NE555 Timer – Funktionsweise, Pinbelegung und Grundlagen verständlich erklärt

Der NE555 gehört zu den bekanntesten integrierten Schaltungen in der Elektronik. Seit den 1970er-Jahren wird dieser Timer-IC in unzähligen Anwendungen eingesetzt. Das reicht vom einfachen Zeitglied bis hin zum Oszillator.

In diesem Beitrag erfahren Sie, wie der NE555 funktioniert, wie seine interne Schaltung aufgebaut ist und wie Sie die einzelnen Pins richtig verwenden. Dabei geht es vor allem um die grundlegende Funktionsweise, die Theorie hinter dem Baustein und das Verständnis seiner Betriebsarten.

Wer konkrete Schaltungen zum Nachbauen sucht, etwa einen NE555-Blinker, einen Tongenerator oder eine Zeitschaltuhr, findet diese im separaten Beitrag über NE555-Schaltungen. Dieser Artikel hier legt das Fundament: Wer den NE555 wirklich versteht, kann jede Schaltung damit nachvollziehen und anpassen.

Der Fokus liegt hier bewusst auf den Grundlagen: Sie lernen, wie der NE555 intern arbeitet, welche Rolle die einzelnen Pins spielen und wie sich daraus typische Funktionen wie Zeitverzögerung oder Takterzeugung ableiten lassen. Ziel ist es, den Baustein nicht nur anzuwenden, sondern wirklich zu verstehen.

Der NE555 ist deshalb so interessant, weil er trotz seines einfachen Aufbaus eine Vielzahl von Aufgaben übernehmen kann. Er arbeitet als monostabile Kippstufe (Zeitglied), als astabiler Multivibrator (Oszillator) oder als bistabile Schaltung (Flip-Flop). Die zugrunde liegenden Prinzipien bleiben immer die gleichen.

Wenn Sie diese Funktionsweise einmal verstanden haben, lassen sich auch komplexere Anwendungen deutlich leichter nachvollziehen.

Ich habe den 555-Timer bereits in sehr vielen Projekten eingesetzt, und gerade seine Einfachheit macht ihn bis heute zu einem perfekten Baustein für praktische Elektronik. Von LED-Blinkern über Taktgeber bis hin zu kleinen Steueraufgaben lässt sich mit diesem IC erstaunlich viel umsetzen. Darunter sind auch einige Projekte, für die er eigentlich gar nicht gemacht wurde.

Genau deshalb lohnt es sich, die Grundlagen dieses ICs im Detail zu verstehen.

Was ist der NE555?

Der NE555 ist ein integrierter Schaltkreis (IC), der seit den 1970er-Jahren in unzähligen elektronischen Projekten eingesetzt wird. Er gehört zur Gruppe der Timer-ICs und kann in verschiedenen Betriebsarten verwendet werden: als Monoflop (monostabile Kippstufe), als Astabiler Multivibrator (Oszillator) oder als Bistabile Schaltung (Flip-Flop). Dadurch lässt sich der NE555 zum Erzeugen von Taktimpulsen, als Zeitverzögerung, als Schalter oder als einfacher Signal-Generator nutzen. Seine Vielseitigkeit macht ihn zu einem idealen Baustein für Einsteiger und Fortgeschrittene, die mit Elektronik experimentieren wollen.

Warum der NE555 so bekannt und beliebt ist

Der Erfolg des NE555 liegt in seiner einfachen Handhabung und großen Robustheit. Er funktioniert zuverlässig auch unter nicht idealen Bedingungen, verträgt eine breite Spannungsversorgung und benötigt nur wenige externe Bauteile, um vielfältige Aufgaben zu übernehmen. Außerdem ist er bis heute extrem günstig und weltweit verfügbar.

Für Bastler ist der NE555 ideal, weil er schon mit einfachen Schaltungen schnelle Ergebnisse liefert – sei es ein LED-Blinker, ein Tonsummer oder eine PWM-Steuerung für Motoren. Gleichzeitig ist er auch in der professionellen Elektronik immer noch im Einsatz. Genau diese Kombination aus Einfachheit, Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit hat den NE555 zum Kult-Baustein gemacht, der auch nach über 50 Jahren nichts von seiner Popularität eingebüßt hat.

