Zeitgeber- und Teilerschaltkreis B555D history menue Letztmalig dran rumgefummelt: 24.09.12 10:07:42
Für das Haupteinsatzgebiet „Zeitsteuerungen" stehen neben den bekannten Realisierungen in TTL- oder CMOS-Technik die im folgenden vorgestellten Schaltkreise zur Verfügung. Sie bieten ein günstiges Verhältnis zwischen Aufwand und erreichbarer Präzision. Durch eine von der Betriebsspannung weitgehend unabhängige Komparatorschaltung lassen sich mit den Schaltkreisen B555D und D/E355D nach dem bekannten Prinzip der Kondensatorauf- bzw. -entladung relativ genaue Kurz- und Langzeitsteuerungen realisieren. Der Teilerschaltkreis D/E351D verlängert die erreichbaren Zeitspannen beträchtlich. Bei Bedarf kann er (oder der D/E355D bzw. eine Kombination beider) auch quarzgesteuert werden. Der durch die I2L-Technik der beiden letztgenannten Typen gegebene geringe Energiebedarf und das mit nur zwei Schaltkreisen mögliche Teilerverhältnis macht solche Schaltungen bekannten Lösungen in TTL-Technik weit überlegen.
Bereits in seinen Hauptfunktionen als Zeit- bzw. Taktgeber hat sich der in bipolarer Standardtechnologie realisierte B555D seit langem in zahllosen Einsatzfällen bewährt. Dieser Schaltkreis wird international von mehreren Herstellern angeboten. Demgegenüber stellen die Schaltkreise D/E351D und D/E355D Eigenentwicklungen des Kombinats Mikroelektronik dar.

  1. Zeitschaltkreise B555D und B556D
  2. Funktion
  3. Kenndaten
  4. Einstellbare Funktionen
  5. Fremdsteuerung
  6. Einsatzbeispiele E355D
  7. Verwandte Themen

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a) B555D im Übersichtsschaltbild

inhaltlich auf korrektem Stand - evtl. partiell unvollständig ;-)

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Quellen:

Mikroelektronik für Praktiker S. 166 ff.

http://www.elektor.de/elektronik-news/der-vater-des-555-ist-tot.2244269.lynkx?utm_source=DE&utm_medium=email&utm_campaign=news&cat=components

Der gebürtige schweizer Elektroingenieur Hans R. Camenzind ist am 08.08.2012 im Alter von 78 Jahren gestorben. Damit verliert die Technikwelt den prominenten Erfinder des NE555, des meistverkauften ICs aller Zeiten. Camenzind arbeitete Ende der 1960er-Jahre in verschiedenen Firmen der aufstrebenden Elektronikindustrie und entwickelte 1971 während seiner Tätigkeit für den damaligen Halbleiterhersteller Signetics (heute NXP) das allgemein bekannte Timer-IC NE555.
Der NE555 war nicht irgendein integrierter Timer, mit dem man ein paar Bauteile ersetzen konnte. Dank seiner Konzeption erlaubte er auf einfache Weise die Konfiguration als Monoflop und Rechteck-Generator mit stabilem Zeitverhalten, das insbesondere auch von der Versorgungsspannung weitgehend unabhängig war. Ein sehr großer Zeit- und Versorgungsspannungsbereich waren weitere Faktoren für seine Beliebtheit. Das Bauteil war auch wirtschaftlich ein derart großer Erfolg, dass schon kurz nach der Auslieferung 1972 andere Halbleiterhersteller Kopien dieses ICs in ihr Lieferprogramm aufnahmen. Camenzind hielt über 35 Patente und schrieb viele Fachbücher über analoge Schaltungen.
Auch heute – nach immerhin 40 Jahren – wird der NE555 noch immer hergestellt und man kann mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit behaupten, dass es weltweit keinen Elektroniker gibt, der dieses IC nicht kennt. Das IC NE555 lebt also weiter (auch in einer virtuellen Form beim i555), auch wenn sein Schöpfer nun nicht mehr unter uns weilt.


