NE555-Zeitschalter

Der NE555 ist ein Timerbaustein. Was liegt also näher, als den NE555 auch als solchen einzusetzen? Die Aufgabenstellung ist recht einfach: Nach dem Drücken einer Taste soll der Ausgang des NE555 für eine bestimmte Zeit eine Ausgangsspannung abgeben, um nach Ablauf dieser Zeit auf Masse geschaltet zu werden. An den Ausgang des ICs lässt sich ein elektrischer Verbraucher anschließen (über einen Transistor und ein Relais). Dieser Verbraucher wird für eine bestimmte Zeit aktiviert, bevor er sich selbsttätig abschaltet. An den Reseteingang des NE555 kann ein zusätzlicher Taster angeschlossen werden, mit dem sich der zeitliche Ablauf vorzeitig abbrechen lässt. Zur externen Beschaltung des Timerbausteins reichen wenige Bauteile aus, wie im Schaltbild auch zu sehen ist. Im Schaltbild wurde auch nur eine LED samt Vorwiderstand am Ausgang des NE555 angeschlossen. Der Testaufbau im Bild unten dient lediglich der Anschauung und soll natürlich zum Experimentieren dienen.

Schaltbild der NE555-Zeitschaltung.
Schaltbild der NE555-Zeitschaltung. Weitere Hinweise im Text.
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Über den Widerstand mit der Bezeichnung R2 sowie den Kondensator bzw. Elektrolytkondensator C1 wird die sogenannte Verweilzeit bestimmt, also jene Zeit, in der sich die Schaltung im Arbeitszustand befindet. Mit anderen Worten: In dieser Zeit ist der Ausgang des NE555 aktiviert. Es handelt sich übrigens um eine monostabile Kippschaltung. Während der Verweilzeit lädt sich der Kondensator C1 über den Widerstand R2 auf die Betriebsspannung auf. Man kann auf diesem Schaltbild sehr gut erkennen, dass Widerstand und Kondensator in einer Reihenschaltung direkt mit der Betriebsspannung verbunden sind. Wurde der Kondensator bis auf zwei Drittel der Betriebsspannung aufgeladen, so wird er über den im IC enthaltenen Transistor entladen und kurzgeschlossen, bis der Vorgang erneut über das Betätigen von S1 gestartet wird. Sehr wichtig ist es, dass sich die Schaltung immer erst dann zurücksetzt, also den Ausgang deaktiviert, wenn an dem Punkt zwischen R2 und C1 zwei Drittel der aktuellen Betriebsspannung erreicht wurden. Die Verweilzeit sollte also unabhängig von der jeweiligen Betriebsspannung immer die gleiche sein. Es spielt also keine Rolle, ob die Schaltung mit 5 Volt oder auch 12 Volt betrieben wird, zumindest was die Verweilzeit angeht. Natürlich müssen andere Teile der Schaltung (beispielsweise die Ausgangsbeschaltung) an die jeweilige Betriebsspannung angepasst werden.

Über verschiedene Widerstandswerte und Kapazitäten lassen sich Verweilzeiten zwischen weniger als einer Sekunde und mehreren Minuten einstellen. Es ist sogar möglich, die Verweilzeit durch Berechnungen der Bauteilewerte zu bestimmen. Allerdings sind solche Berechnungen mit Vorsicht zu genießen, da sowohl Widerstände als auch Elektrolytkondensatoren gewisse Toleranzen aufweisen, welche sich natürlich auch auf die jeweilige Verweilzeit auswirken. Besonders bei den Elektrolytkondensatoren gibt es zum Teil erhebliche Abweichungen von eventuellen Berechnungen. Ich habe verschiedene Bauteilewerte mit dieser Schaltung ausprobiert und die Ergebnisse in einer Tabelle zusammengefasst:

In der Praxis stellte sich allerdings sehr schnell heraus, dass die Zeitwerte zum Teil stark variierten. Zwei verschiedene Elektrolytkondensatoren mit den gleichen Kapazitätswerten brachten schon Abweichungen von mehreren Sekunden. Auch die Wiederholgenauigkeit war nicht sonderlich hoch. Besonders bei längeren Ladezeiten (Verweilzeiten) sind starke Abweichungen feststellbar. Die Werte in der Tabelle sollten also nur als ungefähre Richtwerte angesehen werden. Übrigens lässt sich die Verweilzeit zusätzlich beeinflussen, und zwar mithilfe des Steueranschlusses am NE555 (Pin 5). Im Schaltbild ist ein Widerstand (R3) eingezeichnet, über dessen Widerstandswert sich die Verweilzeit in gewissen Grenzen beeinflussen lässt. Ist dieser Widerstand in die Schaltung eingesetzt, so verlängert sich die Verweilzeit deutlich. Man kann in etwa von einer Verdoppelung sprechen, zumindest ergab sich diese bei meinen Experimenten. In der Tabelle ist eine zusätzliche Spalte zu sehen, welche die jeweiligen Verweilzeiten angibt, wenn dieser Widerstand in der Schaltung eingesetzt wurde. Natürlich lassen sich auch andere Widerstände anstelle von R3 verwenden. Möglich wäre es beispielsweise, ein Potentiometer einzusetzen, mit dessen Hilfe sich die Verweilzeit innerhalb gewisser Grenzen stufenlos einstellen lässt.

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