../icons/Logo.pngPraktische Elektronik


Funktion des Timers 555 im astabilen Betrieb


list.png

Timer 555 astabil

Der Timer 555 ist eine einfache Anwendung der Ladung und Entladung eines Kondensators über einen Widerstand, wie sie in Kondensator und Widerstand beschrieben ist.

Die Schaltung ist nur geringfügig modifiziert:

RC_Glied_Timer555.png
Bild 1: RC-Glied des Timers 555

Im Gegensatz zur Ladung/Entladung des Kondensators in Kondensator und Widerstand wird hier der Widerstand nicht unmittelbar auf die Versorgungsspannung U bzw. 0V geschaltet.

Bei geöffnetem Schalter wird der Kondensator C über die Widerstände R1 + R2 aufgeladen. Bei geschlossenem Schalter wird der Kondensator über den Widerstand R2 entladen.

Beim Aufladen des Kondensators ergibt sich die Zeitkonstante τ1 = C * (R1 + R2), beim Entladen τ2 = C * R2. Die Zeitkonstante für das Aufladen ist größer als die für das Entladen.

Im Timer 555 ist der Schalter ein Transistor. Er wird eingeschaltet, wenn die Spannung am Kondensator größer als (2/3)U (zwei Drittel) der Versorgungsspannung ist. Wenn die Spannung am Kondensator unter U/3 sinkt, wird er wieder ausgeschaltet. Damit wird der Kondensator bis auf (2/3)U aufgeladen, dann auf U/3 entladen, wieder auf (2/3)U aufgeladen usw.

Betrachten wir die Spannung Uc am Kondensator ergibt sich folgender Verlauf.

Ladung-Entladung-Kondensator-555.png
Bild 2: Spannung am Kondensator des Timers 555

Die Zeiten t1 und t2 geben an, wie lange der Kondensator aufgeladen (t1) und entladen (t2) wird. Es ist deutlich zu erkennen, dass das Aufladen langsamer erfolgt als das Entladen. Die Kurve ist idealisiert, da sie, wie in Kondensator und Widerstand beschrieben, in Wirklichkeit nicht geradlinig, sondern gekrümmt verläuft.

Timer555-astabil.png
Bild 3: Tatsächliche Spannung am Kondensator des Timers 555
Attention >
  • Zwischen der magenta Linie für U/3 und der grünen Linie für (2/3)U verläuft die Spannung fast gerade.
  • Die Krümmung können wir gut vernachlässigen.

In Bild 3

  • lädt sich der Kondensator zunächst (blaue Kurve) bis zur grünen Linie auf.
  • Dann entlädt er sich entsprechend der orangen Kurve bis zur magenta Linie.
  • Er lädt sich wieder entsprechend der gelben Kurve bis zur grünen Linie auf.
  • Er entlädt sich wieder entsprechend der dunkelblauen Kurve bis zur magenta Linie.
  • ...

Die Zeitkonstante τ1 = C* (R1 + R2) ist größer als τ2 = C * R2, d.h. der Kondensator lädt sich langsamer auf als er sich entlädt. Dieses ist in Bild 3 zu sehen:

  • Die Spannung am Kondensator steigt (blau) langsamer als sie fällt (orange).
Attention attention Die Zeiten t1 und t2 dürfen nicht mit den Zeitkonstanten τ1 und τ2 verwechselt werden.

Schmitt-Trigger

Betrachten wir nun die Schaltung, die das Ein- und Ausschalten des Transistors bewirkt.

In Bild 3 sind die beiden Spannungspegel eingetragen, bei denen der Transistor einschaltet.

  • An der grünen Linie schaltet der Transistor ein.
  • An der violetten Linie schaltet der Transistor aus.

Der Timer 555 enthält sozusagen einen Schmitt-Trigger mit den beiden Pegeln (2/3)U und U/3.

  • Bei (2/3)U schaltet der Transistor ein.
  • Bei U/3 schaltet der Transistor aus.
Timer-555-Schmitt-Trigger.png
Bild 4 Schaltung des Timers 555 mit Schmitt-Trigger

Nähere Betrachtung des Spannungsverlaufs

Wir betrachten Bild 3.

  • Zunächst ist der Transistor ausgeschaltet.
  • Der Kondensator lädt sich entsprechend der blauen Kurve auf.
  • Bis er die grüne Linie schneidet.
  • Der Schmitt-Trigger erkennt den oberen Pegel und
  • schaltet den Transistor ein.
  • Der Kondensator entlädt sich entsprechend der orangen Kurve.
  • Der Schmitt-Trigger erkennt den unteren Pegel und
  • schaltet den Transistor aus.
  • Der Ablauf beginnt erneut mit der gelben Kurve, gefolgt von der dunkelblauen Kurve.
  • ...