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
Folie 2
Referat NE555
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]
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Folie 3
Referat NE555
Pin-Out
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Folie 4
Referat NE555
Interner Aufbau
• der NE555 ist als Standalone-IC funktionslos
• Funktionalität erst durch externe Beschaltung
erfordert Kenntnis des internen Aufbaus
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Folie 5
Referat NE555
Interner Aufbau
Spannungsteiler
drei gleichwertige
Widerstände
2
𝑈 = 𝑉𝑐𝑐
3
1
𝑈 = 𝑉𝑐𝑐
3
Eingangsseite
Ausgangsseite
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Folie 6
Referat NE555
Interner Aufbau
RS-Flipflop
Im Hinterkopf behalten:
Nur der negierte Ausgang
(¬Q) des FF wird benutzt!
Set-Eingang
Reset-Eingang
Eingangsseite
Ausgangsseite
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Folie 7
Referat NE555
Interner Aufbau
Komparatoren
Reset-Eingang
Setzt den Flipflop zurück,
2
wenn 𝑈6 > 𝑉𝑐𝑐
3
Set-Eingang
Setzt den Flipflop,
1
Wenn 𝑈2 < 𝑉𝐶𝐶
3
Eingangsseite
Ausgangsseite
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Folie 8
Referat NE555
Exkurs: Komparator
• vergleicht zwei Eingangsspannungen
V+ > V -
• Zwei Eingänge:
– nichtinvertierend (V+)
V- > V+
– invertierend (V-)
• schaltet Betriebsspannung durch, wenn V+ größer als V- ist
• schaltet Ausgang auf negative Betriebsspannung, wenn Vgrößer als V+
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Folie 9
Referat NE555
Vs+
VS-
Interner Aufbau
Invertierender OPV
Eingangsseite
Ausgangsseite
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Folie 10
Referat NE555
Interner Aufbau
VCC = 6 V
4V
H
L
U6 > 4 V
U6 < 4 V
U2 > 2 V
U2 < 2 V
0
-/-/1
1
0
L
H
0
1
Schaltet Discharge auf
Masse
Kollektor offen; Discharge
„hängt in der Luft“
2V
GND
Eingangsseite
Ausgangsseite
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Folie 11
Referat NE555
Interner Aufbau
Control
Über Control kann man die
Referenzspannung von
Komparator 1
variieren
Reset
Discharge
Liegt Reset nahe am
Massenpotential,
wird der Flipflop
zurückgesetzt
Liegt der Ausgang auf
LO-Level, kann über
Discharge ein Kondensator entladen werden
Eingangsseite
Ausgangsseite
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Folie 12
Referat NE555
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…
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Folie 13
Referat NE555
Anwendungsbeispiele
Monostabile Kippstufe
• 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
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Folie 14
Referat NE555
Anwendungsbeispiele
Monostabile Kippstufe
555out
GND
555out
Vcc
U1
TRIG
R1
DIS
V1
68000
OUT
Trigger
THRS
NE555
V2
RST
6
Kondensator
CV
PULSE(6 0 80 0 0 2 480)
C1
C2
1nF
2250µF
.tran 0 800 0 1
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Folie 15
Referat NE555
Anwendungsbeispiele
Monostabile Kippstufe
V(555out)
6.0V
V(kondens ator)
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
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Folie 16
480s
560s
Referat NE555
640s
720s
800s
Anwendungsbeispiele
Multivibrator
• kein Frauenspielzeug :-P
• Multivibrator ist ein astabiles System:
– System mit mehreren Zuständen
– wechselt zwischen diesen selbstständig oder von außen
gesteuert
• Beispiel: Funktionsgenerator (Rechtecksignal)
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Folie 17
Referat NE555
Anwendungsbeispiele
Multivibrator
555out
R1
GND
1k
V cc
U1
V1
TRIG
DIS
OUT
THRS
R2
6
10k
NE 555
C2
RS T
CV
C1
100nF
10nF
.tran 0 0.01 0 1
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Folie 18
Referat NE555
Anwendungsbeispiele
Multivibrator
Zusammengefasst:
Ausgang = VCC, wenn UTrigger <
𝟏
𝟑
Ausgang = 0 V, wenn UThreshold >
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Folie 19
Referat NE555
VCC
𝟐
𝟑
VCC
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)
Moritz Dereschkewitz
Folie 20
Referat NE555
Bildnachweis
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
Moritz Dereschkewitz
Folie 21
Referat NE555
Dankeschön fürs Zuhören!
Fragen?
Moritz Dereschkewitz
Folie 22
Referat NE555
Et maintenant:
Tous cela un peu plus en détail.
Der NE555 und seine Anwendung bei der
Pulsweitenmodulation (PWM)
Moritz Dereschkewitz
Folie 23
Referat NE555
Signal-Modulation via Control
BSB
•
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
Moritz Dereschkewitz
Folie 24
Referat NE555
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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Folie 25
Referat NE555
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)
Moritz Dereschkewitz
Folie 26
Referat NE555
Jetzt ist aber Schluss.
Alle Klarheiten endgültig
beseitigt?
Moritz Dereschkewitz
Folie 27
Referat NE555