Timer-IC NE555 Multitalent mit 8 Beinen. Projektlabor SS10 Moritz Dereschkewitz 3. Mai 2010 Betreuer: Ulrich Pötter

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Paul Esser
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1 Timer-IC NE555 Multitalent mit 8 Beinen Projektlabor SS10 3. Mai 2010 Betreuer: Ulrich Pötter

2 Übersicht Allgemeiner Überblick Interner Aufbau des NE555 Pin-Out und BSB Funktionsweise Varianten des NE555 Anwendungsbeispiele Monostabile Kippstufe Multivibrator/Astabile Kippstufe Folie 2

3 Übersicht erstmals 1971 von Signetics (Philips) vertrieben worden einer der erfolgreichsten ICs, die je gebaut wurden jährlicher Absatz von rd. 1 Mrd. Stück (2003) [1] Einsatzgebiete reichen vom Spielzeug bis zur Raumfahrt beliebt wegen ease of use, low price, good stability [1] Folie 3

4 Pin-Out Folie 4

5 Interner Aufbau der NE555 ist als Standalone-IC funktionslos Funktionalität erst durch externe Beschaltung erfordert Kenntnis des internen Aufbaus Folie 5

6 Interner Aufbau Spannungsteiler drei gleichwertige Widerstände U = 2 3 V cc U = 1 3 V cc Eingangsseite Ausgangsseite Folie 6

7 Interner Aufbau RS-Flipflop Set-Eingang Im Hinterkopf behalten: Nur der negierte Ausgang ( Q) des FF wird benutzt! Reset-Eingang Eingangsseite Ausgangsseite Folie 7

8 Interner Aufbau Komparatoren Reset-Eingang Setzt den Flipflop zurück, wenn U 6 > 2 3 V cc Set-Eingang Setzt den Flipflop, Wenn U 2 < 1 3 V CC Eingangsseite Ausgangsseite Folie 8

9 Exkurs: Komparator vergleicht zwei Eingangsspannungen Zwei Eingänge: V + > V - V s+ nichtinvertierend (V + ) invertierend (V - ) V - > V + V S- schaltet Betriebsspannung durch, wenn V + größer als V - ist schaltet Ausgang auf negative Betriebsspannung, wenn V - größer als V + Folie 9

10 Interner Aufbau Invertierender OPV Eingangsseite Ausgangsseite Folie 10

Interner Aufbau V CC = 6 V 4 V U 6 > 4 V U 6 < 4 V U 2 > 2 V U 2 < 2 V 2 V H L L H 0 -/- -/- 1 1 0 0 1

11 Interner Aufbau V CC = 6 V 4 V U 6 > 4 V U 6 < 4 V U 2 > 2 V U 2 < 2 V 2 V H L L H 0 -/- -/ Schaltet Discharge auf Masse Kollektor offen; Discharge hängt in der Luft GND Eingangsseite Ausgangsseite Folie 11

12 Interner Aufbau Control Über Control kann man die Referenzspannung von Komparator 1 variieren Reset Liegt Reset nahe am Massenpotential, wird der Flipflop zurückgesetzt Discharge Liegt der Ausgang auf LO-Level, kann über Discharge ein Kondensator entladen werden Eingangsseite Ausgangsseite Folie 12

13 Varianten des NE555 NE555/LM555/ TTL-Version Versorgungsspannung 5 15 V Ausgangsstrom typ. 200 ma Spannungsspitzen beim Schalten Mehrfach-Timer, bspw. NE556 (Dual-Timer), NE558 (Quad-Timer) TLC555/LMC555/ CMOS Version Versorgungsspannungen 2 15 V (einige ICs sogar ab 0.9 V) Ausgangsstrom typ. 10 ma (!) keine Spannungspitzen Mehrfach-Timer Folie 13

14 Anwendungsbeispiele monostabiles System: Monostabile Kippstufe System mit mehreren Zuständen, aber nur einer ist dauerhaft stabil astabiler Zustand wird extern getriggert nimmt stabilen Zustand selbstständig nach bestimmter Zeit wieder ein Beispiel: Treppenlicht-Schaltung Druck auf den Lichtschalter, lässt das Licht für einen bestimmten Zeitraum brennen Folie 14

