Timer-IC

Der IC 555 (Timer-IC)
Eigenschaften des NE555
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Betriebsspannung von 4,5V bis 16V
TTL-kompatibel
Ausgangsstrom bis max. 200 mA (bipolar); bis max. 10 mA (CMOS)
Entladestrom (Discharge) bis max. 200 mA (bipolar);bis max. 100 mA (CMOS)
Umgebungstemperatur nicht unter 0 °C
Frequenzbereich bis 500 kHz
Zeitglied von Mikrosekunden bis Stunden
Typen NE555 (Bipolar) oder LMC555/TLC555 (CMOS-Version)
Die bipolare Version benötigt beim Umschalten des Ausgangverstärkers einen hohen
Impulsstrom aus der Spannungsquelle . Deshalb muss die bipolare Version (NE555) immer mit
einem Stützkondensator mit relativ großer Kapazität betrieben werden (zwischen den ICAnschlüssen 1 und 8).
Die CMOS-Versionen haben diesen Nachteil nicht, lassen aber dafür keinen großen
Ausgangsstrom zu. Der liegt bei max. 10 mA. Bei Betriebsspannungen unter 15V sogar noch
weniger. Deshalb braucht der CMOS-555 immer eine Transistorstufe am Ausgang.
Innenschaltung des NE555
Die Innenschaltung ist so gebaut, dass man mit wenigen Zusatzbauteilen sehr viele
Schaltungen aufbauen kann.
Die Innenschaltung ist hier als Blockschaltbild dargestellt. Eigentlich besteht der NE555
(Bipolar) nur aus 23 Transistoren, 15 Widerständen und 2 Dioden. Er lässt sich also
grundsätzlich auch diskret aufbauen.
Das Kernstück des NE555 ist ein RS-Flip-Flop. Dessen (Setz-) Eingang wird durch den
Komparator 2 gesteuert. Der Rücksetzeingang wird durch den Komparator 1 oder den ResetAnschluss 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 unterhalb 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 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 al 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.
Beschaltung des Pin 5 (Control Voltage, CV)
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.
Beschaltung des Pin 4 (Reset)
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 bebraucht, dann muss der Pin 4 mit +VCC verbunden werden.
Beschaltung des Ausgangs (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 +V CC oder
GND als Ausgangszustand an. Der Ausgang lässt sich so auf vielfältige Weise nutzen.
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. 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.
Timer 555 mit Transistorstufe
Timer 555 mit LED gegen +VCC (leuchtet bei OUT = 0V)
Timer 555 mit LED gegen GND (leuchtet bei OUT = +VCC)
Anschlussbelegung/Pinbelegung: DIL-Gehäuse
Bedeutung
555 5561 5562
Masse / GND
1
Trigger
2
6
8
Ausgang (OUT)
3
5
9
Reset
4
4
10
Steuerspannung (CV)
5
3
11
Schaltschwelle (Treshold)
6
2
12
Entladung (Discharge)
7
1
13
Betriebsspannung / +VCC
8
555 (DIL8)
7
14
Herstellerabhängige Bauteilbezeichnungen
Hersteller
Bezeichnung Typ
Fairchild, verschiedene Hersteller NE555
Bipolar
Harris
HA555
Bipolar
Philips Semiconductors
ECG955M
Bipolar
Motorola
MC1555
Bipolar
Intersil
CA555C
Bipolar
National Semiconductor (NSC)
LM555CN
Bipolar
National Semiconductor (NSC)
LMC555CN
CMOS
Texas Instruments (TI)
SN72555
Bipolar
Texas Instruments (TI)
TLC555CP
CMOS
556 (DIL14)
555 im Vergleich
Quelle: Texas Instruments
NA555
max.
Frequenz
NE555
SA555
0,5 MHz
0,5 MHz
SE555
TLC555
2,1 MHz
min. +VCC
4,5 V
4,5 V
4,5 V
4,5 V
2V
max. +VCC
16 V
16 V
16 V
18 V
15 V
Pin/Gehäuse
8PDIP,
8SOIC
8PDIP, 8SO,
8SOIC, 8TSSOP
8PDIP,
8SOIC
8PDIP,
8SOIC
14TSSOP, 8PDIP,
8SO, 8SOIC
Temperatur
-40 bis
105 °C
0 bis 70 °C
-40 bis 85
°C
-55 bis
125 °C
-40 bis 125, -40 bis
85, 0 bis 70 °C
Anwendungen des 555-Timers
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Taktgenerator
Zeitschalter
Speicherschaltungen
Speziell die präzise CMOS-Version des 555-Timer eignet sich auch als Schmitt-TriggerSchaltung mit fix definierten Schaltschwellen von 1/3 x V CC und 2/3 x VCC.
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