Was ist ein NE555 Timer-IC?
Der NE555 ist ein hochpräziser Timer-Schaltkreis, der als integrierte Schaltung (IC) realisiert wurde. Er ermöglicht die Erzeugung exakter Zeitverzögerungen und Oszillationen für verschiedenste elektronische Anwendungen. Mit seinem vielseitigen Funktionsumfang und der Möglichkeit, sowohl im monostabilen als auch im astabilen Betriebsmodus zu arbeiten, hat sich der NE-555 seit seiner Einführung zu einem der meistverwendeten Timer-ICs in der Elektronik entwickelt.
Einführung in den NE555
Der NE555 Timer wurde in den frühen 1970er Jahren entwickelt und hat sich seitdem als unverzichtbares Bauteil in der Elektronik etabliert. Seine Beliebtheit basiert auf der einzigartigen Kombination aus Vielseitigkeit, Zuverlässigkeit und einfacher Anwendung. Der IC kann präzise Zeitintervalle erzeugen, die von wenigen Mikrosekunden bis zu mehreren Stunden reichen können.
Im monostabilen Betriebsmodus wird das Zeitintervall durch einen externen Widerstand und einen Kondensator gesteuert. Dieser Modus eignet sich hervorragend für Anwendungen, bei denen nach einem Auslösesignal ein definierter Zeitimpuls erzeugt werden soll. Bei einem Triggersignal wird der Ausgang für eine bestimmte Zeit aktiv und kehrt dann automatisch in seinen Ruhezustand zurück.
Im astabilen (oder auch adjustable) Modus hingegen werden zwei externe Widerstände und ein Kondensator zur Steuerung des Tastverhältnisses und der Frequenz eingesetzt. Dieser Modus ermöglicht die kontinuierliche Oszillation ohne externes Triggersignal und ist ideal für die Erzeugung von Taktimpulsen oder Blinkschaltungen. Die Ausgangsstufe des NE555 kann Ströme bis zu 200mA liefern, was den direkten Anschluss von LEDs, Relais oder anderen Lasten ermöglicht. Der Betriebsspannungsbereich des NE-555 liegt zwischen 5V und 15V, wobei die Ausgangspegel bei 5V Versorgungsspannung kompatibel mit TTL-Logik sind.
NE555 Pins & Pin-Funktionen
Der NE555 Timer verfügt über insgesamt acht Pins, die verschiedene Funktionen für die Konfiguration und Steuerung des ICs bieten. Die korrekte Verdrahtung dieser Pins ist entscheidend für die ordnungsgemäße Funktion des Timers in jeder Anwendung.
| Pin-Nr. | Name | Funktion |
|---|---|---|
| 1 | GND | Masseverbindung (0V) |
| 2 | TRIGGER | Triggereingang, löst den Timer aus wenn unter 1/3 VCC |
| 3 | OUTPUT | Ausgang des Timers, kann bis zu 200mA liefern |
| 4 | RESET | Aktiv-Low-Reset-Eingang, setzt den Timer zurück wenn unter 0,7V |
| 5 | CONTROL | Steuerspannungseingang, ermöglicht externe Modulation des Timing-Vorgangs |
| 6 | THRESHOLD | Vergleicht Kondensatorspannung mit 2/3 VCC, beendet Timing-Zyklus |
| 7 | DISCHARGE | Open-Collector-Ausgang zum Entladen des externen Timing-Kondensators |
| 8 | VCC | Positive Versorgungsspannung (5V bis 15V) |
Die Pins sind symmetrisch auf beiden Seiten des ICs angeordnet: vier Pins auf der linken Seite und vier Pins auf der rechten Seite. Diese Anordnung erleichtert das Layout auf Leiterplatten und die Implementierung in verschiedene Schaltungen.
NE555 Pinbelegung
Die Pinbelegung des NE555 ist entscheidend für das Verständnis und die korrekte Implementierung des Bauteils in elektronischen Schaltungen. Beim Betrachten des ICs von oben, mit der Kerbe oder dem Punkt nach links oder oben zeigend, befinden sich die Pins 1 bis 4 im Uhrzeigersinn auf der linken Seite, beginnend mit dem Pin 1 in der unteren linken Ecke. Die Pins 5 bis 8 sind entsprechend auf der rechten Seite angeordnet, wobei Pin 5 in der oberen rechten Ecke und Pin 8 in der unteren rechten Ecke liegt.
