Timer-IC NE555P, DIP-8, 4.5-16V, Ausgang 200mA

Dieses Tutorial zeigt, wie der integrierte Schaltkreis NE555P als eigenständiger Zeitgeber ohne Entwicklungsboard und ohne Programm eingesetzt wird. Die Schaltung arbeitet allein, mit 5 VDC versorgt, und im Beispiel verwenden wir sie als astabilen Oszillator, der eine LED etwa einmal pro Sekunde blinken lässt.

Der NE555P wird in Projekten für blinkende LEDs, Ein- oder Ausschaltverzögerungen, Tongeneratoren, einfache PWM-Steuerungen und Entprellung eingesetzt. Zeiten und Frequenzen werden ausschließlich durch die Werte der daran angeschlossenen Widerstände und des Kondensators bestimmt.

So funktioniert es:

Im Inneren des NE555P befindet sich ein Spannungsteiler aus drei gleichen Widerständen zu je 5 kOhm, der zwei Schwellen erzeugt: 1/3 der Versorgungsspannung VCC für den Eingang TRIG und 2/3 von VCC für den Eingang THRES. Zwei Komparatoren vergleichen die Spannung an diesen Eingängen mit den Schwellen und steuern ein Flipflop. Das Flipflop setzt den Ausgang OUT auf High oder Low und steuert einen internen Transistor, der den Pin DISCH mit Masse verbindet.

Sinkt TRIG unter 1/3 von VCC, geht der Ausgang auf High und der Entladetransistor sperrt, sodass sich der externe Kondensator über den Widerstand zu laden beginnt. Überschreitet THRES 2/3 von VCC, geht der Ausgang auf Low und der Transistor entlädt den Kondensator. Die Schwellen sind proportional zu VCC, ebenso die Ladegeschwindigkeit. Deshalb hängt die Zeit nicht von der Versorgungsspannung ab, solange diese während des Intervalls konstant bleibt.

Im monostabilen Betrieb erzeugt ein kurzer Impuls an TRIG genau einen Impuls am Ausgang mit der Dauer t = 1.1 x R x C. Zum Beispiel ergibt sich für R = 100 kohm und C = 10 uF t = 1.1 x 100000 x 0.00001 = 1.1 s.

Im astabilen Betrieb schwingt die Schaltung dauerhaft, mit den zwei Widerständen RA und RB sowie einem Kondensator C. Die Frequenz beträgt f = 1.44 / ((RA + 2 x RB) x C), die Zeit mit High-Pegel am Ausgang ist tH = 0.693 x (RA + RB) x C, und die Zeit mit Low-Pegel am Ausgang ist tL = 0.693 x RB x C. Für RA = 1 kohm, RB = 68 kohm und C = 10 uF ergeben sich tH = 0.478 s, tL = 0.471 s und f = 1.05 Hz.

Die folgende Tabelle zeigt die logischen Zustände der Schaltung.

Anschluss:

Die Tabelle beschreibt die astabile Schaltung aus dem Anwendungsbeispiel, versorgt mit 5 VDC von einem Netzteil mit 5 VDC 1 A über den Hohlstecker-Adapter mit Schraubklemmen. Der Baustein wird mit der Kerbe nach links auf das Breadboard gesteckt. Pin 1 ist der erste Pin links unten, von oben auf den Baustein gesehen. Die Nummerierung verläuft entgegen dem Uhrzeigersinn, Pin 8 befindet sich also links oben. Den Elektrolytkondensator C1 setzen Sie mit dem Minuspol (Streifen) an Masse und dem Pluspol an die Pins 2 und 6. Der Keramikkondensator C2 ist mit 103 (10 nF) gekennzeichnet.

Versorgen Sie die Schaltung mit einer Spannung zwischen 4.5 V und 16 V und achten Sie auf die richtige Polung. Bei einer Versorgung mit 5 V ist der Ausgang mit TTL-Eingängen kompatibel. Bei höheren Spannungen steigt der Ausgang nahe an VCC, deshalb verbinden Sie ihn nicht direkt mit einem Logikeingang von 3.3 V. Der Ausgang kann bis zu 200 mA liefern oder aufnehmen. Bei induktiven Lasten, etwa der Spule eines Relais, montieren Sie eine Diode parallel zur Spule. In unserem Beispiel begrenzt der Widerstand von 220 Ohm den Strom der LED auf einen Wert in der Größenordnung von 10 mA, was für eine LED mit 5 mm sicher ist.

Konfiguration:

Der NE555P hat keine Taster, Jumper, Potentiometer oder Speicher. Die Betriebsart und die Zeiten werden ausschließlich durch die Verschaltung der Pins und die Werte der externen Bauteile festgelegt. Bei jedem Einschalten der Versorgung startet die Schaltung den Zyklus von vorn, es gibt also keine Einstellungen zu speichern.