1. Zeitgeberschaltkreise B555D und B556D history menue scroll up
Diese beiden Schaltkreise, von denen der B556D die Doppelversion des B555D darstellt, werden den analogen Schaltungen zugerechnet. Allgemein üblich ist daher eine Darstellung durch ein Rechteck mit Anschlussnumerierung. Die Vielfalt der Einsatzfälle gerade dieser Typen und die in den Publikationen recht freizügig genutzte Positionierung der einzelnen Anschlüsse erschwert oft die Übersichtlichkeit. In diesem Buch wird der B555D (B556D) daher in Anlehnung an den im Eingangsteil vergleichbaren D/E355D mit durch Kurzzeichen spezifizierten Ein- und Ausgangsfeldern dargestellt, deren Lage fest vorgegeben bleibt. Damit ergibt sich meist eine Information auf den ersten Blick, und das Suchen nach der Zuordnung bestimmter Ziffern entfällt. Das dürfte auch die Handhabung des B556D erleichtern.
Übrigens ist von einer solchen Darstellungsart bereits beim C520D im vorigen Abschnitt Gebrauch gemacht worden, obgleich man auch ihn (durch „C" eingeordnet) zu den Analogschaltkreisen rechnet, trotz digitalen Ausgangsteils. Diese Inkonsequenz zeigt sich im Vergleich mit dem D/E355D deutlich, dessen Eingangsteil dem B555D ähnelt. Dennoch hat man ihn („D", „E") eindeutig den digitalen Schaltkreisen zugeordnet.
Wenn im folgenden hauptsächlich der B555D besprochen wird, so schließt das stets die Einsatzmöglichkeit für 1/2 B556D ein, d. h., ab 2 x B555D in einem Anwendungsbeispiel liegt der Einsatz von 1 x B556D nahe.
Der B555D hat folgende Hauptmerkmale:
  • präziser Zeitgeber (auch Timer genannt) über einen Zeitbereich von 7 bis 9 Dekaden in monostabiler Arbeitsweise
  • Einsatzmöglichkeit als Oszillator über einen entsprechend großen Frequenzbereich (Obergrenze etwa 250 kHz)
  • auch als Komparator oder als logische Schaltung verwendbar
  • TTL-kompatibel (bei 5 V Betriebsspannung)
  • Ausgangsstufen für höhere Ströme geeignet
  • Verzögerungszeit bzw. Oszillatorperiode ist gegen Schwankungen der Betriebsspannung und der Umgebungstemperatur stabilisiert
  • kleines Volumen (8poliges DIL-Gehäuse)
  • einfache Außenbeschaltung (RC-Glied)
  • großer Betriebsspannungsbereich (4,5 bis 16 V).

a) B555D im Übersichtsschaltbild

Ausgangsbeschaltung des B555D bei induktiven Lasten
a) Last an UCC; b) Last an Masse

 


2. Funktion history menue scroll up
Bild oben zeigt das Übersichtsschaltbild des B555D (bzw. einer Hälfte des B556D mit anderer Anschlußnumerierung). Der B555D besteht danach aus den folgenden Stufen:
  • Komparatorteil mit zwei Komparatoren und Referenzspannungsteiler
  • RS-Flipflop mit Rücksetzeingang
  • Entladestufe
  • Gegentaktendstufe.

Die Beschreibung der einzelnen Stufen orientiert sich an den Anschlußziffern des B555D.

Der Komparatorteil. Die beiden Komparatoren sind in ihren Schaltschwellen durch den Referenzspannungsteiler fest verknüpft. Sie liegen dadurch auf (typisch) 1/3 bzw. 2/3 der jeweils anliegenden Betriebsspannung. Der Anschluss 5 führt daher 2 UCC/3. Man kann durch Zuführen einer externen Spannung 1,5 V ≤ U5 ≤ 0,95 UCC an dieser Stelle die beiden Ansprechwerte verändern. Die beiden Schalteingänge der Komparatoren, Triggereingang 2 und Schwellwert Die beiden Schalteingänge der Komparatoren, Triggereingang 2 und Schwellwerteingang 6, reagieren bei entsprechenden Eingangsspannungen auf Grund der erkennbaren Verknüpfungen so: Komparator 2 schaltet an seinem Ausgang auf H, wenn U6 > 2 UCC/3, und Komparator 1 schaltet auf H, wenn U2 < 1 UCC/3.

