NE555
In diesem Artikel soll die integrierte Schaltung NE555 (und seine Artgenossen) beschrieben werden und anhand von Grundschaltungen und praktischen Beispielen dieses praktische vielfältige IC näher gebracht werden.
Vorgeschichte
Der NE555 wurde von der Firma Signetics (später Philips Semiconductors bzw. NXP) in den 1970er-Jahren als universeller Timerbaustein entwickelt. Das Design des Chips übernahm der Schweizer Hans R. Camenzind, der zuvor bereits PLLs und VCOs entwickelt hatte.
Dass dieser Timer, ganz wider der ursprünglichen Vermutung, ein Kassenschlager wurde, zeigte sich bereits ein Jahr nach der Markteinführung! Denn bereits nach nur einem Jahr hatten bereits acht andere Hersteller ebenfalls einen NE555 im Programm.
Derivate
Name | Beschreibung |
---|---|
NE555 | ursprüngliches IC von diversen Herstellern |
NE556 | zwei NE555 in einem Gehäuse, ebenfalls von diversen Herstellern |
MC1455 | Nachbau von Motorola bzw. ON Semiconductor |
LM555 | Nachbau von National Semi |
KA555 | Nachbau von Fairchild Semi |
SN72555 | Nachbau von Texas Instruments |
TLC555 | CMOS-Variante von Texas Instruments |
TS555 | CMOS-Variante von ST Microelectronics |
LMC555 | weitere CMOS-Variante von National Semi |
ICM7555 | CMOS-Variante von diversen Herstellern (z. B. Intersil, Philips, Maxim) |
ICM7556 | duale CMOS-Variante von diversen Herstellern |
Technik des NE555
Interner Aufbau
Der NE555 hat fünf Funktionsblöcke, die aus 23 Transistoren, 2 Dioden und 16 Widerständen bestehen. Die Zahlen in Klammern geben die Pinnummer im DIL8/SO8-Gehäuse an. Das Blockschaltbild wurde gegenüber den meisten Darstellungen in den Datenblättern leicht verändert: es gibt hier einen Q- und einen Q (Nicht-Q)-Ausgang, um eine verwirrende Doppelinvertierung zu vermeiden.
- Spannungsteiler R1…R3, der die Eingangsspannung auf 1/3 und 2/3 der Versorgungsspannung teilt
- zwei Komparatoren, deren Schaltschwellen bei 1/3 bzw. 2/3 der Versorgungsspannung liegen
- ein RS-Flipflop mit zusätzlichem Reset, welches durch die beiden Komparatoren gesteuert wird
- ein Gegentakt-Ausgang
- kann beim bipolaren NE555 mit bis zu ±200 mA belastet werden
- die CMOS-Versionen haben eine deutlich schwächere Ausgangsstufe mit +10/−100 mA
- ein Open-Collector-Ausgang (Discharge) mit einem Transistor, der synchron zum Ausgang schaltet
Das RS-Flipflop hat drei Steuereingänge. Für den Fall, daß mehr als einer aktiv ist, gelten folgende Prioritäten:
- AR (Reset, höchste Priorität)
- S (Set)
- R (Reset, niedrigste Priorität)
Signale
Pin | Name | Beschreibung |
---|---|---|
1 | GND | Massepotential des ICs, 0 V |
2 | Trigger | Setzen des Flipflops bei < 1/3 der Versorgungsspannung |
3 | Ausgang | Gegentaktendstufe mit bis zu ±200 mA Ausgangsstrom |
4 | Reset | Rücksetzen des Flipflops bei Low-Pegel |
5 | Control Voltage | Möglichkeit, die Schaltschwellen zu verändern |
6 | Threshold | Rücksetzen des Flipflops bei > 2/3 der Versorgungsspannung |
7 | Discharge | Open-Collector-Ausgang, synchron zum (Gegentakt-)Ausgang |
8 | VCC | Positive Versorgungsspannung (4,5…16 V bei bipolarem NE555) |
Beispielschaltungen
Kippstufen
Monostabile Kippstufe
Elektronik-Kompendium: NE555 als monostabile Kippstufe / Retriggerbares Monoflop
Astabile Kippstufe
Mit dem NE555 lässt sich auch ein Rechteckgenerator mit einstellbarem Puls-Pausen-Verhältnis (→ PWM) bauen. Dazu einfach den Impulsdauer-bestimmenden Widerstand durch ein Poti ersetzen:
Elektronik-Kompendium: NE555 als astabile Kippstufe / astabiler Multivibrator, mit Berechnungsbeispielen
Signalgeneratoren
Rechteckgenerator
Siehe Abschnitt: Astabile Kippstufe
Dreiecksgenerator
Einen Dreiecks- oder Sägezahngenerator sollte man vernünftigerweise aus Operationsverstärkern aufbauen. Gründe sind hier genannt.