15 Anwendungsbeispiele Monostabile Kippstufe 555out 555out GND TRIG U1 Vcc DIS R V1 Trigger V2 OUT RST THRS NE555 CV Kondensator C1 C2 6 PULSE( ) 1nF 2250µF.tran Folie 15

16 Anwendungsbeispiele Monostabile Kippstufe 6.0V V(555out) V(kondensator) V(trigger) 5.4V 4.8V 4.2V 3.6V 3.0V 2.4V 1.8V 1.2V 0.6V 0.0V 0s 80s 160s 240s 320s 400s 480s 560s 640s 720s 800s Folie 16

17 Anwendungsbeispiele kein Frauenspielzeug :-P Multivibrator Multivibrator ist ein astabiles System: System mit mehreren Zuständen wechselt zwischen diesen selbstständig oder von außen gesteuert Beispiel: Funktionsgenerator (Rechtecksignal) Folie 17

18 Anwendungsbeispiele Multivibrator 555out V1 R1 1k R2 GND TRIG U1 Vcc DIS 6 10k C2 OUT RST NE555 THRS CV 100nF C1 10nF.tran Folie 18

19 Anwendungsbeispiele Multivibrator Zusammengefasst: Ausgang = V CC, wenn U Trigger < 1 3 V CC Ausgang = 0 V, wenn U Threshold > 2 3 V CC Folie 19

20 Quellen (1) Wikipedia: NE555 timer IC ( Abruf: ) (2) Wikipedia: NE555 ( Abruf: ) (3) National Semiconductor: Datenblatt LM155 Timer ( Juli 2006, Abruf: ) (4) Elektrotechnik Online: Der Aufbau eines NE 555 Bausteins ( Abruf: ) (5) das ELKO: Timer NE555 und NE556 ( Abruf: ) Folie 20

21 Bildnachweis a. timer555.de Folie 1: IC NE555 ( Abruf: ) b. National Semiconductor: Datenblatt LM155 Timer [3] Folie 4: Connection Diagram LM555 c. das ELKO: Timer NE555 und NE556 [5] Folien 6-12: Innenschaltung des NE555 d. Wikipedia: NE555 [2] Folie 9: Schaltungssymbol Komparator e. Schaltbilder und Simulation mit LTSpice IV Folie 16f.: Monoflop Folie 19f.: Astabile Kippstufe Folie 21

22 Dankeschön fürs Zuhören! Fragen? Folie 22

23 Et maintenant: Tous cela un peu plus en détail. Der NE555 und seine Anwendung bei der Pulsweitenmodulation (PWM) Folie 23

24 Signal-Modulation via Control Über CTRL-Eingang THRS-Referenzpotential von extern vorgeben BSB Konsequenz: Schwellen- und Triggerspannung herauf oder herabsetzen Was bringt mir das? Zeitpunkt für das An- und Ausschalten kann von außen beeinflusst werden Variation des Tastverhältnisses eines quasi PW-modulierten Signals Folie 24

25 Sinusmoduliertes Ausgangssignal Der feste Spannungsteiler legt auch die Trigger-Referenzspannung fest Kondensatorspannung pendelt zwischen CTRL und Trigger-Referenzspannung größere Potentialdifferenz längerer Aufladevorgang längeres Aufladen längere Pulsweite Folie 25

Rampenmoduliertes Ausgangssignal Spannungsrampe an CTRL legt das Tastverhältnis des Rechtecksignals fest (Cave: keine richtige PWM, da die

26 Rampenmoduliertes Ausgangssignal Spannungsrampe an CTRL legt das Tastverhältnis des Rechtecksignals fest (Cave: keine richtige PWM, da die Grundfrequenz nicht konstant bleibt! Die richtige PWM wird mit einem Komparator aufgebaut, der ein Eingangssignal mit einem Dreieckssignal vergleicht) Folie 26

27 Jetzt ist aber Schluss. Alle Klarheiten endgültig beseitigt? Folie 27

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