Das RS-Flipflop. Mit den Signalen aus den beiden Komparatoren wird das Flipflop gesetzt oder rückgesetzt, je nach den an den Eingängen liegenden Spannungswerten. Bei dynamischen Vorgängen gilt folgendes Verhalten, sofern 4 (R) auf H: Eine abfallende Flanke an 2 löst bei Unterschreiten von UCC/3 ein Setzsignal für das Flipflop aus. Dessen Ausgang geht dadurch auf L, und die Ausgangsstufen werden gesperrt. 2 auf L heißt also, 3 und 7 gehen auf H, sofern 6 auf L liegt (mindestens auf < 2 UCC/ 3). Überschreitet andererseits eine an 6 liegende Spannung den Wert 2 UCC/3, so setzt Komparator 2 das Flipflop zurück. Damit schalten die Ausgänge auf L. Rücksetzen lässt sich auch (sofern 2 auf > UCC/3 liegt), wenn U4 auf < 0,4 V gesenkt wird. Das muss in Form einer möglichst steilen Schaltflanke und möglichst bis nahe 0 V geschehen, damit sich der Schaltkreis eindeutig verhält. (Bei 2 auf L schaltet 3 nach dem Impuls an 4 sonst wieder auf H!) Für alle übrigen Betriebsfälle ist Anschluss 4 auf einer Spannung zwischen > UCC/3 und UCC zu halten, um Fehlschalten zu vermeiden. Man darf daher z. B. 4 mit 5 verbinden, wenn an 5 keine spezielle Steuerung vorgesehen ist, durch die U5 < UCC/3 werden kann. Solange 4 auf L gehalten wird, bleiben Schaltsignale an den anderen Eingängen wirkungslos, und die Ausgangsstufen führen L.

Die Entladestufe. In Zeit- und Oszillatorschaltungen sorgt das Verhalten des Komparatorteils in Verbindung mit dem Flipflop und dem Entladeausgang 7 dafür, dass eine von ihm überwachte Kondensatorspannung in der Grundbeschaltung nie 2 UCC/3 überschreitet, da dort der Kondensator mit Ausgang 7 entladen wird, und im Oszillatorbetrieb, dass diese Entladung nur bis UCC/3 reicht.
Gegentaktendstufe. Die bisher vorgestellten Stufen sichern die interne Funktion des B555D. Mit der Gegentaktendstufe lassen sich die gewünschten Wirkungen schalten. Die Endstufe kann in L-Richtung bei kleinem (dabei hineinfließendem) Ausgangsstrom bis auf wenige Millivolt Abstand auf 0 V geschaltet werden. In H-Richtung dagegen bleibt auch bei geringer Strombelastung (herausfließender Ausgangsstrom) ein durch die nötige Steuerspannung bedingter Spannungsunterschied zwischen U3,, und UCC in der Größenordnung von 1 V und mehr. Zwischen den erreichbaren typischen Werten (Stand 1982/83) und den vom Typenstandard garantierten Größtwerten bestehen besonders bei U3L beträchtliche Unterschiede. Bei Worst-case-Dimensionierung kann daher für 5 V Betriebsspannung nur ein Lastfaktor von 3 bis 5 bezüglich U3L garantiert werden, bevor U3L den TTL-Höchstwert von UL = 0,8 V erreicht.
Für TTL-Betrieb wird zur Verbesserung der dynamischen Eigenschaften ein Kondensator von 1 nF zwischen 3 und 1 empfohlen. Die Endstufe darf zur Signalweitergabe ohne Lastwiderstand betrieben werden. Bei induktiven Lasten ist je nach Beschaltung die im Bild oben gezeigte Schutzschaltung erforderlich. Die zusätzliche Diode in der einen der beiden Varianten ist 555-spezifisch. Anderenfalls kann eine durch Entladen der Induktivität an den Ausgang gelangende negative Spannung den Schaltkreis ausgangsseitig zum „Hängenbleiben" veranlassen.
Genauer betrachtet triggert in Monoflopfunktion diese Abschaltspannung das Monoflop sofort erneut, so dass einem angeschlossenen Relais keine Zeit zum Abfallen bleibt. Aus dem monostabilen wird so ein astabiler Multivibrator.