NE555 – Grundlagen und Geschichte

Entwickelt wurde der Timerbaustein bereits in den Jahren 1970 und 1971 vom Hersteller Signetics. Genauer gesagt von einem Schweizer Ingenieur mit dem Namen Hans R. Camenzind.

Fast wäre es aber gar nicht zur Konstruktion dieses genialen Chips gekommen.

Anfangs war man sich gar nicht so sicher, ob ein spezieller Timerbaustein wie der NE555 überhaupt benötigt würde. Bis dato hat man ähnliche Schaltungen häufig mit Operationsverstärkern aufgebaut.

Außerdem hat man bezweifelt, ob überhaupt ein Markt für spezialisierte ICs bestünde. Und man befürchtete, der NE555 würde den Verkauf der Operationsverstärker mindern.

Der NE555 wurde ein Erfolg

Glücklicherweise wurde die bekannte integrierte Schaltung letzten Endes doch realisiert und auch hergestellt.

Die Massenfertigung begann im Jahre 1972.

Trotz der anfänglichen Skepsis übertraf die Nachfrage nach dem Baustein alle Erwartungen.

Schon im ersten Quartal nach dem Startschuss wurden mehr als in halbe Million Exemplare des NE555 verkauft.

Schließlich begriffen auch die anderen Halbleiterhersteller, dass mit einem solchen Timerbaustein große Gewinne möglich sind und bauten den NE555 nach.

Etwa ein halbes Jahr nach dem Erscheinen des Originals gab es Kopien des Bausteins bereits von acht verschiedenen Herstellern; zum Teil mit anderen Typenbezeichnungen wie LM555, KA555, SN72555 und MC1455. Sogar in der ehemaligen Sowjetunion gab es Nachbauten.

Heute ist der NE555 in zahllosen elektronischen Anwendungen zu finden. Und auch die Elektronikbastler setzen seit vielen Jahren auf den Chip, wenn es um das Steuern von anderen Bauteilen geht.

Technische Daten, Gehäusevarianten und Pinbelegung zum NE555

Der NE555 ist ein integrierter Schaltkreis, der als Timer oder Oszillator dient.

Seine Grundfunktion besteht darin, Zeitspannen zu generieren oder Signale zu erzeugen. Dabei kann er in verschiedenen Modi arbeiten, darunter als monostabil, astabil oder als Schmitt-Trigger. Dies macht den NE555 äußerst vielseitig.

Die wichtigsten technischen Daten des NE555 im Überblick:

• Betriebsspannung: 4,5 bis 15 Volt
• Stromaufnahme bei 5 Volt: 3 bis 6 mA
• Stromaufnahme bei 15 Volt: 10 bis 15 mA
• maximaler Ausgangsstrom an Pin 3: 200 mA
• maximale Frequenz: 500 kHz
• Arbeitstemperatur: 0 bis70 °C

Hinweis:

Die technischen Daten der CMOS-Versionen (z. B. ICM7555 o. TLC555) weichen zum Teil ab. Besonders beim Ausgangsstrom und der maximalen Betriebsspannung gibt es Unterschiede. Mehr dazu im Abschnitt über Gehäuse und Varianten weiter unten.

Die verschiedenen Gehäuse und Varianten des NE555

Die integrierte Schaltung mit der Bezeichnung NE555 wurde von Anfang an mit einem DIP-Gehäuse (DIP = Dual in-line package) hergestellt. Anfangs gab es die integrierte Schaltung auch in einem runden Metallgehäuse des Typs TO-78, welches heute allerdings nicht mehr üblich ist. Vereinzelt findet man diese Bausteine aber noch in älteren Geräten aus der damaligen Zeit.

Der NE555 wurde sogar mit Keramikgehäusen hergestellt. Später folgten verschiedene Gehäuse, wie diese für die SMD-Technik (Surface Mounted Device = oberflächenmontierte Bauteile) benötigt wurden. Die entsprechenden Gehäusebezeichnungen lauten SOIC, SSOP und TSSOP.