Die Pinbelegung des NE-555 wurde sorgfältig entworfen, um eine intuitive Verwendung zu ermöglichen und die internen Funktionsblöcke wie Komparatoren, Flip-Flop und Ausgangsstufe optimal zu unterstützen. Durch diese durchdachte Anordnung können komplexe Timing-Funktionen mit minimaler externer Beschaltung realisiert werden. Bei der Implementierung in eigene Schaltungen ist es wichtig, auf die richtige Orientierung des ICs zu achten, um Fehlfunktionen zu vermeiden.
NE555 Gehäuseformen
Der NE555 Timer ist in verschiedenen Gehäuseformen erhältlich, um unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich Platzbedarf, Montageverfahren und thermischer Leistung gerecht zu werden. Die Wahl des geeigneten Gehäuses hängt von der spezifischen Anwendung, dem verfügbaren Platz auf der Leiterplatte und den Produktionsverfahren ab.
| Gehäusetyp | Abmessungen (mm) | Montageart | Besonderheiten |
|---|---|---|---|
| TSSOP | 4,4 x 3,0 x 1,1 | SMD | Sehr kompakt, ideal für platzbeschränkte Designs |
| SOIC (16) | 9,9 x 3,9 x 1,55 | SMD | Gängiges Format für automatisierte Bestückung |
| PDIP (16) | 19,3 x 6,35 x 2,54 | Through-hole | Ideal für Prototypen und manuelle Montage |
| SOP (16) | 10,3 x 5,3 x 1,75 | SMD | Gute Wärmeableitung, mittelgroß |
Jedes Gehäuse hat seine eigenen Vorteile: Während das PDIP-Gehäuse durch die Durchsteckmontage einfach zu handhaben ist und sich gut für Prototypen eignet, bieten die SMD-Varianten wie TSSOP, SOIC und SOP Vorteile bei der Miniaturisierung und automatisierten Fertigung. Das TSSOP-Gehäuse ist dabei die kompakteste Variante und eignet sich besonders für mobile oder tragbare Geräte, bei denen der Platzbedarf kritisch ist.
NE555 Schaltplan
Der NE555 kann in verschiedenen Schaltungskonfigurationen eingesetzt werden, wobei der astabile Multivibrator zu den häufigsten Anwendungen zählt. Hier ist ein einfaches Beispiel für eine astabile Schaltung, die als Rechteckgenerator dient:
In der oben dargestellten Schaltung arbeitet der NE555 als astabiler Multivibrator, der kontinuierlich Rechtecksignale erzeugt, ohne dass ein externes Triggersignal erforderlich ist. Die Funktionsweise dieser Schaltung lässt sich wie folgt beschreiben:
- Die Versorgungsspannung (VCC) wird an Pin 8 angeschlossen, während Pin 1 mit Masse verbunden ist.
- Pin 4 (RESET) ist mit VCC verbunden, um den Timer im aktiven Zustand zu halten.
- Pin 5 (CONTROL) ist über einen 0,01μF Kondensator (C2) mit Masse verbunden, um Störungen zu unterdrücken.
- Die Timing-Komponenten bestehen aus zwei Widerständen (R1 und R2) und einem Kondensator (C1).
- Der Kondensator C1 wird über R1 und R2 aufgeladen und über R2 und Pin 7 (DISCHARGE) entladen.
Die Frequenz und das Tastverhältnis der erzeugten Rechteckschwingung lassen sich mit folgenden Formeln berechnen:
- Frequenz: f = 1,44 / ((R1 + 2×R2) × C1)
- Tastverhältnis: D = (R1 + R2) / (R1 + 2×R2)
Mit den in der Schaltung angegebenen Werten (R1 = 10kΩ, R2 = 100kΩ, C1 = 10μF) ergibt sich eine Frequenz von etwa 0,7 Hz und ein Tastverhältnis von etwa 52%. Dies resultiert in einem Rechtecksignal, das etwa 0,7 Sekunden lang ist und sich gut für Blinkanwendungen eignet.
