Guinguette Marais Poitevin

555 Timer Tutorial

By Philip Kane

555 Timer Tutorial Bundle enthält:

555 Signale und Pinout (8-poliger DIP)

Abbildung 1 zeigt die Eingangs- und Ausgangssignale des 555-Timers, wie sie in einem 8-poligen Standard-Dual-Inline-Package (DIP) angeordnet sind.

Pin 4 – Reset (RES)
Eine niedrige Spannung (weniger als 0.7V), die an den Reset-Pin angelegt wird, führt dazu, dass der Ausgang (Pin 3) auf Low geht. Dieser Eingang sollte mit Vcc verbunden bleiben, wenn er nicht benutzt wird.
Pin 5 – Steuerspannung (CON)
Über den Steuereingang (der intern auf 2/3 der Versorgungsspannung eingestellt ist) können Sie die Schwellenspannung (Pin 6) steuern. Sie können ihn von 45% bis 90% der Versorgungsspannung variieren. Damit können Sie die Länge des Ausgangsimpulses im monostabilen Modus oder die Ausgangsfrequenz im astabilen Modus variieren. Es wird empfohlen, diesen Eingang bei Nichtgebrauch über einen 0,01uF-Kondensator mit der Schaltungsmasse zu verbinden.

Pin 6 – Threshold (TRE)
Sowohl im astabilen als auch im monostabilen Modus wird die Spannung am Timing-Kondensator über den Threshold-Eingang überwacht. Wenn die Spannung an diesem Eingang über den Schwellenwert steigt, geht der Ausgang von High auf Low.
Pin 7 – Discharge (DIS)
Wenn die Spannung über dem Timing-Kondensator den Schwellenwert überschreitet. Der Timing-Kondensator wird über diesen Eingang entladen.
Pin 8 – Versorgungsspannung (VCC)
Dies ist der positive Versorgungsspannungsanschluss. Der Versorgungsspannungsbereich liegt üblicherweise zwischen+5V und +15V. Das RC-Taktintervall variiert im astabilen oder monostabilen Modus nicht sehr stark über den Versorgungsspannungsbereich (ca. 0,1%).

Monostabile Schaltung

Abbildung 2 zeigt die grundlegende 555 Timer monostabile Schaltung.

Abbildung 2: Grundlegende 555 monostabile Multivibratorschaltung.
Bezogen auf das Timing-Diagramm in Abbildung 3 bewirkt ein an den Triggereingang (Pin 2) angelegter Niederspannungsimpuls, dass die Ausgangsspannung an Pin 3 von Low auf High geht. Die Werte von R1 und C1 bestimmen, wie lange der Ausgang high bleibt.

Abbildung 3: Timing-Diagramm für 555 im monostabilen Modus.
Während des Zeitintervalls hat der Zustand des Triggereingangs keinen Einfluss auf den Ausgang. Wenn der Triggereingang am Ende des Zeitintervalls jedoch immer noch low ist, bleibt der Ausgang high, wie in Abbildung 3 dargestellt. Stellen Sie sicher, dass der Triggerimpuls kürzer als das gewünschte Zeitintervall ist. Die Schaltung in Abbildung 4 zeigt eine Möglichkeit, dies elektronisch zu erreichen. Sie erzeugt einen kurzzeitigen Low-Go-Impuls, wenn S1 geschlossen wird. R1 und C1 sind so gewählt, dass sie einen Triggerimpuls erzeugen, der viel kürzer ist als das Zeitintervall.

Abbildung 4: Schaltung zur Flankentriggerung.
Wie in Abbildung 5 zu sehen ist, stoppt das Setzen von Pin 4 (Reset) auf Low vor dem Ende des Zeitintervalls den Timer.

Abbildung 5: Zurücksetzen des Timers vor dem Ende des Zeitintervalls.
Reset muss auf High zurückkehren, bevor ein weiteres Zeitintervall ausgelöst werden kann.
Berechnen des Zeitintervalls
Benutzen Sie die folgende Formel, um das Zeitintervall für eine monostabile Schaltung zu berechnen:
T = 1,1 * R1 * C1
Wobei R1 der Widerstand in Ohm, C1 die Kapazität in Farad und T das Zeitintervall ist. Wenn Sie z.B. einen 1M-Ohm-Widerstand mit einem 1-Mikro-Farad-Kondensator (.000001 F) verwenden, beträgt das Zeitintervall 1 Sekunde:
T = 1,1 * 1000000 * 0,000001 = 1,1
Auswahl der RC-Komponenten für den monostabilen Betrieb

1.Wählen Sie zunächst einen Wert für C1.
(Der verfügbare Bereich der Kondensatorwerte ist im Vergleich zu den Widerstandswerten klein. Es ist einfacher, einen passenden Widerstandswert für einen gegebenen Kondensator zu finden.)
2.Berechnen Sie als nächstes den Wert für R1, der in Kombination mit C1 das gewünschte Zeitintervall ergibt.