Werden mehrere NE555 in einer Schaltung benötigt, gibt es auch integrierte Schaltungen mit mehreren NE555 in einem Gehäuse. Die Bezeichnung für die integrierte Schaltung mit zwei Timern lautet NE556, die Bezeichnung für die Variante mit vier Schaltungen NE558.

Auch Schaltungsvarianten in der CMOS-Technik wurden auf den Markt gebracht. Diese integrierten Schaltungen lassen sich übrigens genauso einsetzen wie die anderen Exemplare mit der Bipolartechnik, bieten aber den Vorteil eines deutlich geringeren Stromverbrauchs. Allerdings sind die Ausgangsströme der CMOS-Bauteile auch etwas geringer.

Typische CMOS-Varianten des 555-Timers:

• LMC555 (Texas Instruments): sehr geringer Ruhestrom, geeignet für Batteriebetrieb
• ICM7555 (Intersil/Renesas): klassische CMOS-Variante, weit verbreitet
• TLC555 (Texas Instruments): gute Verfügbarkeit, pin-kompatibel zum NE555
• ICM7556: CMOS-Variante mit zwei Timern in einem Gehäuse

NE555 Anschlussbelegung und die Funktionen der einzelnen Anschlüsse

Der NE555 ist ein vielseitig einsetzbarer Timer-IC mit acht Anschlüssen. Die Pinbelegung ist bei allen Gehäusevarianten (DIP, SOIC, TSSOP) identisch. Lediglich die physische Anordnung der Pins unterscheidet sich bei SMD-Gehäusen. Hier eine einfache und leicht verständliche Übersicht der einzelnen Pins und ihrer Funktionen:​

1. GND (Masse): Dieser Pin stellt die Verbindung zum negativen Pol der Versorgungsspannung her und dient als Bezugspunkt für alle Spannungen im Timer 555.​
2. TRIG (Trigger): Ein externer Impuls an diesem Eingang, der unter ein Drittel der Versorgungsspannung fällt, startet den Timer und setzt den Ausgang auf HIGH.
3. OUT (Ausgang): Hier wird das Steuersignal ausgegeben. Der Pegel wechselt zwischen HIGH und LOW entsprechend der internen Steuerung des Timers.​ Über einen WIderstand lässt sich eine LED ansteuern.
4. RESET (Zurücksetzen): Ein LOW-Signal an diesem Pin setzt den Timer zurück und bringt den Ausgang auf LOW. Wird dieser Pin nicht verwendet, sollte er mit der Versorgungsspannung verbunden werden, um Fehlfunktionen zu vermeiden.​
5. CTRL (Steuerspannung): Über diesen Anschluss kann die interne Referenzspannung angepasst werden, was die Schwellwerte der Komparatoren beeinflusst. Standardmäßig wird hier ein Kondensator von 10 nF gegen Masse geschaltet, um Störungen zu unterdrücken.
6. THR (Threshold/Schwelle): Wenn die Spannung an diesem Eingang über zwei Drittel der Versorgungsspannung steigt, wird der Timer zurückgesetzt und der Ausgang geht auf LOW.
7. DIS (Discharge/Entladung): Dieser Pin ist mit einem internen Transistor verbunden, der es ermöglicht, einen externen Kondensator zu entladen. Dies ist besonders nützlich in Oszillatorschaltungen.​
8. VCC (Versorgungsspannung): Hier wird die Betriebsspannung angelegt, typischerweise zwischen 4,5 V und 15 V, die den gesamten IC versorgt.​ Zur Stabilisierung empfiehlt sich ein Abblockkondensator von 100 nF direkt zwischen Pin 8 und Pin 1, möglichst nah am IC platziert.

Der interne Aufbau des Timers 555

Der NE555 besteht aus mehreren elektronischen Bauteilen, die zusammenarbeiten, um ein präzises Zeit- oder Schaltsignal zu erzeugen. Dazu gehören Spannungsteiler, Komparatoren, ein Flip-Flop, ein Entladetransistor und eine Ausgangsstufe. Die folgende Skizze zeigt den internen Aufbau des Timers 555.