NE555 Leistung – Strom & Spannung
Der NE555 Timer-IC ist für einen breiten Betriebsspannungsbereich ausgelegt und zeichnet sich durch moderate Stromaufnahme aus. Diese Eigenschaften machen ihn besonders vielseitig für verschiedene Anwendungen, von batteriebetriebenen Geräten bis hin zu industriellen Steuerungen.
| Parameter | Min | Typ | Max | Einheit |
|---|---|---|---|---|
| Versorgungsspannung | 4,5 | 5,0 | 16,0 | V |
| Versorgungsstrom (VCC=5V) | – | 3,0 | 6,0 | mA |
| Versorgungsstrom (VCC=15V) | – | 10,0 | 15,0 | mA |
| Ausgangsleerlaufspannung | 2,75 | 3,3 | – | V |
| Ausgangsspannung (Low) | – | 0,1 | 0,4 | V |
| Ausgangsstrom (Source) | – | 100 | 200 | mA |
| Ausgangsstrom (Sink) | – | 100 | 200 | mA |
| Leistungsaufnahme (VCC=5V) | – | 15 | 30 | mW |
| Betriebstemperatur | 0 | 25 | 70 | °C |
Die relativ geringe Stromaufnahme des NE-555 macht ihn zu einer guten Wahl für batteriebetriebene Anwendungen, obwohl er nicht speziell für Niedrigenergieanwendungen optimiert ist. Die Fähigkeit, sowohl als Quelle als auch als Senke Ströme bis zu 200mA zu liefern, ermöglicht den direkten Anschluss von LEDs, kleinen Relais oder anderen Lasten ohne zusätzliche Treiberstufen. Dies vereinfacht den Schaltungsaufbau und reduziert die Komponentenanzahl.
NE555 Eigenschaften
Der NE555 Timer bietet eine Reihe von Eigenschaften, die ihn zu einem vielseitigen und zuverlässigen Baustein für zahlreiche elektronische Anwendungen machen. Seine Robustheit und breite Anwendbarkeit haben zu seiner anhaltenden Popularität in der Elektronikentwicklung beigetragen.
| Eigenschaft | Beschreibung |
|---|---|
| Zeitbereich | Von Mikrosekunden bis zu Stunden einstellbar |
| Betriebsmodi | Monostabil (One-Shot) und astabil (Oszillator) |
| Tastverhältnis | Einstellbar, typisch 50% bis 99% im astabilen Modus |
| TTL-Kompatibilität | Ausgänge kompatibel mit TTL-Logikpegeln |
| Temperaturstabilität | ±0,005% pro °C |
| Frequenzstabilität (Vcc) | ±0,1% pro Volt Änderung der Versorgungsspannung |
| Maximale Schaltfrequenz | Bis zu 100 kHz mit geeigneter Beschaltung |
| Resetfunktion | Aktiv-Low-Reset mit hoher Priorität |
| Bleifreie Ausführung | RoHS-konform |
| Trigger-Spannungspegel | 1/3 VCC (typisch) |
| Threshold-Spannungspegel | 2/3 VCC (typisch) |
| Stromversorgung | Einzelne Versorgungsspannung erforderlich |
Die außergewöhnliche Temperatur- und Spannungsstabilität des NE555 macht ihn besonders wertvoll für Anwendungen, bei denen präzise Timing-Funktionen unter variierenden Umgebungsbedingungen erforderlich sind. Die einfache Konfigurierbarkeit durch externe Widerstände und Kondensatoren erlaubt eine flexible Anpassung an unterschiedlichste Timing-Anforderungen, vom schnellen Pulsgenerator bis zum langsamen Timer für stundenlange Intervalle.
