NE555: Fakten und Schaltungen

NE555-Schaltung auf einem Breadboard
Die integrierte Schaltung NE555 im Einsatz

Der Timer NE555 (oft nur als 555 bezeichnet), ist einer der kleinen und unscheinbaren Helden in der Elektronikwelt. In diesem Beitrag erfahren Sie mehr über dieses vielseitige Bauteil.

Erfahren Sie, wie es funktioniert und entdecken Sie Anwendungsbeispiele. Schon in diesem Beitrag finden Sie einfache NE555-Schaltungen, die mit nur wenigen gängigen Bauteilen auskommen.

Wenn Sie mitmachen und den NE555 gleich in der Praxis ausprobieren wollen, sehen Sie sich die Beispielschaltungen zum Schalten, Blinken und Tönen weiter unten an.

Bereit, den NE555 näher kennenzulernen? Möchten Sie vielleicht sogar einige NE555-Schaltungen aufbauen? Dann lesen Sie weiter.

Zunächst folgen aber ein paar wichtige Informationen zum Timer 555 und warum dieses kleine DIL8-IC so gut wie jeder kennt, der schon einmal elektronische Schaltungen aufgebaut hat.

Integrierte Schaltungen wie der NE555 machen das Elektronikbasteln einfacher

Im Menü finden Sie weitere Anwendungsbeispiele für das Timer-IC NE555, die ich nach und nach hier veröffentlicht habe. Dabei handelt es sich größtenteils um recht einfach aufzubauende elektronische Schaltungen, die großen Freiraum für das Experimentieren und Ausprobieren lassen und damit Platz zum Entwickeln eigener Schaltungen bieten sollen.

Doch zunächst sollen Sie erfahren, wozu sich der NE555 verwenden lässt. Hier ist ein kleiner Auszug aus den möglichen Anwendungsgebieten des NE555:

  • Zeitschaltung mit optischem Ausgang
  • Einstellbare (Kurzzeit-) Schaltuhr
  • Sensortaste
  • Akustischer Schalter
  • Blinker und Lauflicht
  • Tonsignalgeber
  • Sirene
  • Drehzahlsteuerungen für Gleichstrommotoren

Und nun etwas zur Entstehungsgeschichte des NE555.

Wann und wie der NE555 entstanden ist

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, wurden bis dato entsprechende Schaltungen häufig mit Operationsverstärkern aufgebaut. Außerdem wurde bezweifelt, ob überhaupt ein Markt für spezialisierte ICs bestünde. Außerdem befürchtete man, die integrierte Schaltung 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. Bereits 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 gemacht werden konnten 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 etwa LM555, KA555, SN72555 oder auch MC1455. Sogar in der ehemaligen Sowjetunion wurden Nachbauten hergestellt.

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.

Die technischen Daten des 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 Schmitt-Trigger. Dies macht den NE555 äußerst vielseitig.

An dieser Stelle möchte ich einige technische Daten zum NE555 nennen:

  • 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.

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 Typenbezeichnungen der CMOS-Bauteile lauten LMC555, ICM7555 oder TLC555. Auch Varianten mit zwei Timerschaltungen in einem Gehäuse sind mit CMOS-Technik erhältlich, so beispielsweise der Baustein mit der Bezeichnung ICM7556.

Schaltungen mit dem NE555

Kommen wir nun zu den praktischen Anwendungen für den Timer 555. Ein paar davon haben Sie dem Namen nach bereits am Anfang des Beitrags kennengelernt. Hier sind noch einige weitere Anwendungsmöglichkeiten.

Der NE555 in der Pulsweitenmodulation

Einer der häufigsten Verwendungszwecke des NE555 ist die Pulsweitenmodulation (PWM). Mit diesem Timer-Chip lassen sich präzise Steuersignale für Motoren und andere Verbraucher erzeugen, um deren Geschwindigkeit oder Helligkeit zu regeln.

PWM ist ein Verfahren zur Steuerung der Leistung von elektrischen Verbrauchern wie Motoren, LEDs oder Heizelementen. Statt die Spannung kontinuierlich zu ändern, werden kurze Pulsimpulse erzeugt. Diese Impulse haben eine einstellbare Breite, daher der Name „Pulsweitenmodulation“. Durch die Änderung der Pulsbreite kann die durchschnittliche Leistung, die an den Verbraucher geliefert wird, gesteuert werden.

Der NE555 ermöglicht diese PWM-Steuerung, indem er einen der grundlegenden Betriebsmodi, den sogenannten „Astabilbetrieb“, verwendet. In diesem Modus erzeugt der NE555 eine kontinuierliche Abfolge von rechteckigen Impulsen, bei denen die Dauer der „An“-Phase und der „Aus“-Phase unabhängig voneinander einstellbar ist.

Der NE555 als Tonsignalgenerator

Da der Timer 555 periodische Impulse erzeugen kann, ist er auch für die Generierung von Tonsignalen geeignet. Durch die Variation der Frequenz und der Pulsweite dieser Impulse können Sie Töne unterschiedlicher Art erzeugen, auch mit mehreren Timer-ICs im Zusammenspiel.

Wenn Sie ein einfaches DIY-Synthesizer-Experiment durchführen, können Sie den NE555 verwenden, um verschiedene Tonhöhen zu erzeugen. Durch Anpassen der Widerstände und Kondensatoren im Schaltkreis können Sie die Frequenz und damit die Tonhöhe steuern. Eine einfache Schaltung dafür finden Sie weiter unten in diesem Beitrag.