Schmitt-Trigger
Rob Paisley: LM555 Timer Used As A Voltage Comparator, LM555 and LM556 Timer Circuits
Ladungspumpen
Positiv (Spannungsverdopplung)
Elektronik-Kompendium: NE555 als Spannungsverdoppler
Negativ (Invertierung)
Elektronik-Kompendium: NE555 als Spannungsinvertierer
MOSFET-Treiber
Eine Anwendung ganz ohne Timer-Funktionalität verwendet dessen leistungsstarke Push-Pull-Ausgangsstufe als Gate-Treiber für Leistungs-MOSFETs. Typischerweise in Verbindung mit Mikrocontrollern. Durch einen Trick kann man auch die üblicherweise notwendige Spannungsverstärkung von 5 V auf 12 V mit erledigen lassen, da das Gros der Leistungs-MOSFETs hohe Gate-Spannungen möchte (= sind nicht als Logic-Level-MOSFETs spezifiziert).
Ohne wesentliche Spannungsverstärkung, invertierend, hochohmig
Das Eingangssignal wird an Pin 2 (IL) und 6 (IH) gegeben. Der Eingangsspannungshub sollte mindestens zwischen 1/3 und 2/3 der 555-Betriebsspannung liegen. Am Anschluß 5 lässt sich durch externe Widerstandsbeschaltung der Eingangsspannungshub modifizieren.
Mit Spannungsverstärkung, nichtinvertierend
Das TTL-Eingangssignal wird an Pin 4 (RESET) gegeben! Auch bei 3,3 V, 2,5 V und 1,8 V Spannungspegel. Pin 2 und 6 kommen an Masse. Laut Datenblatt hat RESET Vorrang vor IH und IL.
Datenblätter
- NE555 (bipolar): Texas Instruments, ST Microelectronics
- LM555 (bipolar): Texas Instruments
- NE556 (bipolar, zweifach in einem Gehäuse): Texas Instruments, ST Microelectronics
- LMC555 (CMOS-Variante) von Texas Instruments
- TLC555 (CMOS-Variante) von Texas Instruments
- TS555 (CMOS-Variante) von ST Microelectronics
- ICM7555 (CMOS-Variante): NXP Semiconductors, Maxim Integrated
Siehe auch
- Artikel Monoflop
- Forumsbeitrag Frage zu 555 Timer Schaltung – andere Schaltungsmöglichkeiten der CMOS-Versionen (Rückkopplungsmethode)
- Forumsbeitrag NE555-Cartoon Signetics 1973
Weblinks
- elektronik-kompendium.de – sehr gute Erklärung zum NE555 mit Bildern
- elektronik-kompendium.de – Vergleich von CMOS- und Bipolarversion
- Rob Paisley: LM555 and LM556 Timer Circuits – viele Beispielschaltungen (englisch)
- Wikipedia-Artikel zum NE555
- 24 Hour Timer – digitale Alternative zum NE555 für lange und sehr lange Pulse (Minuten bis Stunden)
- EEVblog #555 – 555 Timer Kit, Nachbau des NE555 aus diskreten Transistoren