Archiv der Kategorie 'Timer 555 für Anfänger'

tfa – Timer 555 für Anfänger Fortsetzung

Die Logs von meinem Blog, sowie ein paar Mails und Kommentare geben Aufschluss darüber, dass viele sich hierher mit Fragen über den NE555 verirren. Aus Zeit und Energiemangel habe ich mit der Blogserie zum Timer-IC nicht weiter gemacht. Ich werde auf jeden Fall im neuen Jahr versuchen, das wieder gut zu machen und die Serie fortführen. Über Vorschläge und Anregungen bin ich dankbar. In diesem Sinne… zum Teufel mit den guten Vorsätzen!

Adventslicht Elektronik Experimentierkasten

Das Adventslicht vom letzten Jahr habe ich beim Wettbewerb von Expli zum Thema „Licht“ eingereicht. Es handelt sich um ein schönes Adventslicht, welches gleichzeitig einen kleinen Elektronik-Experimentierkasten enthält. Die Schaltung im Inneren ist auf einer Steckplatine aufgebaut und lässt sich beliebig verändern. Ein NE555 ist das Herz der Schaltung. Mit ein paar weiteren Bauteilen lassen sich viele Experimente verwirklichen, die das Verhalten der LED verändern. Vielleicht schaffe ich es ja mal, meine kleine Blogserie zum NE555 weiterzuführen. Dann gibt es noch ein paar Grundlagen und vor allem viele Möglichkeiten zum basteln und experimentieren.


Adventslicht Elektronik-Experimentierkasten

Kühlschrank Tür-Alarm

Instructables-Nutzer herzgamma hat einen Kühlschranktür-Alarm gebastelt. Immer wenn jemand vergisst, die Kühlschranktür zu schließen, geht nach einer Weile ein Alarmton los, um zu signalisieren, dass der Kühlschrank noch offen ist.

Er benutzt dafür einen Microcontroller Attiny85 an den ein Fotowiderstand und ein Piezobuzzer angeschlossen sind. Als ich die Instructable sah, dachte ich mir, dass das auch eine gute Aufgabe für den Timerchip NE555 sein könnte. Schließlich wurde er zum Zweck des Zeitzählens und Schaltens entwickelt, also genau für die Aufgabe, die hier ein Microcontroller erledigt. Außerdem konnte ich so endlich die Bauteile aus dem Conrad-Adventskalender 2011 sinnvoll verwerten. Okay, ein paar Bauteile sind noch dazu gekommen.

Nach einigem Hin und Herdenken und probieren, stand die Idee. Der gesamte Schaltkreis besteht aus vier Komponenten.

Der erste NE555 wird hier als Lichtempfindlicher Schalter verwendet. Er ist so beschaltet, dass wenn Licht auf den Fotowiderstand fällt, am Ausgang ein HIGH (+9V) Signal anliegt. Wird es Dunkel, schaltet der Ausgang auf LOW. Dieser ist mit dem VCC Eingang des NE556 verbunden, der NE556 wird also mit Strom versorgt, wenn der NE555 auf HIGH schaltet.

Auf der einen Seite des NE556 ist eine monostabile Kippstufe aufgebaut. Dies ist eine einfache Zeitverzögerungsschaltung. Da der Trigger-Eingang über den 100nF Kondensator mit Masse (0V oder „–“) verbunden ist, beginnt der Zeitverzögerung sofort nach dem Einschalten und am Ausgang liegt ein HIGH Signal. Dieses wird über die Transistorschaltung umgekehrt, um den Reseteingang des zweiten Timers auf Masse zu ziehen. Ist die Zeitverzögerung beendet, schaltet der Ausgang auf LOW, am Reseteingang des zweiten Timers liegt nun ein HIGH-Signal an, weshalb der zweite Timer seine Arbeit aufnimmt. Dieser ist als astabile Kippstufe beschaltet, das heißt der Ausgang wechselt ständig und sehr schnell seinen Zustand von HIGH auf LOW und so weiter. Dort ist ein Piezolautsprecher angeschlossen, der aus diesem Grund zu schwingen beginnt.

Ich habe das ganze bisher nur auf einer Steckplatine aufgebaut. Hier schonmal der Schaltplan:

Schaltplan Kühlschrankalarm

Nachtrag: Ich habe heute die Zeitverzögerung gestoppt, es sind ca. 25 sekunden. Wenn Dir das zu wenig ist, kannst Du die Werte von C1 oder R4 ändern. Da R4 bereits ein sehr hoher Widerstand ist (2MOhm), denke ich, es ist Sinnvoll, C1 durch einen größeren Kondensator zu ersetzen. Die Werte lassen sich z.B. mit dem NE555-Rechner oder mit der Formel

t = R (in Ohm) * C (in µF) * 1,1

berechnen.

