Timer-IC NE555 - Projektlabor
Timer-IC NE555 - Projektlabor
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<strong>Timer</strong>-<strong>IC</strong> <strong>NE555</strong><br />
Multitalent mit 8 Beinen<br />
<strong>Projektlabor</strong> SS10 Moritz Dereschkewitz 3. Mai 2010<br />
Betreuer: Ulrich Pötter
Übersicht<br />
• Allgemeiner Überblick<br />
• Interner Aufbau des <strong>NE555</strong><br />
– Pin-Out und BSB<br />
– Funktionsweise<br />
– Varianten des <strong>NE555</strong><br />
• Anwendungsbeispiele<br />
– Monostabile Kippstufe<br />
– Multivibrator/Astabile Kippstufe<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 2<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Übersicht<br />
• erstmals 1971 von Signetics (Philips) vertrieben worden<br />
• einer der erfolgreichsten <strong>IC</strong>s, die je gebaut wurden<br />
• jährlicher Absatz von rd. 1 Mrd. Stück (2003) [1]<br />
• Einsatzgebiete reichen vom Spielzeug bis zur Raumfahrt<br />
• beliebt wegen „ease of use, low price, good stability“ [1]<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 3<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Pin-Out<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 4<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Interner Aufbau<br />
• der <strong>NE555</strong> ist als Standalone-<strong>IC</strong> funktionslos<br />
• Funktionalität erst durch externe Beschaltung<br />
erfordert Kenntnis des internen Aufbaus<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 5<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Interner Aufbau<br />
Spannungsteiler<br />
drei gleichwertige<br />
Widerstände<br />
U = 2 3 V cc<br />
U = 1 3 V cc<br />
Eingangsseite<br />
Ausgangsseite<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 6<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Interner Aufbau<br />
RS-Flipflop<br />
Set-Eingang<br />
Im Hinterkopf behalten:<br />
Nur der negierte Ausgang<br />
(¬Q) des FF wird benutzt!<br />
Reset-Eingang<br />
Eingangsseite<br />
Ausgangsseite<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 7<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Interner Aufbau<br />
Komparatoren<br />
Reset-Eingang<br />
Setzt den Flipflop zurück,<br />
wenn U 6 > 2 3 V cc<br />
Set-Eingang<br />
Setzt den Flipflop,<br />
Wenn U 2 < 1 3 V CC<br />
Eingangsseite<br />
Ausgangsseite<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 8<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Exkurs: Komparator<br />
• vergleicht zwei Eingangsspannungen<br />
• Zwei Eingänge:<br />
V + > V -<br />
V s+<br />
V<br />
– nichtinvertierend (V + )<br />
- > V +<br />
– invertierend (V - )<br />
• schaltet Betriebsspannung durch, wenn V + größer als V - ist<br />
• schaltet Ausgang auf negative Betriebsspannung, wenn V -<br />
größer als V +<br />
V S-<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 9<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Interner Aufbau<br />
Invertierender OPV<br />
Eingangsseite<br />
Ausgangsseite<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 10<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Interner Aufbau<br />
V CC = 6 V<br />
4 V<br />
U 6 > 4 V<br />
U 6 < 4 V<br />
U 2 > 2 V<br />
U 2 < 2 V<br />
2 V<br />
H<br />
L<br />
L<br />
H<br />
0<br />
-/-<br />
-/-<br />
1<br />
1<br />
0<br />
0<br />
1<br />
Schaltet Discharge auf<br />
Masse<br />
Kollektor offen; Discharge<br />
„hängt in der Luft“<br />
GND<br />
Eingangsseite<br />
Ausgangsseite<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 11<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Interner Aufbau<br />
Control<br />
Über Control kann man die<br />
Referenzspannung von<br />
Komparator 1<br />
variieren<br />
Reset<br />
Liegt Reset nahe am<br />
Massenpotential,<br />
wird der Flipflop<br />
zurückgesetzt<br />
Discharge<br />
Liegt der Ausgang auf<br />
LO-Level, kann über<br />
Discharge ein Kondensator<br />
entladen werden<br />
Eingangsseite<br />
Ausgangsseite<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 12<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Varianten des <strong>NE555</strong><br />
• <strong>NE555</strong>/LM555/… – TTL-Version<br />
– Versorgungsspannung 5…15 V<br />
– Ausgangsstrom typ. 200 mA<br />
– Spannungsspitzen beim Schalten<br />
– Mehrfach-<strong>Timer</strong>, bspw. NE556 (Dual-<strong>Timer</strong>), NE558 (Quad-<strong>Timer</strong>)<br />
• TLC555/LMC555/… – CMOS Version<br />
– Versorgungsspannungen 2…15 V (einige <strong>IC</strong>s sogar ab 0.9 V)<br />
– Ausgangsstrom typ. 10 mA (!)<br />
– keine Spannungspitzen<br />
– Mehrfach-<strong>Timer</strong>…<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 13<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Anwendungsbeispiele<br />
• monostabiles System:<br />
Monostabile Kippstufe<br />
– System mit mehreren Zuständen, aber nur einer ist<br />
dauerhaft stabil<br />
– astabiler Zustand wird extern getriggert<br />
– nimmt stabilen Zustand selbstständig nach bestimmter<br />
Zeit wieder ein<br />
• Beispiel: Treppenlicht-Schaltung<br />
– Druck auf den Lichtschalter, lässt das Licht für einen<br />
bestimmten Zeitraum brennen<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 14<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Anwendungsbeispiele<br />
Monostabile Kippstufe<br />
555out<br />