LED-Blinker mit dem NE555

Die meisten von uns haben den Timerbaustein 555 in Form von Blinklichtern gesehen. Dies ist eine der klassischen Anwendungen, die für Anfänger leicht zugänglich sind. Natürlich geht das nicht nur mit LEDs. Wenn Sie wollen, können Sie auch Glühlampen blinken lassen, also einen NE555-Blinkgeber aufbauen.

LED-Wechselblinker mit dem NE555

Auch dazu finden Sie weiter unten Schaltungen für Blinker und Wechselblinker mit LEDs.

Weitere Anwendungen sind:

  • Schalten und Steuern
  • im Modellbau
  • in der Elektronikausbildung

Warum ist der Timer 555 so populär?

Der NE555 erfreut sich seit Jahrzehnten großer Beliebtheit, und das aus guten Gründen. Seine Vielseitigkeit, einfache Handhabung und die kostengünstige Verfügbarkeit machen ihn zu einem Allrounder in der Elektronikwelt.

Hier sind die wichtigsten Gründe dafür:

  • sehr vielseitig einsetzbar
  • einfache Handhabung
  • kostengünstig und leicht verfügbar
  • bewährt und zuverlässig
  • für Anfänger und fortgeschrittene Elektroniker geeignet

Auch für Elektronik-Anfänger geeignet

Ein weiterer entscheidender Faktor für die Beliebtheit des NE555 ist seine Benutzerfreundlichkeit. Selbst für Anfänger in der Elektronik ist der NE555 relativ leicht zu verstehen und zu verwenden. Die grundlegenden Betriebsmodi und Schaltungskonzepte sind einfach zu erlernen, und es gibt zahlreiche Ressourcen, Schaltpläne und Tutorials, die den Einstieg erleichtern. Dies macht den NE555 zu einer ausgezeichneten Wahl für Bildungszwecke und als Einstieg in die Welt der Elektronik.

Einige 555-Schaltungen für den Einstieg

Hier sind nun ein paar Schaltungen, die Ihnen einen Überblick über die Vielseitigkeit des NE555 bieten sollen. Sie können die Schaltungen gerne selbst ausprobieren.

Was Sie dafür benötigen:

  • eine 9-Volt-Blockbatterie mit passendem Batterieclip
  • Ein paar Widerstände: 1x 470 Ohm, 2x 1Kiloohm, 2x 10 Kiloohm
  • ein Poti mit 100 Kiloohm
  • eine Diode 1N4148 oder ähnlich
  • zwei Kondensatoren mit 100 Nanofarad
  • je einen Elektrolytkondensator mit 10 und 100 Mikrofarad (µF)
  • zwei LEDs (z. B. gelb und grün)
  • zwei Taster
  • ein DIL-IC NE555 oder baugleich
  • ein Steckboard und einige Verbindungsleitungen

Hier sind die Schaltungen:

Monostabile Kippstufe (Ausschaltverzögerung)

Nach dem kurzzeitigen Drücken des Tasters S1 schaltet der 555 die LED ein. Dann läuft eine gewisse Zeitspanne ab, in der die LED leuchtet, ehe sie Schließlich ausgeht.

Monostabile Kippstufe mit dem NE555

Die Zeitspanne, wie lange die LED leuchtet, lässt sich unter anderem durch den Kapazitätswert des Elektrolytkondensators C2 variieren. Hier liegt sie bei etwa 11 Sekunden.

Die bistabile Kippstufe

Die folgende Schaltung ist eine bistabile Kippstufe, mit deren Hilfe ein Verbraucher (hier wieder unsere Leuchtdiode) mit zwei Tasten ein- und ausschalten lässt.

Bistabile Kippstufe mit dem Timer 555

Mit dem Taster S1 lässt sich die LED am Pin 3 einschalten, mit S2 ausschalten.

Astabile Kippstufen mit dem NE555

Jetzt folgen noch ein paar Schaltungen mit astabilen Kippstufen mit dem Timer 555. Zunächst sehen Sie einen LED-Blinker.

NE555 LED-Blinker

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.

Natürlich können Sie auch einen Wechselblinker aufbauen. Dazu erweitern Sie die Schaltung wie im folgenden Schaltbild zu sehen um eine zweite Leuchtdiode.

NE555 Wechselblinker

Wollen Sie die Blinkfrequenz stufenlos einstellen? Das funktioniert wie im folgenden Schaltbild zu sehen mit einem Potentiometer mit 100 Kiloohm, das in Reihe mit R1 geschaltet wird und eine variable Blinkfrequenz ermöglicht.

Das Gleiche funktioniert auch mit dem Wechselblinker.

Wollen Sie statt eines NE555-Blinkers lieber einen Ton mit dem 555 Timer erzeugen?. Das funktioniert recht einfach. Sie brauchen nur die LED(s) durch einen Signalgeber wie einen kleinen Lautsprecher mit einem geeigneten Widerstand wie im Schaltbild zu sehen zu ersetzen.

Die Tonhöhe ist mit dem Potentiometer einstellbar.

Nun kennen Sie bereits einige gängige NE555-Schaltungen. Es gibt ganze Bücher voll davon. Probieren Sie diese Schaltungen gerne aus und experimentieren Sie damit. Das ist der beste Weg, um einen Einstiegt in die NE555-Schaltungen zu erhalten.

Und wenn Sie noch mehr Schaltungen mit dem NE555 sehen wollen:

Hier sind die 555-Schaltungen in dieser Kategorie:

Fotos und Texte in dieser Rubrik: Gerd Weichhaus