NE555 Anwendungen
Der NE555 Timer findet aufgrund seiner Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit Einsatz in zahlreichen elektronischen Anwendungen. Einige der wichtigsten sind:
- RFID-Lesegeräte für kontaktlose Identifikationssysteme
- Fingerabdruck-Biometrie-Scanner für Zugangskontrolle
- Iris-Biometrie für Hochsicherheitsanwendungen
- LED-Blinker und Lichtsteuerungen
- PWM-Signalgeneratoren zur Motorsteuerung
- Taktgeneratoren für digitale Schaltungen
- Verzögerungsschaltungen für sequentielle Steuerungen
- Alarmgeneratoren und akustische Signalgeber
- Spannungswandler und DC-DC-Converter
- Frequenzteiler und -multiplikatoren
- Präzisions-Timingschaltungen für Messgeräte
- Impulsgeneratoren für Sensorsysteme
- Debouncing-Schaltungen für mechanische Schalter
- Konstantstromquellen für LED-Anwendungen
- Wasserfüllstandssensoren und Feuchtigkeitsmelder
Die Einsatzmöglichkeiten des NE555 erstrecken sich über praktisch alle Bereiche der Elektronik, von einfachen Hobbyprojekten bis hin zu komplexen industriellen Steuerungen. Die Kombination aus einfacher Anwendung, hoher Zuverlässigkeit und kosteneffizienter Verfügbarkeit macht den NE555 zu einem unverzichtbaren Bestandteil des elektronischen Bauteilespektrums.
NE555 Äquivalent & Alternativen
Obwohl der NE555 ein weit verbreiteter Timer-IC ist, gibt es zahlreiche Alternativen und funktionale Äquivalente, die je nach Anwendung Vorteile bieten können:
- LM555: Die direkte Alternative von National Semiconductor (jetzt Texas Instruments), nahezu identisch zum NE555 in Funktion und Pinbelegung.
- ICM7555: CMOS-Version mit deutlich reduzierter Stromaufnahme, ideal für batteriebetriebene Anwendungen.
- TLC555: Texas Instruments‘ LinCMOS-Version mit verbesserter Leistungsaufnahme und höherer Frequenzstabilität.
- TS555: Eine verbesserte Version mit niedrigerer Stromaufnahme und erweitertem Betriebsspannungsbereich.
- LMC555: CMOS-Version mit niedrigem Stromverbrauch und höherer Betriebsfrequenz.
- SE555: Militärische Version mit erweitertem Temperaturbereich für kritische Anwendungen.
- NE556: Dualer 555-Timer in einem Gehäuse, ideal für gekoppelte Timer-Anwendungen.
- NE558: Vierfacher 555-Timer für komplexe Timing-Anwendungen mit mehreren Kanälen.
- CD4047: CMOS-Multivibrator, der sowohl monostabile als auch astabile Operationen unterstützt.
- CD4060: 14-stufiger Binärzähler mit integriertem Oszillator für längere Zeitintervalle.
Die Wahl des geeigneten Timer-ICs hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, wie Stromverbrauch, Betriebsfrequenz, Genauigkeit und Umgebungsbedingungen. Während der klassische NE-555 nach wie vor eine ausgezeichnete Wahl für viele Anwendungen darstellt, können die CMOS-Varianten wie ICM7555 oder TLC555 in batteriebetriebenen Geräten Vorteile bieten.
Zusammenfassung
Der NE555 Timer-IC ist ein vielseitiges und robustes Bauteil, das seit Jahrzehnten in der Elektronik eingesetzt wird. Mit der Fähigkeit, präzise Zeitverzögerungen und Oszillationen zu erzeugen, eignet er sich für zahlreiche Anwendungen von einfachen Blinkschaltungen bis hin zu komplexen Timing-Systemen. Der IC kann in zwei Hauptbetriebsmodi arbeiten: monostabil für einmalige Impulsausgabe nach einem Trigger und astabil für kontinuierliche Oszillation.
Mit seinen acht Pins, die symmetrisch auf beiden Seiten des Gehäuses angeordnet sind, ermöglicht der NE555 eine einfache Integration in elektronische Schaltungen. Die verschiedenen verfügbaren Gehäuseformen (TSSOP, SOIC, PDIP und SOP) bieten Flexibilität bei der Auswahl des passenden Formats für spezifische Anwendungen.
Der Betriebsspannungsbereich von 4,5V bis 16V und die Fähigkeit, Ausgangsströme bis zu 200mA zu liefern, machen den NE-555 zu einem vielseitigen Baustein für verschiedene elektronische Systeme. Trotz seines Alters bleibt der NE555 aufgrund seiner Zuverlässigkeit, einfachen Anwendung und kostengünstigen Verfügbarkeit ein beliebter Baustein in der modernen Elektronik.
NE555 Datenblatt
Weitere Informationen gibt es in dem NE555 Datenblatt zum Download.