Der 555 als Taktgeber und Zeitschalter
Der 555 ist einer der bekanntesten integrierten Schaltkreise überhaupt. Mit zwei Widerständen und einem Kondensator erzeugt er ein Rechtecksignal, das LEDs blinken lässt, Summer ansteuert oder als Takt für Zähler dient. Als Monoflop erzeugt er nach einem Auslöseimpuls einen einzelnen Puls mit fester Länge, etwa für Treppenhausschaltungen oder zum Entprellen von Tastern.
Im astabilen Betrieb lädt der Kondensator über R1 und R2 zwischen einem Drittel und zwei Dritteln der Versorgungsspannung auf und entlädt sich dann nur über R2. Daraus ergeben sich unterschiedliche Zeiten für den High- und den Low-Abschnitt. Weil die Ladung immer über beide Widerstände läuft, ist die High-Zeit stets länger, der Tastgrad also größer als 50 Prozent.
Im monostabilen Betrieb lädt der Kondensator nach dem Trigger über einen einzigen Widerstand von null bis zwei Drittel der Versorgung. Die Impulsdauer beträgt dann etwa 1,1 mal R mal C. Die Versorgungsspannung selbst kürzt sich in beiden Fällen heraus, weshalb der 555 auch bei schwankender Batterie recht stabil arbeitet.
Astabil: t_high = ln 2 × (R1 + R2) × C; t_low = ln 2 × R2 × C; f = 1 ÷ (t_high + t_low); Tastgrad = t_high ÷ (t_high + t_low). Monostabil: t = ln 3 × R1 × C ≈ 1,1 × R1 × C
Tipps für eine zuverlässige Schaltung
R1 sollte nicht zu klein gewählt werden, weil beim Entladen der interne Transistor an Pin 7 den Strom über R1 direkt gegen Masse führt. Ein Kilohm ist bei 5 bis 15 Volt ein üblicher Mindestwert. Sehr große Widerstände im Megaohm-Bereich machen die Schaltung empfindlich gegen Leckströme des Kondensators, vor allem bei Elektrolytkondensatoren.
Für einen Tastgrad unter 50 Prozent legen Sie eine Diode parallel zu R2, mit der Anode an Pin 7. Dann lädt der Kondensator nur über R1 und entlädt über R2, und beide Zeiten lassen sich unabhängig einstellen. Die Formel des Rechners gilt für diese Variante nicht mehr exakt, weil zusätzlich die Flussspannung der Diode eingeht.
Die tatsächliche Frequenz weicht wegen der Bauteiltoleranzen oft deutlich vom Rechenwert ab. Elektrolytkondensatoren haben Toleranzen von minus 20 bis plus 50 Prozent. Wer eine genaue Frequenz braucht, ersetzt R2 durch einen Festwiderstand mit Trimmpotentiometer oder verwendet Folienkondensatoren. Die CMOS-Varianten wie der 7555 oder TLC555 arbeiten mit kleinerem Strom und höheren Frequenzen.
Ein 100-Nanofarad-Kondensator von Pin 5 nach Masse stabilisiert die interne Referenz, ein weiterer direkt an der Versorgung fängt die Stromspitzen beim Umschalten ab. Ohne diese Abblockung kann die Schaltung unsauber schwingen oder andere Bauteile stören.
Tipps und typische Fehler
Timer stabil bauen.
- R1: Mindestens 1 kΩ.
- Diode: Für Tastgrad unter 50 %.
- Pin 5: Abblocken.
- Elko: Toleranz beachten.
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Häufige Fragen
Wie berechne ich die Frequenz eines 555?
f = 1 ÷ (0,693 · (R1 + 2 · R2) · C), R in Ohm und C in Farad.
Warum ist der Tastgrad immer über 50 Prozent?
Weil der Kondensator über R1 und R2 lädt, aber nur über R2 entlädt.
Wie lang ist der Impuls im Monoflop-Betrieb?
Etwa 1,1 mal R mal C.
Wofür ist Pin 5 beim 555?
Für die Steuerspannung; meist mit 10 bis 100 nF nach Masse abgeblockt.
Welche Frequenz schafft ein 555?
Der bipolare NE555 bis einige 100 kHz, CMOS-Varianten deutlich mehr.
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