3. Kenndaten history menue scroll up
Der B555D wird in einem 8poligen DIL-Kunststoffgehäuse gefertigt (Bild 7.3a). Für den B556D wird ein 14poliges Gehäuse benutzt (Bild 7.3b). Anschlussbelegungen. Die Anschlussbelegungen der beiden Schaltkreise gehen aus den Tafeln unten hervor.
Grenzwerte. Für beide Typen gelten die Grenzwerte nach Tafel unten. Man beachte, dass sich die Verlustleistungsgrenze von 1200 mW für den B556D auf δa = 55 °C bezieht, beim B555D sind dagegen 600 mW bis δa = 70 °C zulässig (Bild unten). Elektrische Kennwerte. Die Tafel unten fasst die Kennwerte beider Typen zusammen. Dabei wurden zwei Hauptbetriebsfälle erfasst, nämlich UCC = 5 V und UCC = 15 V. Der relativ große mögliche Bereich der Kontrollspannung gegenüber dem i. allg. bei Berechnungen angesetzten Wert von 2 UCC/3 legt entsprechende Maßnahmen für seriensichere Schaltungen nahe. Darauf wird noch eingegangen. Die Hauptlage entspricht allerdings den typischen Werten mit relativ geringen Toleranzen. Siehe dazu die Kurven im Abschnitt unten.

Bauformen der Timerschaltkreise

Anschlußbelegung des B555D

Anschlußbelegung des B556D

Verlustleistung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur

Anschluss Kenngröße
1 Masse M
2 Triggereingang IT
3 Ausgang O
4 Rücksetzeingang R
5 Kontrollspannung OK
6 Schwellwerteingang IS
7 Entladeausgang OD
8 Betriebsspannung UCC

Tafel 1 -  Anschlussbelegung des B555D

Anschluss Kenngröße
 

System 1

System  2

14 Betriebsspannung UCC  
1 Entladeausgang OD 13
2 Schwellwerteingang IS 12
3 Kontrollspannung OK 11
4 Rücksetzeingang R 10
5 Ausgang O 9
6 Triggereingang IT 8
7 Masse M  

Tafel 1 -  Anschlussbelegung des B556D

Kenngröße  Kleinstwert Größtwert
Betriebsspannung UCC in V 4,5 16
Eingangsspannung (außer TT, CV) UI in V -0,8 7,25
Eingangsspannung UIT, UIR UIS UOD in V   UCC
Spannung an OK: UOK in V 0 UCC
Eintladestrom IOD in mA   100
Gesamtverlustleistung Ptot in mW bei δa ≤ 70 °C   600
Sperrschichttemperatur δi in °C   150
Betriebstemperatur δa in °C - 25 + 85
Lagertemperatur δs in °C -40 125

Tafel 2 - Grenzwerte für B555D

 

4. Einstellbare Funktionen history menue scroll up
 

 

 

5. Fremdsteuerung history menue scroll up
 
 

6. Einsatzbeispiele für den E355D history menue scroll up
 
 


7. Verwandte Themen history menue scroll up
Das es den Ausgang schon lange nicht mehr interessiert, was am Eingang eigentlich los ist, stellt ein altes Problem der Informatik dar. Schließlich soll der Prozessor gerade seine Bahn ziehen und sich um seine Rechenprozesse kümmern. Wer aber hat die bereits ermittelten Zwischenresultate oder gar Zielwerte im Auge? Richtig - irgend etwas muss sich auch Werte merken können - das ist dann der Bereich der Fangregister und ihrer engen Verwandten - dies gilt bis hin zur Rechner-Peripherie.

E355D

E351D

A277D

C520D

B461G

B511D



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© Samuel-von-Pufendorf-Gymnasium Flöha © Frank Rost am 20. September 1012 um 10.56 Uhr

... dieser Text wurde nach den Regeln irgendeiner Rechtschreibreform verfasst - ich hab' irgendwann einmal beschlossen, an diesem Zirkus nicht mehr teilzunehmen ;-)

„Dieses Land braucht eine Steuerreform, dieses Land braucht eine Rentenreform - wir schreiben Schiffahrt mit drei „f“!“

Diddi Hallervorden, dt. Komiker und Kabarettist