555-Timer IC meistern: Prinzipien, Blockdiagramme & Schaltpläne

In diesem Tutorial lernen wir, wie der 555-Timer funktioniert – einer der beliebtesten und am weitesten verbreiteten ICs aller Zeiten. Video ansehen oder schriftliche Anleitung unten lesen.

Überblick

Der 555-Timer (1971 von Hans Camenzind entworfen) findet sich in Geräten von Spielzeug über Küchengeräte bis hin zu Raumfahrzeugen. Er ist ein hochstabiler IC für präzise Zeitverzögerungen und Oszillationen. Drei Betriebsmodi: bistabil, monostabil, astabil.

Funktionsweise, internes Schaltbild & Blockdiagramm

Schauen wir ins Innere. Internes Schaltbild: 25 Transistoren, 2 Dioden, 15 Widerstände.

Als Blockdiagramm: 2 Komparatoren, Flip-Flop, Spannungsteiler, Entladetransistor, Ausgangsstufe.

Spannungsteiler: Drei identische 5-kΩ-Widerstände → Referenzspannungen bei 1/3 und 2/3 der Versorgungsspannung (5–15 V).

Zwei Komparatoren: Vergleichen Spannungen an nicht-invertierendem (+) und invertierendem (-) Eingang. + > - → Ausgabe 1. - > + → Ausgabe 0.

Erster Komparator: - Eingang an 2/3-Referenz (Spannungsteiler) & externer „Control“-Pin, + Eingang an externen „Threshold“-Pin.

Zweiter Komparator: - Eingang an „Trigger“-Pin, + Eingang an 1/3-Referenz.

Über Trigger, Threshold, Control steuern wir die Komparatorausgänge → R- und S-Eingänge des Flip-Flops. Flip-Flop: Q=1 bei R=0, S=1; Q=0 bei R=1, S=0. Externer „Reset“-Pin kann Flip-Flop zurücksetzen (überschreibt R/S).

Q-Ausgang (invertiert) → Ausgangstreiber (source/sink 200 mA). Flip-Flop-Ausgang steuert auch Transistor, der „Discharge“-Pin auf Masse zieht.

555-Timer – Bistabiler Modus

Beispiel: Zwei externe Widerstände, zwei Taster.

Trigger & Reset über Widerstände an VCC → immer High. Taster zwischen Pins & Masse → gedrückt = Low.

Initial: Beide Komparatoren 0 → Flip-Flop & 555-Ausgang 0.

Trigger-Taster drücken → Trigger Low → Komparator High → Flip-Flop Q Low → Ausgangstreiber invertiert → 555-Ausgang High.

Ausgang bleibt High (Flip-Flop speichert), solange Trigger nicht gedrückt. Für Low: Reset-Taster drücken → Flip-Flop & ganzes IC zurücksetzen.

Verwandtes Tutorial: Was ist ein Schmitt-Trigger | Wie es funktioniert

555-Timer – Monostabiler Modus

Beispielschaltung:

Trigger über Widerstand an VCC → High → Trigger-Komparator 0 an S. Threshold Low → Threshold-Komparator 0. Threshold Low, weil Q High → Entladetransistor leitet → Spannung über C1 geht über Transistor zu Masse.

Trigger-Taster drücken → Trigger Low → Komparator 1 an S → Q Low → 555-Ausgang High. Entladetransistor aus → C1 lädt über R1.

Zustand bleibt, bis C1-Spannung 2/3 Versorgungsspannung erreicht. Dann Threshold > 2/3 → Komparator 1 an R → Flip-Flop zurück → Q High → Entladetransistor an → Ausgang Low.

High-Zeit = Ladezeit von C1 auf 2/3 Vcc. Berechnung: T = 1,1 × C1 × R1.

555-Timer – Astabiler Modus

Hier wird der IC zum Oszillator (Free Running Multivibrator). Kein stabiler Zustand, kontinuierliches Umschalten ohne externen Trigger. Beispielschaltung:

Nur zwei Widerstände, ein Kondensator. Trigger & Threshold miteinander verbunden → kein externer Trigger nötig. Initial: Spannungsquelle lädt C1 über R1 & R2. Während Laden: Trigger-Komparator 1 (Spannung < 1/3 Vcc) → Q=0, Entladetransistor aus → Ausgang High.

Bei 1/3 Vcc: Trigger-Komparator 0 (keine Änderung, R=S=0). Spannung steigt weiter. Bei 2/3 Vcc: Threshold-Komparator 1 an R → Entladetransistor an → C1 entlädt über R2 & Transistor → Ausgang Low.

Entladend: Spannung fällt. Threshold-Komparator sofort 0 (R=S=0). Bei 1/3 Vcc: Trigger-Komparator 1 → Entladetransistor aus → C1 lädt wieder. Zyklus (Laden/Entladen zwischen 2/3 und 1/3 Vcc) läuft selbstständig → Rechtecksignal am Ausgang.

High- & Low-Zeit per Formel berechenbar. High-Zeit hängt von R1, R2, C ab. Low-Zeit nur von R2, C. Summe = Periodendauer. Frequenz = 1 / Periode.

Modifikation: R2 durch Potentiometer ersetzen → sofortige Frequenz- & Tastverhältnis-Kontrolle. Mehr dazu im nächsten Video (PWM DC-Motor-Regler mit 555).

Hoffentlich lehrreich. Fragen in den Kommentaren.