555 Monostabiler Multivibrator bauen: Schritt-für-Schritt-Anleitung

555 Monostabiler Multivibrator bauen

Dieses einsteigerfreundliche Tutorial führt Sie durch die einfachste 555-Timer-Schaltung, den monostabilen Multivibrator. Sie lernen, wie der interne Flip-Flop des 555 einen einzelnen Ausgabeimpuls steuert, wie das Timing-Intervall berechnet wird und warum das Design immun gegen Versorgungsspannungsvariationen ist.

Benötigte Bauteile und Materialien

• 1× 9V-Batterie
• Batterieclip (Radio Shack #270‑325)
• Mini-Hakenclips (an Batterieclip gelötet, Radio Shack #270‑372)
• Uhr mit Sekundenzeiger oder Stoppuhr
• 1½″‑bis‑2″ Draht (3,8 bis 5 mm), halb gefaltet (roter Draht in Abbildung)
• U1 – 555-Timer-IC (Radio Shack #276‑1723)
• D1 – Rote LED (Radio Shack #276‑041 oder gleichwertig)
• D2 – Grüne LED (Radio Shack #276‑022 oder gleichwertig)
• R1, R2 – 1 kΩ, ¼W Widerstände
• Rt1 – 27 kΩ, ¼W Widerstand
• Rt2 – 270 kΩ, ¼W Widerstand
• C1, C2 – 0,1 µF Kondensatoren (Radio Shack #272‑1069 oder gleichwertig)
• Ct – 10 µF Kondensator (Radio Shack #272‑1025 oder gleichwertig)
• Ct – 100 µF Kondensator (Radio Shack #272‑1028 oder gleichwertig)

Querverweise

• Lessons In Electric Circuits, Bd. 1, Kap. 13: „Elektrische Felder und Kapazität“
• Lessons In Electric Circuits, Bd. 1, Kap. 13: „Kondensatoren und Analysis“
• 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: „Monostabile Multivibratoren“

Lernziele

• Betrieb eines monostabilen Multivibrators verstehen.
• RC-Zeitkonstanten-Konzept in einer praktischen Schaltung anwenden.
• 555-Timer als nicht-retriggerbaren monostabilen Multivibrator konfigurieren.

Schaltplan

Aufbauillustration

Anleitung

Der 555 wird oft als „Timer“-IC bezeichnet wegen Schaltungen wie dieser. Im monostabilen Modus bewirkt ein einzelner Low-Pegel-Triggerimpuls, dass der Ausgang für eine feste Dauer High geht, bestimmt durch den externen Widerstand und Kondensator.

Die grüne LED leuchtet, wenn der 555-Ausgang High ist, die rote LED bei Low. Dieser visuelle Hinweis hilft, das Timing-Verhalten zu verifizieren.

Da die Schaltung nicht-retriggerbar ist, werden zusätzliche Triggerimpulse während des Timing-Intervalls ignoriert – abgesehen von einer kurzen Edge-only-Bedingung, die durch den Signalkonditionierungs-Widerstand und -Kondensator (Rt und C1) adressiert wird.

Um den Timer zu starten, verbinden Sie den Trigger-Pin (Pin 2) mit Masse. Der Ausgang steigt an, und der Timing-Kondensator (Ct) beginnt, sich über Rt aufzuladen. Sobald Ct 2/3 V_CC erreicht, toggelt der interne Flip-Flop, zieht Pin 7 High, um Ct zu entladen und den Ausgang Low zu bringen.

Für einen 3-Sekunden-Impuls wählen Sie Rt = 27 kΩ und Ct = 10 µF. Tauschen Sie diese Werte gegen Rt = 270 kΩ und Ct = 100 µF für ca. 30 Sekunden. Beachten Sie, dass Toleranzschwankungen (5 % für Widerstände, 20 % für Kondensatoren) die gemessene Zeit um bis zu 25 % beeinflussen können.

Der 555-Betrieb ist weitgehend unabhängig von der Versorgungsspannung. Der Austausch der 9-V-Batterie gegen 6 V oder 12 V ändert die Impulsbreite nicht, obwohl die LED-Helligkeit variieren kann.

C2 ist optional und schirmt die Schaltung primär vor Versorgungsleitungsrauschen ab. In einer sauberen Umgebung können Sie es ohne merkliche Auswirkung weglassen.

Theorie der Funktionsweise

Pin 7 ist ein Transistor, der normalerweise leitet und Ct entladen hält. Wenn Pin 2 auf Low gezogen wird, ermöglichen die internen Komparatoren Ct, sich über Rt aufzuladen. Wenn Ct 2/3 V_CC erreicht, ändert der 555-Flip-Flop seinen Zustand, schaltet den Transistor aus und lässt Ct entladen. Die Schaltfolge kann in den beigefügten Wellenformen visualisiert werden.

Zugehörige Arbeitsblätter

• Timer Circuits