Für den monostabilen Betrieb verbinden Sie die Pins 6 und 7 miteinander und wählen R und C für die gewünschte Dauer. Ein kurzes Drücken des Tasters senkt TRIG unter 1/3 VCC, der Ausgang geht auf High und bleibt dort für die Dauer t. Der Impuls an TRIG muss kürzer sein als die Dauer t, sonst bleibt der Ausgang auf High, solange der Taster gedrückt ist.

Für den astabilen Betrieb wählen Sie zuerst C, dann RB für die Zeit tL und RA für die Differenz zwischen tH und tL. Da tH immer größer ist als tL, kann das Tastverhältnis mit der Grundschaltung nicht unter 50 Prozent fallen. Wenn Sie ein anderes Verhältnis wünschen, montieren Sie eine Diode parallel zu RB, mit der Kathode zum Pin 6. In diesem Fall hängt tH nur von RA und C ab, und tL nur von RB und C.

Der Pin RESET (Pin 4) stoppt die Zeitgebung, wenn er auf Masse gezogen wird, und setzt den Ausgang auf Low. Wenn Sie ihn nicht verwenden, verbinden Sie ihn mit VCC.

Anwendungsbeispiel:

Das Beispiel baut eine LED, die etwa einmal pro Sekunde blinkt. Bauen Sie die Schaltung aus der Anschlusstabelle auf einem Breadboard auf, mit RA = 1 kohm, RB = 68 kohm, C1 = 10 uF Elektrolytkondensator, einem Kondensator mit 10 nF am Pin 5, einer roten LED mit 5 mm mit Vorwiderstand von 220 Ohm und einer Versorgung mit 5 V.

Die Berechnung ergibt tH = 0.693 x 69 kohm x 10 uF = 0.478 s und tL = 0.693 x 68 kohm x 10 uF = 0.471 s. Die Periodendauer beträgt etwa 0.95 s, die Frequenz also etwa 1.05 Hz.

Nachdem Sie das Netzteil an die Schraubklemmen des Hohlstecker-Adapters angeschlossen haben, prüfen Sie vor dem Einschalten die Polung der Quelle und die Lage des Kondensators C1. Schalten Sie dann die Schaltung ein. Die LED sollte etwa eine halbe Sekunde leuchten und etwa eine halbe Sekunde dunkel bleiben, und das wiederholt sich. Wenn Sie einen langsameren Takt wünschen, vergrößern Sie C1 oder RB, für einen schnelleren verkleinern Sie diese Werte. Berechnen Sie dabei mit den obigen Formeln nach.

Häufige Probleme:

Die LED blinkt nicht und bleibt dunkel. Die wahrscheinlichste Ursache ist, dass Pin 4 (RESET) nicht angeschlossen ist oder auf Masse liegt, wodurch der Ausgang auf Low gehalten wird. Verbinden Sie Pin 4 mit +5 V. Prüfen Sie außerdem, ob Pin 8 die Versorgung erhält.

Die LED leuchtet dauerhaft, ohne zu blinken. Die Pins 2 und 6 sind nicht miteinander verbunden, oder der Kondensator C1 ist nicht richtig angeschlossen. Prüfen Sie die Verbindungen und die Polung des Kondensators, mit dem Minus an Masse.

Die Schaltung funktioniert gar nicht oder wird warm. Der Baustein ist wahrscheinlich verdreht, und die Pins sind falsch nummeriert. Schalten Sie die Versorgung ab, prüfen Sie die Lage der Kerbe und die Nummerierung der Pins und bauen Sie die Schaltung neu auf.

Die Frequenz weicht von der berechneten ab. Elektrolytkondensatoren und Widerstände haben eine Toleranz, und die tatsächlichen Werte können abweichen. Messen Sie die Bauteile nach oder passen Sie den Wert von RB an, bis Sie den gewünschten Takt erhalten.

Ein über den Ausgang gesteuertes Relais verhält sich unregelmäßig. Die Spule erzeugt beim Abschalten Spannungsspitzen. Montieren Sie eine Diode parallel zur Spule und versorgen Sie das Relais aus einer Quelle, die seinen Strom ausreichend liefern kann.

Grenzen und Tipps:

Der NE555P arbeitet mit 4.5 bis 16 V und bei Temperaturen zwischen 0 und 70 °C. Der Ausgang kann bis zu 200 mA liefern oder aufnehmen. Für größere Lasten verwenden Sie daher einen Transistor oder ein Relais. Bei Frequenzen über 100 kHz verschlechtert sich die Signalform, für solche Anwendungen wird eine CMOS-Version empfohlen.

Die Genauigkeit der Zeiten hängt hauptsächlich von der Toleranz der Widerstände und des Kondensators ab. Verwenden Sie für genaue Verzögerungen daher Bauteile mit geringer Toleranz. Elektrolytkondensatoren haben Leckströme und eine große Toleranz, deshalb wählen Sie für sehr lange oder stabile Zeiten andere Bauformen.

Mit demselben Grundaufbau können Sie weiterhin einen Tongenerator mit einem kleinen Lautsprecher, einen Zeitgeber für eine Beleuchtung oder einen Entpreller für einen Taster bauen, wobei Sie nur die Werte der Widerstände und des Kondensators ändern.