Timer-IC NE555

Timer-IC NE555 Multitalent mit 8 Beinen

Projektlabor SS10 Moritz Dereschkewitz 3. Mai 2010

Betreuer: Ulrich Pötter

Übersicht

• Allgemeiner Überblick

• Interner Aufbau des NE555 – Pin-Out und BSB

– Funktionsweise

– Varianten des NE555

• Anwendungsbeispiele – Monostabile Kippstufe

– Multivibrator/Astabile Kippstufe

Moritz Dereschkewitz Referat NE555

Folie 2

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

Pin-Out


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Interner Aufbau

• der NE555 ist als Standalone-IC funktionslos

• Funktionalität erst durch externe Beschaltung

erfordert Kenntnis des internen Aufbaus


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Interner Aufbau

Spannungsteiler drei gleichwertige

Widerstände

𝑈 =1

3𝑉𝑐𝑐

Eingangsseite Ausgangsseite

𝑈 =2

3𝑉𝑐𝑐


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Interner Aufbau

RS-Flipflop

Set-Eingang

Reset-Eingang


Im Hinterkopf behalten: Nur der negierte Ausgang (¬Q) des FF wird benutzt!


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Interner Aufbau

Komparatoren

Reset-Eingang Setzt den Flipflop zurück,

wenn 𝑈6 >2

3𝑉𝑐𝑐

Set-Eingang Setzt den Flipflop,

Wenn 𝑈2 <1

3𝑉𝐶𝐶



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Exkurs: Komparator

• vergleicht zwei Eingangsspannungen

• Zwei Eingänge:

– nichtinvertierend (V+)

– invertierend (V-)

• schaltet Betriebsspannung durch, wenn V+ größer als V- ist

• schaltet Ausgang auf negative Betriebsspannung, wenn V- größer als V+

V- > V+

V+ > V- Vs+

VS-


Folie 9

Interner Aufbau

Invertierender OPV



Folie 10

Interner Aufbau


VCC = 6 V

GND

4 V

2 V

U6 > 4 V U6 < 4 V

H

L

0 -/-


Folie 11

U2 > 2 V U2 < 2 V

L

H

-/- 1

0 1 1

0

Schaltet Discharge auf Masse

Kollektor offen; Discharge „hängt in der Luft“

Interner Aufbau

Reset Liegt Reset nahe am

Massenpotential, wird der Flipflop

zurückgesetzt



Folie 12

Discharge Liegt der Ausgang auf

LO-Level, kann über Discharge ein Konden- sator entladen werden

Control Über Control kann man die

Referenzspannung von Komparator 1

variieren

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

Anwendungsbeispiele

• monostabiles System:

– 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

Monostabile Kippstufe


Folie 14


Folie 15

Anwendungsbeispiele Monostabile Kippstufe

U1

NE555

GND

TRIG

OUT

RST CV

THRS

DIS

Vcc

V1

6

C1

1nF

C2

2250µF

R1

68000

V2

PULSE(6 0 80 0 0 2 480)

555out555out

Trigger Kondensator

.tran 0 800 0 1


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Anwendungsbeispiele Monostabile Kippstufe

0s 80s 160s 240s 320s 400s 480s 560s 640s 720s 800s

0.0V

0.6V

1.2V

1.8V

2.4V

3.0V

3.6V

4.2V

4.8V

5.4V

6.0VV(555out) V(kondensator) V(trigger)

Anwendungsbeispiele

• kein Frauenspielzeug :-P

• Multivibrator ist ein astabiles System:

– System mit mehreren Zuständen

– wechselt zwischen diesen selbstständig oder von außen gesteuert

• Beispiel: Funktionsgenerator (Rechtecksignal)

Multivibrator


Folie 17


Folie 18

Anwendungsbeispiele Multivibrator

U1

NE555

GND

TRIG

OUT

RST CV

THRS

DIS

Vcc

V1

6

C1

10nF

C2

100nF

R1

1k

R2

10k

555out

.tran 0 0.01 0 1


Folie 19

Anwendungsbeispiele Multivibrator

Ausgang = VCC, wenn UTrigger < 𝟏

𝟑 VCC

Ausgang = 0 V, wenn UThreshold > 𝟐

𝟑 VCC

Zusammengefasst:

Quellen (1) Wikipedia: NE555 timer IC

(http://en.wikipedia.org/wiki/NE555, Abruf: 01.05.2010)

(2) Wikipedia: NE555 (http://de.wikipedia.org/wiki/NE555, Abruf: 29.04.2010)

(3) National Semiconductor: Datenblatt LM155 Timer (http://www.national.com/ds/LM/LM555.pdf, Juli 2006, Abruf: 24.04.2010)

(4) Elektrotechnik Online: Der Aufbau eines NE 555 Bausteins (http://et-tutorials.de/763/astabiler-multivibrator-mit-dem-timer-baustein-ne-555, Abruf: 25.04.2010)

(5) das ELKO: Timer NE555 und NE556 (http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0206115.htm, Abruf: 01.05.2010)


Folie 20

Bildnachweis


Folie 21

a. timer555.de Folie 1: IC NE555 (http://www.timer555.de, Abruf: 27.04.2010)

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

Fragen?


Folie 22

Dankeschön fürs Zuhören!

Tous cela un peu plus en détail.

Der NE555 und seine Anwendung bei der Pulsweitenmodulation (PWM)


Folie 23

Et maintenant:

Signal-Modulation via Control

• Über CTRL-Eingang THRS-Referenzpotential von extern vorgeben

• 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

BSB


Folie 24

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


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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


Folie 27

Alle Klarheiten endgültig beseitigt?

Jetzt ist aber Schluss.

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