R1 = T
1.1 * C1

Verwenden Sie keine Elektrolytkondensatoren. Ihr tatsächlicher Kapazitätswert kann erheblich von ihrem Nennwert abweichen. Außerdem verlieren sie Ladung, was zu ungenauen Timing-Werten führen kann. Verwenden Sie stattdessen einen Kondensator mit niedrigerem Wert und einen Widerstand mit höherem Wert.
Für Standard-555-Timer verwenden Sie Timing-Widerstandswerte zwischen 1K Ohm und 1M Ohm.
Beispiel für eine monostabile Schaltung
Abbildung 6 zeigt eine komplette 555-Monostabil-Multivibratorschaltung mit einfacher Flankentriggerung. Das Schließen des Schalters S1 startet das 5-Sekunden-Zeitintervall und schaltet LED1 ein. Am Ende des Zeitintervalls schaltet LED1 aus. Im Normalbetrieb verbindet der Schalter S2 den Pin 4 mit der Versorgungsspannung. Um den Timer vor dem Ende des Zeitintervalls zu stoppen, stellen Sie S2 in die Position „Reset“, wodurch Pin 4 mit Masse verbunden wird. Bevor Sie ein weiteres Zeitintervall starten, müssen Sie S2 wieder in die Position „Timer“ bringen.

Abbildung 6: Kompletter 555-Timer-Schaltkreis Reset-Schalter.
Astabiler Schaltkreis
Abbildung 7 zeigt den grundlegenden 555 astabilen Schaltkreis.

Abbildung 7: Grundlegender 555 astabiler Multivibrator Schaltkreis.
Im astabilen Modus lädt sich der Kondensator C1 über die Widerstände R1 und R2 auf. Während der Kondensator geladen wird, ist der Ausgang hoch. Wenn die Spannung an C1 2/3 der Versorgungsspannung erreicht, entlädt sich C1 über den Widerstand R2 und der Ausgang geht auf Low. Wenn die Spannung über C1 unter 1/3 der Versorgungsspannung fällt, lädt C1 wieder auf, der Ausgang geht wieder auf high und der Zyklus wiederholt sich.
Das Timing-Diagramm in Abbildung 8 zeigt den 555-Timer-Ausgang im Astable-Modus.

Abbildung 8: 555-Timer im Astable-Modus.
Wie in Abbildung 8 gezeigt, stoppt das Erden des Reset-Pins (4) den Oszillator und setzt den Ausgang auf low. Wenn Sie den Reset-Pin wieder auf High setzen, wird der Oszillator wieder gestartet.
Berechnung von Periode, Frequenz und TastverhältnisAbbildung 9 zeigt einen vollständigen Zyklus einer Rechteckwelle, die von einer astabilen 555-Schaltung erzeugt wird.

Abbildung 9: Astabile Rechteckwelle ein vollständiger Zyklus.

Die Periode (Zeit, um einen Zyklus zu vervollständigen) der Rechteckwelle ist die Summe der Ausgangs-High- (Th) und Low- (Tl) Zeiten. Das heißt:
T = Th + Tl
wobei T die Periode in Sekunden ist.
Sie können die Ausgangshoch- und -tiefzeiten (in Sekunden) mit den folgenden Formeln berechnen:
Th = 0,7 * (R1 + R2) * C1
Tl = 0,7 * R2 * C1
oder Sie können die Periode direkt mit der folgenden Formel berechnen.
T = 0,7 * (R1 + 2*R2) * C1
Um die Frequenz zu ermitteln, nehmen Sie einfach den Kehrwert der Periode oder verwenden Sie die folgende Formel:

f = 1
T = 1.44
(R1 + 2*R2) * C1

Wobei f in Zyklen pro Sekunde oder Hertz (Hz) angegeben ist.
Zum Beispiel: In der astabilen Schaltung in Abbildung 7, wenn R1 68K Ohm, R2 680K Ohm und C1 1 Mikrofarad ist, beträgt die Frequenz ungefähr 1 Hz:

= 1.44
(68000 + 2 * 680000) * 0,000001 = 1,00 Hz

Das Tastverhältnis ist der Prozentsatz der Zeit, in der der Ausgang während eines vollständigen Zyklus hoch ist. Wenn der Ausgang z. B. für Th Sekunden hoch und für Tl Sekunden niedrig ist, dann ist das Tastverhältnis (D):

D = Th
Th + Tl * 100

Allerdings müssen Sie eigentlich nur die Werte von R1 und R2 kennen, um das Tastverhältnis zu berechnen.

