555 Hysterese-Oszillator – Klassischen RC-Multivibrator bauen

Benötigte Bauteile und Materialien

• 1 × 9-V-Batterie
• Batterieclip (Radio Shack Katalog # 270‑325)
• Mini-Hakenclips (an Batterieclip gelötet, Radio Shack Katalog # 270‑372)
• U1 – 555-Timer-IC (Radio Shack Katalog # 276‑1723)
• D1 – Rote LED (Radio Shack Katalog # 276‑041 oder gleichwertig)
• D2 – Grüne LED (Radio Shack Katalog # 276‑022 oder gleichwertig)
• R1, R2 – 1 kΩ, ¼ W Widerstände
• R3 – 10 Ω, ¼ W Widerstand
• R4 – 10 kΩ, 15-Gang-Potentiometer (Radio Shack Katalog # 271‑343)
• C1 – 1 µF Kondensator (Radio Shack Katalog # 272‑1434 oder gleichwertig)
• C2 – 100 µF Kondensator (Radio Shack Katalog # 272‑1028 oder gleichwertig)

Querverweise

• Lessons In Electric Circuits, Bd. 1, Kap. 16 – Spannungs- und Stromberechnungen
• Lessons In Electric Circuits, Bd. 1, Kap. 16 – Unbekannte Zeit lösen
• Lessons In Electric Circuits, Bd. 4, Kap. 10 – Multivibratoren
• Lessons In Electric Circuits, Bd. 3, Kap. 8 – Positive Rückkopplung

Lernziele

• Verstehen, wie ein Schmitt-Trigger einen einfachen RC-Oszillator antreibt.
• RC-Zeitkonstanten-Konzepte zur Steuerung der Oszillationsfrequenz anwenden.
• Eine von mehreren 555-Timer-Astabil-Multivibrator-Konfigurationen erkunden.

Schaltplan

Der folgende Schaltplan zeigt ein gängiges Layout für diesen Oszillator. Eine zweite, äquivalente Darstellung wird ebenfalls unten bereitgestellt.

Alternativ kann die Schaltung mit einer leicht unterschiedlichen Pin-Konfiguration des 555 gezeichnet werden, wie unten illustriert:

Aufbauillustration

Anleitung

Dies ist einer der fundamentalsten RC-Oszillatoren, die Sie bauen können. Er ist unkompliziert, hochgradig vorhersagbar und ideal, um die Kernprinzipien eines Schmitt-Trigger-getriebenen Multivibrators zu demonstrieren.

Hauptmerkmale:

• Basis-Frequenz: ≈0,7 Hz – jede LED toggelt etwa einmal pro Sekunde.
• Einstellbare Frequenz über das 10-kΩ-Potentiometer (R4). Gegen den Uhrzeigersinn drehen erhöht die Frequenz, schließlich in den hörbaren Bereich. Mit 1-µF-Timing-Kondensator kann die Frequenz auf ~70 kHz steigen, weit in den Ultraschallbereich.
• LEDs bieten visuelle Bestätigung der Rechteckwellen-Ausgabe. Die Wellenform ist leicht asymmetrisch, da die 555-Ausgangstransistoren nicht voll an die Versorgungsrails schwingen können. Ein CMOS-555 (z. B. TLC555, Radio Shack # 276‑1718) liefert eine nahezu 50-%-Tastverhältnis-Rechteckwelle.
• R3 schützt den 555 vor Überhitzung, wenn der Kondensator den AC-Anteil des Ausgangs bei frischer 9-V-Batterie auf Masse kurzschließt. Das Weglassen von R3 kann übermäßige Hitze verursachen; nur kurz und mit Vorsicht testen.

Zur Verifizierung des Frequenzsweeps schließen Sie einen Piezo-Lautsprecher oder den Audiodetektor aus Lessons In Electric Circuits, Bd. VI, Kap. 3, Abschn. 12 an. Während das Potentiometer gedreht wird, hören Sie den Ton in Echtzeit ansteigen.

Sicherheitshinweis: Vermeiden Sie große Ströme durch die LED-Anschlüsse; die interne Strombegrenzung des 555 schützt die Schaltung, aber übermäßiger Strom beschädigt die LEDs.

Betriebstheorie

In dieser Konfiguration fungiert der 555 als hysterese-Oszillator – eine Art Relaxationsoszillator, der zwischen zwei stabilen Zuständen wechselt. Die Frequenz wird durch das RC-Netzwerk an Pins 6 und 2 bestimmt, und die Formel lautet:

f = 0,7 / (R × C)

Da die Schwellen- und Triggerpegel des 555 mit der Versorgungsspannung verschieben, bleibt die Oszillatorfrequenz über einen Spannungsbereich relativ stabil, sofern die Rail-to-Rail-Begrenzung des Ausgangs berücksichtigt wird. Die Rechteckwellen-Asymmetrie resultiert aus dem nicht-idealen Ausgangsschwung, aber das Timing wird ausschließlich durch das RC-Paar bestimmt.

Die Abbildungen unten illustrieren die Lade- und Entladekurven, den initial langen Puls und die resultierende asymmetrische Rechteckwelle.

Testen Sie unseren 555 Timer Astable Circuit im Tools-Bereich.