Hier nun ein Bild vom fertigen Projekt. Ich habe die Schaltung in eine kleine Brotbüchse eingebaut. Passt gut zum Thema und macht sich gut im Kühlschrank ;-) .

Kühlschrank Tür Alarm

Nachtrag 2: Nach einer Woche Testlauf kommt die Ernüchterung: die Batterie ist nach 5 Tagen bereits leer. Vielleicht könnte man mit einem anderen Widerstand zwischen VCC und Pin 3 und Pin 6 auf eine bessere Energieeffizienz kommen. Jedenfalls ist die jetzige Version in dieser Form nicht praktikabel.

T5A (5): Opening the Black Box

Endlich der lang erwartete 5. Teil meiner kleinen Blogserie über den Timer NE555:

Das Geheimnis wird gelüftet… Öffnen wir die Black Box. Gut, nicht im wörtlichen Sinne, denn selbst wenn wir den schwarzen Kasten aufkriegen würden, wären die Innereien so klein, dass wir nicht erkennen könnten, was im NE555 so vor sich geht. Also behelfen wir uns mit einem Blockdiagramm:

723px-NE555 Bloc Diagram

Die einzelnen Funktionsbereiche im inneren des NE555 sind hier schematisch dargestellt. Der fortgeschrittene Elektroniker kann sich nun sicher bereits zusammenreimen, was im inneren so vor sich geht. Da sich diese Serie aber bewusst an Anfänger richtet, und ich es selbst kein fortgeschrittener Elektroniker bin, werde ich versuchen alles zu verstehen und so einfach wie möglich zu erklären.

Im Blockbild sehen wir (von rechts nach links):

  • einen Spannungsteiler
  • zwei Komparatoren
  • einen Flip Flop mit einem Inverter
  • einen Transistor
  • einen Verstärker mit einem Inverter

sowie die einzelnen Pins oder Aus- und Eingänge des NE555 entsprechend numeriert und beschriftet.

Elektroniker-Chinesisch? Durchaus! Aber lass dich davon nicht entmutigen. Es ist alles weniger kompliziert als es scheint. Am besten wir beginnen mit dem einfachsten: dem Spannungsteiler, und arbeiten uns Schritt für Schritt vor.

Der Spannungsteiler

555 block spannungsteiler
(im Bild blau unterlegt)

Ein Spannungsteiler macht was sein Name verspricht: er teilt die Spannung! In der Regel besteht er aus zwei oder mehr Widerständen, die in Reihe geschaltet sind. In unserem Fall sind es drei. Die Spannung wird also gedrittelt, und zwar immer dort, wo die Widerstände sind. Aber was rede ich viel, probieren wir es einfach aus.

Für das Experiment benötigst Du neben dem Steckbrett und drei Widerständen ein Multimeter. Ein solches Meßgerät gehört in jeden Elektroniker-Haushalt und solltest Du noch keins haben, ist jetzt der Moment gekommen, eins zu besorgen. Damit kannst Du Spannungen, Ströme und Widerstände messen und es ist sehr hilfreich bei der Fehlersuche in Schaltungen. Im Prinzip reicht ein billiges Gerät aus (ab 5 EUR im Baumarkt), aber vielleicht wirst du mit einem etwas professionellerem Multimeter glücklicher. Meins war nicht sehr teuer und tut seinen Job. Nicht mehr und nicht weniger.

Aber zurück zu unserem Spannungsteiler. Bauen wir ihn auf dem Steckbrett auf.

Zunächst messen wir die gesamte Spannung, also zwischen dem (+)-Pol (VCC) und dem (-)-Pol (Masse) in unserer Schaltung: Wenn die Batterie frisch ist, zeigt das Multimeter ca 9V an.

Nun messen wir zwischen VCC und hinter dem ersten Widerstand:

Das Multimeter zeigt ca 3V an.

Die dritte Messung machen wir zwischen VCC und hinter dem zweiten Widerstand. Nun zeigt das Multimeter ca. 6V an.

