555 Timer (Bsp. NE555P)
Der 555 Timer kam bereits 1972 auf den Markt und ist nach wie vor ein Standardbaustein für eine zeitliche Steuerung oder Taktung.
- Betriebsspannung von 4,5V bis 16V
- Ausgangsfrequenz bis 500 kHz
- Ausgangsstrom bis ±200 mA
| Threshold | Trigger | R | S | Q | Output |
|---|---|---|---|---|---|
| LOW | LOW | 0 | 1 | 0 | 1 |
| LOW | HIGH | 0 | 0 | vorheriger Zustand |
vorheriger Zustand |
| HIGH | LOW | 1 | 1 | nicht vorhersagbar |
nicht vorhersagbar |
| HIGH | HIGH | 1 | 0 | 1 | 0 | HIGH = größer ⅓ bzw. ⅔ VCC LOW = kleiner ⅓ bzw. ⅔ VCC |
Die Tabelle zeigt die Funktionsweise. Über "Threshold" und "Trigger" werden die Komparatoren C1 und C2 eingestellt bzw. gesteuert. Die Ausgänge der Komparatoren schalten das RS-FlipFlop . Über den "Discharge" Transistor kann ein äußerer Kondensator entladen werden, sobald Q auf einer logischen '1' ist. Der "Reset" Eingang setzt den ganzen 555 zurück (aktiv Low).
Schaltungen
Der 555 hat als Einzelteil keine Funktion. Erst durch eine zusätzliche Verdrahtung kann dieser als Bistabile, Monostabile oder Astabile Schaltung verwendet werden.
Bistabile Schaltung
Diese Schaltung hat zwei stabile Zustände (Bistable) und verhält sich wie ein FlipFlop. Durch einen kurzen Impuls wird der Ausgang eingeschaltet (und bleibt dann eingeschaltet) und durch einen zweiten Impuls wieder ausgeschaltet (und bleibt dann auch ohne einen weiteren Impuls ausgeschaltet).
Damit der vorherige Zustand beibehalten wird wird der Threshold über einen Pulldown-Widerstand auf GND gelegt und der Trigger über einen Pullup auf VCC (siehe Tabelle oben)
Um den Ausgang einzuschalten wird der Trigger über einen Taster kurz mit GND. Um den Ausgang wieder abzuschalten genügt ein kurzer Tastendruck bei dem Threshold mit VCC verbunden wird.
Monostabile Schaltung
Diese Schaltung hat einen stabilen Zustand (Monostable). Durch einen kurzen Impuls am Trigger wie in der vorhergehenden Schaltung wird der Ausgang eingeschaltet.
Das Rücksetzen über den Threshold erfolgt automatisch. Der eingeschaltete Zustand ist nicht stabil.
Im eingeschalteten Zustand ist Q und damit die Transistor-Basis LOW. Discharge Pin ist damit unterbrochen und nicht mehr mit GND verbunden. Der Kondensator Cbeginnt sich über den Widerstand R zu laden.
Sobald die Kondensator-Spannung mehr als ⅔ VCC erreicht, schaltet der obere Komparator um. Der Ausgang des 555 wird abgeschaltet. Durch das abschalten wird Q und damit die Transistor-Basis HIGH. Der Kondensator wird über den Discharge entladen. Dieser Zustand ist wieder stabil und bleibt ohne erneuten Trigger dauerhaft erhalten.
Die Zeitdauer, die der 555 eingeschaltet bleibt lässt sich berechnen:
Taus = 1,1 × R × C
Beispiel: Taus = 1,1 × 1MΩ × 1µF =
1,2s
Astabile Schaltung
Bei dieser Schaltung gibt es keinen stabilen Zustand. Zeitlich abhängig vom Lade- bzw. Entladevorgang des Kondensators wird der Ausgang immer ein- und ausgeschaltet. Es ergibt sich ein Rechtecksignal.
Nach Inbetriebnahme oder Reset des 555 liegt Q auf HIGH. Der Kondensator ist bereits entladen oder wird über R2 und den Discharge Eingang entladen. R1 ist ebenfalls über Discharge mit GND verbunden.
Beim Entladen des Kondensators wird beim Unterschreiten von ⅔ VCC zunächst der obere Komparator (ohne eine Zusatandsänderung, siehe Tabelle) und beim Unterschreiten von ⅓ VCC der untere Komparator geschaltet. Sowohl an Threshold als auch am Trigger liegt damit LOW an. Der 555 wird eingeschaltet.
Damit ist Q und die Transistor-Basis auf HIGH. Der Transistor unterbricht die Verbindung von Discharge auf GND. Der Kondensator wird über R1 und R2 geladen. Erreicht der Kondensator eine Spannung > ⅓ VCC schaltet zunächst der untere Komparator (ohne eine Änderung) und anschließend bei einer Spannung > ⅔ VCC der obere. Damit ist sowohlThreshold als auch Trigger auf HIGH. Der 555 schaltet den Ausgang aus.
Die Zeitdauer, die der 555 ein- und ausgeschaltet bleibt lässt sich berechnen:
Tein = 0,693 × (R1 + R2) × C
Beispiel: Tein = 0,693 × (1KΩ +
100KΩ) × 10µF = 0,70s
Taus = 0,693 × R2 × C
Beispiel: Taus = 0,693 × 100KΩ ×
10µF = 0,693s