Der Spannungsteiler als 3 Widerständen als Basis

Im Inneren des NE555 gibt es drei gleich große Widerstände, welche die Betriebsspannung in drei gleiche Teile aufteilen.

Dadurch entstehen bei keiner Außenbeschaltung zwei feste Referenzspannungen:

Eine bei einem Drittel der Betriebsspannung und eine bei zwei Dritteln der Betriebsspannung.

Diese Referenzwerte werden später verwendet, um zu entscheiden, wann der Ausgang des Timers ein- oder ausgeschaltet wird.

Die Komparatoren des NE555 als elektronische Vergleicher

Der NE555 enthält zwei sogenannte Komparatoren (Vergleicher). Diese Bauteile vergleichen die Eingangsspannung mit den festen Referenzspannungen.

• Der erste Komparator überwacht den sogenannten Trigger-Eingang. Wenn die Spannung dort unter ein Drittel der Versorgungsspannung fällt, schaltet er den Timer ein.
• Der zweite Komparator überwacht den Threshold-Eingang. Wenn die Spannung dort über zwei Drittel der Eingangsspannung am Spannungsteiler ansteigt, schaltet er den Timer wieder aus.

Diese beiden Vergleicher sind also dafür verantwortlich, wann der NE555 seinen Ausgang auf „An“ (High) oder „Aus“ (Low) setzt.

Das Flip-Flop speichert den Schaltzustand

Der NE555 enthält eine Art kleinen Speicher, das sogenannte Flip-Flop. Dieses Bauteil merkt sich, ob der Timer gerade aktiviert oder deaktiviert ist.

• Wenn der erste Komparator (am Trigger-Eingang Pin 2) ein Signal abgibt, wird das Flip-Flop über seinen Set-Eingang S eingeschaltet – der Ausgang des NE555 wird „High“ (5V oder 12V, je nach Betriebsspannung).
• Wenn der zweite Komparator (am Treshold Pin 6) ein Signal abgibt, wird das Flip-Flop über seinen Reset-Eingang R ausgeschaltet – der Ausgang geht auf „Low“ (0V).

Das Flip-Flop sorgt also dafür, dass der NE555 seinen Zustand stabil hält, bis sich etwas an den Eingangssignalen ändert. Es besitzt einen weiteren Reset-Anschluss, der von außen über Pin 4 des 555-Timers ansteuerbar ist.

Der Entladetransistor – Kondensatorsteuerung

Ein weiteres wichtiges Bauteil im Inneren des NE555 ist der Entladetransistor. Dieser wird oft in Verbindung mit einem externen Kondensator verwendet. Setzt man den Timer zurück, leitet der Transistor den Strom vom Kondensator nach Masse, sodass sich der Kondensator schnell entlädt. Er schaltet also immer dann auf Masse durch, wenn der Ausgang des 555 auf Low-Pegel liegt. Das ist der Grund, warum Pin 7 (Discharge) und Pin 6 (Threshold) in vielen Schaltungen gemeinsam beschaltet werden.

Die Ausgangsstufe des NE555

Schließlich gibt es noch die Ausgangsstufe. Sie besteht aus Transistoren, die stark genug sind, um eine LED, einen Lautsprecher oder sogar ein kleines Relais anzusteuern. Der Ausgang kann entweder „High“ (Betriebsspannung) oder „Low“ (0V beziehungsweise auf Masse) sein, je nachdem, was das Flip-Flop ausgibt. Der maximale Ausgangsstrom von 200 mA ermöglicht den direkten Betrieb kleiner Lasten. Bei größeren Strömen empfiehlt sich ein Treibertransistor.

Wie funktioniert der NE555 in der Praxis?

Wenn Sie eine Taste oder einen Sensor mit dem Trigger-Eingang verbinden, kann der NE555 bei einer bestimmten Spannung den Ausgang aktivieren. Mit einem Kondensator und zwei Widerständen können Sie zudem die Zeit bestimmen, die der Ausgang auf „High“ oder „Low“ bleibt.