Wir können auch die Spannung zwischen dem zweiten Widerstand messen, da sollte eine drei auf dem Multimeter erscheinen. Die drei Widerstände dritteln also die Spannung. Hinter dem ersten Widerstand liegen dann 1/3 Gesamtspannung (Uges) an und hinter dem zweiten 2/3 Uges.

Dasselbe macht nun auch der Spannungsteiler im NE555. Spannungsteiler verstanden? Dann kann es ja weitergehen.

Adventslicht feat. NE555

Für den Instructables Adventskalender habe ich dieses kleine Adventslicht gebastelt. Im inneren befindet sich eine NE555-Schaltung, die die LED langsam ein- und ausfaden lässt.

Die Schaltung ist allerdings nicht auf einer Platine aufgelötet, sondern auf einer Steckplatine aufgebaut. Dies gibt dem User die Möglichkeit, das Verhalten der LED durch Experimente mit dem NE555 zu verändern. So lässt sich z.B. auch eine Blinkschaltung aufbauen, oder die Geschwindigkeit des Faders verändern. Wer Lust hat, kann an dem kleinen Wettbewerb am Ende der Instructable teilnehmen: einfach eine eigene NE555+LED-Schaltung posten und eine 1-järige Pro-Mitgliedschaft bei Instructables gewinnen!

T5A (4): Ein IC mit 8 Beinchen

Okay, wir hatten unseren Spaß. Nun gibt es noch ein wenig Hintergrundwissen für alle, die sich noch nie mit ICs (Integrierten Schaltkreisen / Integrated Circuits) beschäftigt haben.

280px-DIP8, NE555, (shaded, isometric).svg

Der NE555 ist nämlich ein solcher IC. IC bedeutet Integrierter Schaltkreis, d.h. in dem kleinen schwarzen Kasten ist ein ganzer Schaltkreis mit Widerständen, Transistoren und Kondensatoren integriert! Dem ein oder anderen mag dies banal vorkommen, aber vielleicht lernt ein anderer noch etwas dazu. Heutzutage finden sich solche „Chips“ in jedem Haushaltsgerät. Sie integrieren komplizierte Schaltungen, damit diese nicht immer wieder erneut aufgebaut werden müssen. Auch die CPU in deinem Computer ist ein (ziemlich komplizierter) IC. Viele Bastler spielen heute mit Microcontrollern, wie dem Arduino – auch hier ist das Herz ein IC, wenn auch ein programmierbarer.

Den NE555 kann man nicht programmieren. Seine Funktion ist fest eingebaut. Nur durch unterschiedliche Beschaltung, also dem Verbinden der Anschlüsse mit diversen elektronischen Bauteilen, wird die Funktionsweise verändert. So können wir ihn als „Monostabile Kippstufe“ oder als „Multivibrator“ nutzen, oder noch andere Funktionsweisen ermöglichen.

Als es die programmierbaren Microcontroller noch nicht gab, waren solche Chips an der Tagesordnung, deshalb gibt es unzählige ICs mit unterschiedlichsten Funktionen. Okay, aber zurück zum NE555.

Der kleine schwarze Kasten (immer noch „Black Box“ – aber das Geheimnis wird noch gelüftet) hat 8 Anschlüsse. Diese sind von 1 bis 8 durchnummeriert, damit man sie nicht verwechselt. Jeder dieser Anschlüsse hat nämlich eine eigene Funktion. An einer Seite hat der Chip eine kleine Kerbe, damit man die Seiten nicht vertauscht und den Chip ausversehen verkehrtherum einbaut. Die meisten ICs haben so eine Kerbe. Manche sind auch mit einem Punkt gekennzeichnet. Der Punkt ist immer dort, wo Anschluss Nummer 1 ist. Auch die Kerbe befindet sich an der Seite, wo sich der Anschluss 1 befindet.

Die Anschlüsse sind wie folgt durchnummeriert:

Diese Nummerierung gilt für jeden IC mit einem DIP-Gehäuse, egal wie viele Anschlüsse er hat. Hast Du also einen IC, der aus einem solchen schwarzen (manchmal auch weißen) kasten und vielen Beinchen besteht, kannst Du die Anschlüsse auf der linken Seite von oben nach unten, und auf der rechten Seite von unten nach oben durchzählen. Du beginnst immer links oben mit der 1.

Auf der Grafik sind die Anschlüsse auch mit ihren Funktionen beschriftet. Mit diesen werden wir uns in den kommenden Folgen der Serie „Timer 555 für Anfänger“ beschäftigen.

