Qualität einsetzt z.B. Tantal Kondensatoren . ( Tantal Kondensatoren haben ein sehr geringen Leckstrom).
Der Widerstand r1 kann in den meisten Fällen geg gelassen werden, er dient nur dazu einen eindeutigen High Peger zu sichern, was wichtig sein könnte
falls man es mit einen CMOS Typ zu tun hat.
und schließt den Kondensator kurz, somit liegt an Pin6 die volle Betriebsspannung an
und der Ausgang Pin 3 ist erst einmal gesetzt.
Nach Ablauf der Zeitkonstante ( R5 und C1) geht der NE 555 in seine Grundlage und ist eigentlich erst dann Funktions bereit.
Abbildung 2
Abbildung 3
Ausgeschaltet wird die Led wieder wenn das Eingangssignal über zwei Drittel der Betriebsspannung angestiegen ist..
Durch die unterschiedlichen Widerstände zwischen Lade und Entladezyklus hat man natürlich kein 1:1 Verhältnis zwischen Taktzeit und Pausenzeit.
Dem kann man aber entgegen wirken indem P2 mit einer Dioden während der Ladephase überbrückt wird .Also eine Dioden parallel zu P2 mit der Anode an P1 und Kathode an Pin 6.
eine Reihenschaltung Ra und Rb1 haben.
Bei Entladevorgang ist aber nur der Widerstand Rb2 wirksam.
Für die einzelnen Zeiten ergeben sich folgende Gleichungen.
| Ladezeit |
tl =0,7*(RA + RB1) * C1 |
|
| Entladezeit |
te=0,7*Rb2*C1 |
Hier ein Astabiler Multivibrator mit Timer NE 555Zuerst lädt sich der Kondensator C1 über Widerstand R1
und P1 auf.
Die Diode D2 sorgt dafür dass Poti 2 keinen Einfluss beim
aufladen ausübt.
Wenn der Kondensator 2/3 der Betriebsspannung erreicht hat
wird im Timer IC , intern Anschluss Pin 7 auf Masse gelegt.
Dadurch wird der Kondensator C1 über das Poti P2 und der Diode D2 entladen.
Damit beim Entladen das Poti P1 keinen Einfluss ausübt sorgt Diode D1.
Um die Ladezeit des Kondensator C1 zu berechnen:
0,7 *(R1+P1)*C
0,7*(1,5K+25K)*100nf
= 1,85ms
Die Entladezeit des Kondensator C1 berechnen:
0,7*P2*C
0,7*25k*100n
=1,75ms
Frequenz berechnen
1/ Ladezeit+Entladezeit
1/ 1,85 ms+1,75 ms
1/ 3,6 ms
= 277 Hz
Die Schaltung arbeitet ab ca. 5 Volt.
Das Signal an M2 abgegriffen gegen Masse.Bei Poti am Linksanschlag.
Das Signal an M2 abgegriffen gegen Masse.Bei Poti am Rechtsanschlag.
Es ist zu erkennen das sich beim verstellen des Puls-Pausenverhältnis auch die Frequenz etwas ändert.
