NE555-Zeitschalter

Ein NE555-Zeitschalter lässt sich mit wenigen Bauteilen relativ einfach aufbauen. Der bekannte Timer-Baustein NE555 eignet sich hervorragend dafür, einen Ausgang für eine bestimmte Zeit zu aktivieren und anschließend automatisch wieder abzuschalten.

Genau dieses Prinzip wird in der hier vorgestellten Schaltung genutzt. Nach dem Drücken eines Tasters wird der Ausgang des NE555 aktiviert und liefert für eine festgelegte Zeit eine Ausgangsspannung. Ist diese Zeit abgelaufen, schaltet der Ausgang automatisch wieder ab.

Über einen Transistor und ein Relais lässt sich an den Ausgang des NE555 beispielsweise ein elektrischer Verbraucher anschließen. Dieser wird nach dem Betätigen des Tasters für eine bestimmte Zeit eingeschaltet und danach selbsttätig wieder abgeschaltet.

Zusätzlich kann am Reset-Eingang des NE555 ein weiterer Taster angeschlossen werden. Mit ihm lässt sich der laufende Zeitvorgang jederzeit vorzeitig beenden.

Für den Aufbau dieses NE555-Zeitschalters werden nur wenige externe Bauteile benötigt. Im Schaltbild ist am Ausgang lediglich eine LED mit Vorwiderstand angeschlossen, um die Funktion der Schaltung sichtbar zu machen.

NE555 Zeitschalter und die Verweilzeit

Über den Widerstand mit der Bezeichnung R2 sowie den Kondensator bzw. Elektrolytkondensator C2 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 C2 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 C2 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.

Berechnung der Einschaltzeit vom Zeitschalter

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.

NE555-Zeitschalter: einfache Timer-Schaltung

Der NE555 eignet sich hervorragend für einfache Timer-Schaltungen, bei denen ein Ausgang nach dem Betätigen eines Tasters für eine bestimmte Zeit aktiviert wird. In der hier vorgestellten Schaltung arbeitet der Timer im sogenannten monostabilen Betrieb. Das bedeutet, dass die Schaltung nach einem kurzen Startimpuls für eine festgelegte Zeit aktiv bleibt und anschließend automatisch wieder in ihren Ausgangszustand zurückkehrt.

Der Ablauf ist einfach: Wird der Taster gedrückt, erhält der NE555 am Trigger-Eingang ein Startsignal. Dadurch wird der Ausgang des ICs aktiviert. Gleichzeitig beginnt ein Kondensator über einen Widerstand aufzuladen. Während dieser Ladephase bleibt der Ausgang eingeschaltet.

Sobald der Kondensator eine bestimmte Spannung erreicht, also etwa zwei Drittel der Versorgungsspannung, erkennt dies die interne Schaltung des NE555. Der Ausgang wird wieder abgeschaltet und der Kondensator entladen. Die Schaltung ist danach bereit für den nächsten Startvorgang.

Mit dieser einfachen Timer-Schaltung lassen sich viele praktische Anwendungen realisieren, zum Beispiel:

• Mit einem NE555-Zeitschalter lassen sich Geräte zeitgesteuert einschalten.
• Außerdem kann er verwendet werden, um Geräte nach einer bestimmten Zeit automatisch wieder abzuschalten.
• Auch Treppenlichtschaltungen lassen sich mit einem NE555 realisieren.
• Darüber hinaus kann der Baustein zur Impulsverlängerung in elektronischen Steuerungen eingesetzt werden.

Der große Vorteil des NE555 besteht darin, dass sich solche Zeitfunktionen mit nur wenigen externen Bauteilen aufbauen lassen.

Wie funktioniert ein NE555-Zeitschalter?

Ein NE555-Zeitschalter nutzt die interne Struktur des Timerbausteins, um eine genau definierte Zeitspanne zu erzeugen. Im Inneren des ICs befinden sich mehrere funktionale Bausteine, darunter zwei Komparatoren, ein Flipflop, ein Entladetransistor und eine Referenzspannungsquelle.

Der Ablauf einer Zeitmessung funktioniert vereinfacht so:

1. Ein kurzer Impuls am Trigger-Eingang startet den Zeitvorgang.
2. Der Ausgang des NE555 wird aktiviert und liefert eine Spannung.
3. Gleichzeitig beginnt ein Kondensator über einen Widerstand aufzuladen.
4. Sobald die Kondensatorspannung etwa zwei Drittel der Betriebsspannung erreicht, schaltet der interne Komparator das Flipflop zurück.
5. Der Ausgang wird deaktiviert und der Kondensator über den internen Transistor entladen.

Die Dauer der Einschaltzeit hängt dabei von den Werten des Widerstands und des Kondensators ab. Durch die Wahl geeigneter Bauteile lassen sich Zeitspannen von Bruchteilen einer Sekunde bis hin zu mehreren Minuten realisieren.

Gerade diese einfache Einstellbarkeit macht den NE555 zu einem der beliebtesten Timerbausteine in der Elektronik. Auch Jahrzehnte nach seiner Entwicklung wird er noch in zahlreichen Projekten und Schaltungen eingesetzt.

Fakten zum NE555 finden Sie hier.

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