Gut, ich hoffe ihr habt euch nicht extrem gelangweilt mit diesem Grundlagenartikel. Beim nächsten Mal gehts ums eingemachte. Wir schauen, was sich in dem schwarzen Kasten befindet!

T5A (3): Experiment 1 – Monostabile Kippstufe

Ab jetzt wird der Titel dieser Serie mit T5A abgekürzt. T5A steht einfach für „Timer 555 für Anfänger“. So werden die Überschriften übersichtlicher und ich habe nicht so viel zu tippen!

Dir raucht der Kopf von der ganzen Theorie? Okay, zur Entspannung bauen wir mal eine Schaltung auf, später werden wir uns damit auseinandersetzen, was „unter der Haube“ passiert (dann beginnt wieder die Theorie!). Unsere erste Schaltung ist die „Monostabile Kippstufe“. Im letzten Blogpost zu unserer Serie habe ich erläutert, was das bedeutet. Bauen wir sie also auf dem Steckbrett nach!

monostabile kippstufe_Steckplatine

Den Vorwiderstand vor der LED habe ich großzügig mit 10k gewählt, um mir die Rechnerei zu sparen. Zu beachten ist, dass der Elektrolytkondensator C1 in der richtigen Richtung eingesteckt wird. Das Beinchen, das deutlich mit „–“ beschriftet ist wird in die Stromversorgung „–“ gesteckt (Masse oder GND). Das andere Beinchen steckt an Pin 7 des NE555. In der Abbildung sieht es so aus, als wäre das längere Beinchen in der „Masseleitung“. In Wahrheit ist das genau umgekehrt. Auch die LED muss in der richtigen Richtung eingesetzt werden, sonst leuchtet sie nicht. In welche Richtung C2 eingesteckt ist, ist egal. Wichtig ist nun noch, das der NE555 richtigherum in die Steckplatine gesteckt ist: die kleine Kerbe auf dem Chip zeigt nach links.

Wenn Du die Schaltung fertig aufgebaut hast, drücke den Knopf. Du wirst sehen, dass die LED für ca. 1 Sekunde aufleuchtet und dann wieder erlischt. Das ist ja noch kein Treppenlicht, wirst Du dir denken, wenn Du den letzten Post gelesen hast. Richtig. Die Bauteile, die für die Länge des Aufleuchtens verantwortlich sind, sind der Widerstand R1 und der Kondensator C1. Alle anderen Bauteile können wir fürs erste links liegen lassen. Probiere einfach mal ein paar andere Widerstände oder Kondensatoren. Du wirst sehen, dass sich die Zeit, wie lange die LED aufleuchtet, verändert. Je höher die Werte sind, umso länger leuchtet die LED. Du kannst auch einen Potentiometer anstelle des Widerstandes R1 einsetzen. Verbinde dazu einfach das mittlere und ein äußeres Beinchen mit einem Stück Draht und setze die Drähte anstelle des Widerstandes ein:

Nun kannst Du die Zeit mit Hilfe des Potentiometers (Drehwiderstand) einstellen. Bevor es im nächsten Blogpost mit der Theorie weitergeht, kannst Du ruhig ein wenig herumexperimentieren. Keine Angst. Der NE555 ist ein robuster Chip und Du kannst nicht viel kaputt machen. Sollte dennoch ein Kondensator durchbrennen oder gar der ganze Chip einfrieren, handelt es sich um Cent-Ware, die Du billig ersetzen kannst.

Apropos Bauteile: Kondensatoren und Widerstände findest Du zu Hauf und kostenlos in alter, defekter Elektronik. Je älter desto besser, denn in modernen Geräten gibt es immer mehr superwinzige SMD-Teile, mit denen der Freizeitelektroniker wenig anfangen kann. Wie Du an diese Teile herankommst, erkläre ich hier.

Solltest Du Probleme mit der Schaltung haben, oder Kommentare, Verbesserungsvorschläge etc. freue ich mich über Deine Nachrichten!

Timer 555 für Anfänger (2): monostabil – astabil – hä?

Laut Beschreibungen bietet der Timer NE555 zwei Grundfunktionen:

  • die Monostabile Kippstufe / Monoflop
  • die Astabile Kippstufe oder astabiler Multivibrator

klingt komisch? Isses aber nicht. Es handelt sich lediglich um die komplizierte Sprache der Elektroniker. Um zu verdeutlichen, was das heißt, dient dieser Blogeintrag. Später werde ich mich damit auseinandersetzen, was hier eigentlich passiert.