Die Zeitdauer im monostabilen Betrieb lässt sich mit der Formel t = 1,1 × R × C berechnen, wobei R der Widerstand in Ohm und C die Kapazität in Farad ist. Für den astabilen Betrieb (Oszillator) gelten andere Formeln. Diese finden Sie im Beitrag über NE555-Schaltungen.

Zwei Beispielschaltungen zur Veranschaulichung

Die folgenden zwei Schaltungen dienen ausschließlich dazu, das Prinzip des NE555 zu illustrieren. Ausführliche Erklärungen, Bauteilwerte, Varianten und weitere Schaltungen finden Sie im separaten Beitrag über NE555-Schaltungen.

Beispielschaltung 1: Einfacher LED-Blinker mit dem NE555

Mit wenigen Bauteilen lässt sich ein LED-Blinklicht aufbauen. Der NE555 arbeitet dabei als astabile Kippstufe und sorgt so für das regelmäßige An- und Ausschalten der LED.

Durch die Wahl von Widerständen und Kondensator lässt sich die Blinkfrequenz einstellen.

Die Diode in der Schaltung sorgt dafür, dass Ein- und Ausschaltsauer der LED etwa gleich lang sind. Mehr zur astabilen Kippstufe mit dem Timer 555 finden Sie auch im Beitrag über den NE555-Blinker.

Beispielschaltung 2: Tongenerator / Summer mit dem NE555

Auch akustische Signale lassen sich mit dem NE555 einfach erzeugen. In dieser Schaltung bringt der NE555 die Membrane in einem Lautsprecher zum Schwingen. Je nach Bauteilwerten und Schaltungsaufbau lassen sich verschiedene Frequenzen erzeugen. Das reicht von einem einfachen Piepton bis hin zu Sirenen.

Mehr Schaltungen und Infos finden Sie im Beitrag Tongenerator mit dem NE555.

Weitere NE555-Schaltungen und Projekte

Die hier gezeigten Beispiele dienen in erster Linie dazu, die Funktionsweise des NE555 besser zu verstehen. Wer den Baustein ein paarmal verwendet hat, wird schnell feststellen, wie viele Aufgaben sich damit lösen lassen.

Eine umfangreiche Sammlung von NE555-Schaltungen mit vielen weiteren Anwendungen, detaillierten Erklärungen und konkreten Nachbauprojekten finden Sie im separaten Beitrag über NE555-Schaltungen.

Dort finden Sie unter anderem:

– Blinkschaltungen und Lauflichter
– Signalgeber und Tongeneratoren
– Zeitsteuerungen und Impulsschaltungen
– sowie viele weitere Anwendungen für praktische Projekte

Tipps, FAQ & weiterführende Ressourcen zum NE555

Praktische Tipps für den Bastler

• Achten Sie auf die richtige Versorgungsspannung: Die meisten NE555 arbeiten zuverlässig zwischen 4,5 V und 15 V.
• Außerdem sollten Sie ruhig verschiedene Bauteilwerte testen. Kleine Änderungen bei Widerständen oder Kondensatoren verändern Frequenz oder Blinkdauer stark. Probieren Sie es ruhig einmal aus.
• Für längere Kabelstrecken oder empfindliche Sensoren kann ein Entstörkondensator zwischen VCC und GND (Pin 8 und Pin 1) hilfreich sein.
• Mehrere NE555 lassen sich kombinieren, um komplexere Schaltungen wie Lauflichter oder Zeitblinker zu realisieren.
• Beim Einsatz auf einem Breadboard: Kurze Verbindungskabel reduzieren Störeinflüsse, besonders bei höheren Frequenzen.

Häufige Fragen zum NE555 (FAQ)

Weiterführende Ressourcen

Schaltungsübersicht mit verschiedenen einfachen NE555-Schaltungen im Überblick und zum Nachbauen, von LED-Blinkern bis PWM-Steuerungen.

Datenblatt und Varianten im NE555-Datenblatt für verschiedene Gehäuseformen (auf der Webseite alldatasheet.com).