D = R1 + R2
R1 + 2*R2 * 100

C1 lädt durch R1 und R2, entlädt sich aber nur durch R2, so dass das Tastverhältnis größer als 50 Prozent ist. Sie können jedoch ein Tastverhältnis erhalten, das sehr nahe an 50 % liegt, indem Sie eine Widerstandskombination für die gewünschte Frequenz so wählen, dass R1 viel kleiner als R2 ist.
Wenn zum Beispiel R1 68.0000 Ohm und R2 680.000 Ohm beträgt, liegt das Tastverhältnis bei etwa 52 Prozent:

D = 68000 + 680000
68000 + 2 * 680000 * 100 = 52,38%

Je kleiner R1 im Vergleich zu R2 ist, desto näher liegt das Tastverhältnis bei 50 Prozent.
Um ein Tastverhältnis zu erhalten, das kleiner als 50% ist, schalten Sie eine Diode parallel zu R2.
Auswahl der RC-Komponenten für den Astable-Betrieb
1.Wählen Sie zuerst C1.
2.Berechnen Sie den Gesamtwert der Widerstandskombination (R1 + 2*R2), die die gewünschte Frequenz erzeugt.

(R1 + 2*R2) = 1,44
f*C1

3.Wählen Sie einen Wert für R1 oder R2 und berechnen Sie den anderen Wert.Beispiel: Sagen wir, (R1 + 2*R2) = 50K und Sie wählen einen 10K-Widerstand für R1. Dann muss R2 ein 20K-Ohm-Widerstand sein.
Für ein Tastverhältnis nahe 50 % wählen Sie einen Wert für R2, der deutlich größer ist als R1. Wenn R2 im Verhältnis zu R1 groß ist, können Sie R1 bei Ihren Berechnungen zunächst ignorieren. Nehmen Sie zum Beispiel an, dass der Wert von R2 das 10-fache von R1 beträgt. Verwenden Sie diese modifizierte Version der obigen Formel, um den Wert von R2 zu berechnen:

R2 = 0,7
f*C1

Dann teilen Sie das Ergebnis durch 10 oder mehr, um den Wert für R1 zu finden.
Für Standard-555-Timer verwenden Sie Timing-Widerstandswerte zwischen 1K Ohm und 1M Ohm.

Beispiel für eine stabile Schaltung

Abbildung 10 zeigt einen 555-Rechteckoszillator mit einer Frequenz von etwa 2 Hz und einem Tastverhältnis von etwa 50 Prozent. Wenn sich der SPDT-Schalter S1 in der Position „Start“ befindet, wechselt der Ausgang zwischen LED 1 und LED 2. Wenn S1 in der Position „Stop“ ist, bleibt LED 1 an und LED 2 aus.

Abbildung 10: Komplette 555-Rechteck-Oszillatorschaltung mit Start/Stop-Schalter.

Versionen mit geringer Leistung

Der Standard-555er hat einige Eigenschaften, die für batteriebetriebene Schaltungen unerwünscht sind. Er benötigt eine minimale Betriebsspannung von 5V und einen relativ hohen Ruhestrom. Bei Ausgangsübergängen erzeugt er Stromspitzen von bis zu 100 mA. Außerdem wird durch die Anforderungen an die Eingangsvorspannung und den Schwellenstrom der maximale Wert des Timing-Widerstands begrenzt, wodurch das maximale Zeitintervall und die astabile Frequenz eingeschränkt werden.
Low-Power-CMOS-Versionen des 555-Timers, wie der 7555, der TLC555 und der programmierbare CSS555, wurden entwickelt, um eine verbesserte Leistung zu bieten, insbesondere in batteriebetriebenen Anwendungen. Sie sind pinkompatibel zum Standard-Baustein, haben einen größeren Versorgungsspannungsbereich (z.B. 2V bis 16V für den TLC555) und benötigen einen deutlich geringeren Betriebsstrom. Sie sind auch in der Lage, höhere Ausgangsfrequenzen im astabilen Modus (1-2 MHz je nach Baustein) und deutlich längere Zeitintervalle im monostabilen Modus zu erzeugen.
Diese Bausteine haben im Vergleich zum Standard 555 einen geringen Ausgangsstrom. Für Lasten größer als 10 – 50 mA (je nach Baustein) müssen Sie eine Stromverstärkungsschaltung zwischen dem 555-Ausgang und der Last hinzufügen.

Für weitere Informationen

Betrachten Sie dies als eine kurze Einführung in den 555-Timer. Für weitere Informationen sollten Sie das Datenblatt des Herstellers für das von Ihnen verwendete Bauteil studieren. Wie eine schnelle Google-Suche zeigen wird, gibt es im Internet eine Fülle von Informationen und Projekten zu diesem IC. Auf der folgenden Website finden Sie beispielsweise nähere Informationen zu den Standard- und CMOS-Versionen des 555-Timers.Phil Kane arbeitet seit fast zwei Jahrzehnten als technischer Redakteur in der Softwarebranche und verfasst gelegentlich Artikel für Elektronik-Fachzeitschriften. Er hat einen Bachelor-Abschluss in Elektronik-Ingenieurtechnik mit einem Nebenfach in Computerwissenschaften. Phil hat ein lebenslanges Interesse an Wissenschaft, Elektronik und Weltraumforschung. Er liebt es, elektronische Spielereien zu entwerfen und zu bauen, und würde sehr gerne zumindest eine dieser Spielereien eines Tages auf dem Weg zum Mond oder Mars sehen.