555-Timer Astabiler Oszillator: LED-Demo & Tastverhältnis-Erkundung

Benötigte Bauteile und Materialien

• Zwei 6-V-Batterien
• 0,1 µF unpolarisierter Kondensator (Radio Shack #272‑135)
• 555-Timer-IC (Radio Shack #276‑1723)
• Zwei LEDs (Radio Shack #276‑026 oder gleichwertig)
• 1 MΩ Widerstand
• 100 kΩ Widerstand
• Zwei 510 Ω Widerstände
• Audiodetektor mit Kopfhörern
• Oszilloskop (empfohlen, aber nicht erforderlich)

Ein Oszilloskop hilft bei der Wellenformanalyse, aber ein Audiodetektor ist eine praktische Alternative, falls keines verfügbar ist.

Querverweise

Lessons In Electric Circuits, Bd. 4, Kapitel 10: „Multivibratoren.“

Lernziele

• 555-Timer als astabilen Multivibrator demonstrieren.
• Tastverhältnis (Duty Cycle) erklären und berechnen.

Schaltplan

Aufbauillustration

Anleitung

Der 555-IC ist ein vielseitiger Timer, der als astabiler Multivibrator funktionieren kann. In Kombination mit einem Kondensator und zwei Widerständen, wie gezeigt, oszilliert er frei und erzeugt eine Rechteckwelle, die zwei LEDs abwechselnd ein- und ausschaltet.

Die Schaltung funktioniert durch abwechselndes Laden und Entladen des Kondensators. Der 555 entlädt den Kondensator, wenn die Spannung am Threshold-Pin zwei Drittel von V_CC übersteigt. Die Entladung stoppt, wenn die Spannung am Trigger-Pin unter ein Drittel von V_CC fällt, wodurch die Kondensatorspannung in einem Sägezahnmuster zwischen 1/3 und 2/3 V_CC oszilliert.

Während des Ladezyklus fließt Strom durch die in Reihe geschalteten 1-MΩ- und 100-kΩ-Widerstände, was eine lange Zeitkonstante erzeugt. Wenn der Discharge-Pin durch den internen Transistor auf Low gezogen wird, entlädt sich der Kondensator allein über den 100-kΩ-Widerstand, was eine viel kürzere Zeitkonstante ergibt. Die resultierende Rechteckwelle hat eine „High“-Periode, die länger ist als die „Low“-Periode, was ein Tastverhältnis von über 50 % ergibt.

Der Output-Pin des 555 ist hoch (≈V_CC) während der Kondensator lädt und niedrig (≈0 V) während er entlädt. Dieses abwechselnde Signal treibt die beiden LEDs in entgegengesetzten Phasen an, sodass eine LED länger leuchtet als die andere, was das Tastverhältnis widerspiegelt.

Nutzen Sie den Audiodetektor oder das Oszilloskop, um die Wellenform zu visualisieren. Variieren Sie Widerstands- und Kondensatorwerte, um Änderungen in Frequenz und Tastverhältnis zu beobachten.

Zugehöriges Arbeitsblatt

• Timer Circuits Worksheet