Monostabile Kippstufe / Monoflop

Denken wir an ein Treppenlicht im Hausflur. Wenn Du den Druckknopf betätigst, schaltet sich das Licht an. Das ist schön, denn nun kannst Du sicher im Hellen die Treppen besteigen. Da die Mieter des Hauses oft nachlässig mit Gemeinschaftseigentum sind, und so oft vergessen würden, das Licht auszuschalten, schaltet sich das Treppenlicht nach einer gewissen Zeit wieder aus. Die Schaltung, die dafür verantwortlich ist nennt man „Monostabile Kippstufe“ und lässt sich mit dem NE555 realisieren.

Eingangssignal / Ausgangssignal: Stellen wir uns den NE555 als Black-Box vor: vorn gibt es einen Eingang, auf der anderen Seite einen Ausgang. Was dazwischen passiert, müssen wir noch herausbekommen. Vorerst reicht diese stark vereinfachte Vorstellung, um zu verstehen, was es mit den „Signalen“ (wieder Elektronikersprache) auf sich hat. Am Eingang wird ein Schalter betätigt. Dadurch fließt Strom, oder der Strom wird unterbrochen. Der Eingang bekommt also ein „Signal“, welches der „Blackbox 555″ sagt, dass sie etwas zu tun hat. Sie verändert den Zustand des Ausgangs, z.B. von „es fließt kein Strom“ auf „es fließt Strom“.

Bei unserer „Monostabilen Kippstufe“ ist der NE555 nun so beschaltet (d.h. mit Bauteilen wie Widerständen und Kondensatoren bestückt), dass der Ausgang seinen Zustand für eine gewisse Zeit auf „es fließt Strom“ ändert. Ist diese Zeit abgelaufen, ändert sich das Ausgangssignal wieder auf „es fließt kein Strom“ – das Licht geht wieder aus.

Astabile Kippstufe / astabiler Multivibrator

Während die „Monostabile Kippstufe“ dazu dient, dem Ausgangssignal genau einen Zustand zuzuweisen (mono), wechselt die „Astabile Kippstufe“ zwischen zwei Zuständen hin und her. Ein Beispiel hierfür ist ein blinkendes Licht. Wird unsere 555-Blackbox eingeschaltet (Eingangssignal), beginnt der Ausgang sich selbständig ein und wieder auszuschalten und wieder ein und wieder aus … Eine LED am Ausgang würde also anfangen zu blinken. Wenn man nun einen kleinen Lautsprecher an den Ausgang anschließt und die Geschwindigkeit des Ein- und Ausschaltens erhöht, beginnt der Lautsprecher zu schwingen und ein Ton wird erzeugt. Man könnte den Ausgang auch als Treiber für eine andere Elektronik benutzen, die in regelmäßigen Abständen ein Signal benötigt. Aber dies sind die fortgeschrittenen Anwendungen, mit denen wir uns später beschäftigen werden. Zunächst reicht es, verstanden zu haben, was mit dem Begriff „Astabile Kippstufe“ gemeint ist.

Noch Fragen? Etwas nicht verstanden? Hinterlass einen Kommentar!

Timer 555 für Anfänger (1)

Der IC NE555 ist für Elektroniker sowas wie eine Legende. In den 70er Jahren entwickelt und auf den Markt geworfen, ist er noch heute der meistverkaufte IC der Welt. Dies liegt an der vielfältigkeit seines Einsatzes. Eigentlich als Zeitgeber konzipiert, können mit dem NE555 oder seinen modernen Nachfolgern viele Schaltungen und Anwendungen aufgebaut werden. Die Vielfalt lässt sich mit einer Google-Abfrage erkennen.
Nachdem ich selbst schon einige 555-Schaltungen aufgebaut und ausprobiert habe, reizt es mich ihn zu verstehen und selbständig anwenden zu können.

Wer sich mit diesem Chip auseinandersetzt stößt schnell auf Elektroniker-Latein und wird mit Begriffen, wie Komparator, Flipflop, monostabil usw. „belästigt“. Ich selbst verstehe davon bisher fast nur Bahnhof, es wird also eine Forschungsarbeit, das ganze zu verstehen. Ich werde versuchen, meine Erkenntnisse hier im Blog verständlich auch für Gelegenheits-Bastler und Hobbynerds weiterzugeben. Eine kleine Serie also über den legendären Timer 555, wie immer in loser Reihenfolge.