555out<br />
GND<br />
TRIG<br />
U1<br />
Vcc<br />
DIS<br />
R1<br />
68000<br />
V1<br />
Trigger<br />
V2<br />
OUT<br />
RST<br />
THRS<br />
<strong>NE555</strong><br />
CV<br />
Kondensator<br />
C1<br />
C2<br />
6<br />
PULSE(6 0 80 0 0 2 480)<br />
1nF<br />
2250µF<br />
.tran 0 800 0 1<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 15<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Anwendungsbeispiele<br />
Monostabile Kippstufe<br />
6.0V<br />
V(555out) V(kondensator) V(trigger)<br />
5.4V<br />
4.8V<br />
4.2V<br />
3.6V<br />
3.0V<br />
2.4V<br />
1.8V<br />
1.2V<br />
0.6V<br />
0.0V<br />
0s 80s 160s 240s 320s 400s 480s 560s 640s 720s 800s<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 16<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Anwendungsbeispiele<br />
• kein Frauenspielzeug :-P<br />
Multivibrator<br />
• Multivibrator ist ein astabiles System:<br />
– System mit mehreren Zuständen<br />
– wechselt zwischen diesen selbstständig oder von außen<br />
gesteuert<br />
• Beispiel: Funktionsgenerator (Rechtecksignal)<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 17<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Anwendungsbeispiele<br />
Multivibrator<br />
555out<br />
V1<br />
R1<br />
1k<br />
R2<br />
GND<br />
TRIG<br />
U1<br />
Vcc<br />
DIS<br />
6<br />
10k<br />
C2<br />
OUT<br />
RST<br />
<strong>NE555</strong><br />
THRS<br />
CV<br />
100nF<br />
C1<br />
10nF<br />
.tran 0 0.01 0 1<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 18<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Anwendungsbeispiele<br />
Multivibrator<br />
Zusammengefasst:<br />
Ausgang = V CC , wenn U Trigger < 1 3 V CC<br />
Ausgang = 0 V, wenn U Threshold > 2 3 V CC<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 19<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Quellen<br />
(1) Wikipedia: <strong>NE555</strong> timer <strong>IC</strong><br />
(http://en.wikipedia.org/wiki/<strong>NE555</strong>, Abruf: 01.05.2010)<br />
(2) Wikipedia: <strong>NE555</strong><br />
(http://de.wikipedia.org/wiki/<strong>NE555</strong>, Abruf: 29.04.2010)<br />
(3) National Semiconductor: Datenblatt LM155 <strong>Timer</strong><br />
(http://www.national.com/ds/LM/LM555.pdf, Juli 2006, Abruf: 24.04.2010)<br />
(4) Elektrotechnik Online: Der Aufbau eines NE 555 Bausteins<br />
(http://et-tutorials.de/763/astabiler-multivibrator-mit-dem-timer-baustein-ne-555,<br />
Abruf: 25.04.2010)<br />
(5) das ELKO: <strong>Timer</strong> <strong>NE555</strong> und NE556<br />
(http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0206115.htm, Abruf: 01.05.2010)<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 20<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Bildnachweis<br />
a. timer555.de<br />
Folie 1: <strong>IC</strong> <strong>NE555</strong> (http://www.timer555.de, Abruf: 27.04.2010)<br />
b. National Semiconductor: Datenblatt LM155 <strong>Timer</strong> [3]<br />
Folie 4: Connection Diagram LM555<br />
c. das ELKO: <strong>Timer</strong> <strong>NE555</strong> und NE556 [5]<br />
Folien 6-12: Innenschaltung des <strong>NE555</strong><br />
d. Wikipedia: <strong>NE555</strong> [2]<br />
Folie 9: Schaltungssymbol Komparator<br />
e. Schaltbilder und Simulation mit LTSpice IV<br />
Folie 16f.: Monoflop<br />
Folie 19f.: Astabile Kippstufe<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 21<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Dankeschön fürs Zuhören!<br />
Fragen?<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 22<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Et maintenant:<br />
Tous cela un peu plus en détail.<br />
Der <strong>NE555</strong> und seine Anwendung bei der<br />
Pulsweitenmodulation (PWM)<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 23<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Signal-Modulation via Control<br />
• Über CTRL-Eingang THRS-Referenzpotential von extern<br />
vorgeben<br />
BSB<br />
• Konsequenz: Schwellen- und Triggerspannung herauf oder<br />
herabsetzen<br />
Was bringt mir das?<br />
• Zeitpunkt für das An- und Ausschalten kann von außen<br />
beeinflusst werden<br />
• Variation des Tastverhältnisses eines quasi PW-modulierten<br />
Signals<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 24<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Sinusmoduliertes Ausgangssignal<br />
• Der feste Spannungsteiler legt auch die Trigger-Referenzspannung fest<br />
• Kondensatorspannung „pendelt“ zwischen CTRL und Trigger-Referenzspannung<br />
• größere Potentialdifferenz ⇨ längerer Aufladevorgang<br />
• längeres Aufladen ⇨ längere Pulsweite<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 25<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Rampenmoduliertes Ausgangssignal<br />
• Spannungsrampe an CTRL legt das Tastverhältnis des Rechtecksignals fest<br />
(Cave: keine „richtige“ PWM, da die Grundfrequenz nicht konstant bleibt!<br />
Die richtige PWM wird mit einem Komparator aufgebaut, der ein Eingangssignal<br />
mit einem Dreieckssignal vergleicht)<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 26<br />
Referat <strong>NE555</strong>
Jetzt ist aber Schluss.<br />
Alle Klarheiten endgültig<br />
beseitigt?<br />
Moritz Dereschkewitz<br />
Folie 27<br />
Referat <strong>NE555</strong>
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