555-Timer-Rechner
Berechnen Sie die Ausgangspulsdauer eines 555-Timers im monostabilen Modus. Geben Sie Ihre Werte für den Widerstand (R) und den Kondensator (C) ein und erhalten Sie die Verzögerung aus T = 1,1 × R × C.
555-Timer-Rechner für die Verzögerungszeit
Formel für die 555-Timer-Verzögerung
Wobei gilt:
- \(T\) — Ausgangspulsdauer (Zeitverzögerung) in Sekunden
- \(R\) — Widerstand in Ohm (Ω)
- \(C\) — Kapazität in Farad (F)
Diese Formel gilt für den 555-Timer-IC im monostabilen Modus (Monoflop), bei dem der Ausgang für einen einzelnen Impuls auf High geht, dessen Länge ausschließlich durch den Widerstand und den Kondensator bestimmt wird.
555-Timer – Rechenbeispiel
Beispiel: Eine monostabile 555-Schaltung verwendet einen 10-kΩ-Widerstand und einen 100-µF-Kondensator für die Zeitkonstante.
\[ T = 1.1 \cdot R \cdot C = 1.1 \cdot 10\,000\ \Omega \cdot 100 \times 10^{-6}\ \text{F} = 1.1\ \text{s} \]
Ergebnis: Der Ausgang bleibt nach jedem Triggerimpuls 1,1 Sekunden lang auf High.
So benutzen Sie den Rechner
- Geben Sie den Widerstandswert in das Feld Widerstand ein (z. B. 10).
- Wählen Sie die passende Einheit für den Widerstand: Ω, kΩ oder MΩ.
- Geben Sie die Kapazität in das Feld Kapazität ein (z. B. 100).
- Wählen Sie die passende Einheit für die Kapazität: nF, µF oder F.
- Lesen Sie die Zeitverzögerung ab — die Ausgangspulsdauer in Sekunden.
Was ist ein 555-Timer im monostabilen Modus?
Der 555-Timer ist einer der meistverkauften integrierten Schaltkreise überhaupt und wird für Verzögerungen, Impulserzeugung, PWM und Oszillatoren verwendet. Im monostabilen Modus (Monoflop) verbleibt die Schaltung in einem stabilen Zustand mit dem Ausgang auf Low. Wird ein kurzer negativer Triggerimpuls an Pin 2 angelegt, schaltet der Ausgang auf High, und der Kondensator beginnt, sich über den Widerstand aufzuladen. Der Ausgang bleibt High, bis der Kondensator 2/3 der Versorgungsspannung erreicht; dann fällt der Ausgang auf Low zurück und der Kondensator wird rasch entladen.
Die Dauer dieses einzelnen Ausgangspulses hängt nur von R und C ab — nicht von der Versorgungsspannung —, was den 555 als Timer so zuverlässig macht. Der Kondensator lädt sich exponentiell Richtung Versorgungsspannung auf, und die Zeit bis zum Erreichen der 2/3-Schwelle beträgt \( RC \ln 3 \approx 1.1\,RC \). Daraus ergibt sich der Faktor 1,1 in der Formel.
Ein typischer Entwurfsablauf läuft umgekehrt: Man geht von der gewünschten Verzögerung aus, wählt einen passenden Kondensatorwert und berechnet dann \( R = T / (1.1\,C) \). Das Ergebnis zeigt, ob die ursprüngliche Kondensatorwahl sinnvoll war — praktikable Widerstandswerte liegen in der Regel zwischen 1 kΩ und 1 MΩ.
Annahmen, Grenzen und praktische Hinweise
- Bauteiltoleranzen spielen eine Rolle. Elektrolytkondensatoren haben oft Toleranzen von ±20 % oder mehr, sodass die gemessene Verzögerung spürbar vom berechneten Wert abweichen kann. Für genaues Timing verwenden Sie einen Folienkondensator und einen 1-%-Widerstand oder fügen Sie ein Trimm-Potentiometer hinzu, um R fein abzugleichen.
- Halten Sie R grob zwischen 1 kΩ und 1 MΩ. Ein zu kleiner Widerstand überlastet den internen Entladetransistor an Pin 7; ein zu großer Widerstand macht das Timing empfindlich gegenüber Kondensatorleckströmen und Störungen. Die CMOS-Varianten (z. B. TLC555) vertragen deutlich größere Widerstände und kleinere Kondensatoren.
- Der Triggerimpuls muss kürzer als T sein. Wird Pin 2 länger low gehalten als die vorgesehene Verzögerung, bleibt der Ausgang so lange High, bis der Trigger freigegeben wird.
- Diese Formel gilt nur für den monostabilen Modus. Der astabile (Oszillator-)Modus verwendet zwei Widerstände und andere Gleichungen für Frequenz und Tastverhältnis.
- Design-Tipp: Wählen Sie den Kondensator für die grobe Größenordnung und den Widerstand für die Feineinstellung, da Widerstände in viel feineren Stufen erhältlich sind. Falls Sie einen nicht verfügbaren Wert benötigen, kombinieren Sie Widerstände mit dem Rechner für Parallelschaltung von Widerständen.
Typische RC-Kombinationen
| Widerstand | Kapazität | Verzögerung \(T\) |
|---|---|---|
| 1 kΩ | 100 µF | 0,11 s |
| 10 kΩ | 10 µF | 0,11 s |
| 10 kΩ | 100 µF | 1,1 s |
| 100 kΩ | 10 µF | 1,1 s |
| 1 MΩ | 10 µF | 11 s |
Viele verschiedene RC-Paare ergeben dieselbe Verzögerung, aber größere Kondensatoren kosten mehr und haben größere Leckströme, während sehr große Widerstände die Schaltung störanfällig machen — ein ausgewogener Mittelbereich ist daher ideal. Wenn Ihr Timer eine LED, ein Relais oder eine andere Last ansteuert, dimensionieren Sie die strombegrenzenden Bauteile eventuell auch mit dem Z-Dioden-Vorwiderstandsrechner oder dem Rechner für Drahtquerschnitte.
Häufig gestellte Fragen
Wie berechne ich die Verzögerung eines 555-Timers von Hand?
Multiplizieren Sie den Widerstand in Ohm mit der Kapazität in Farad und dann mit 1,1: T = 1,1 × R × C. Beispiel: 47 kΩ und 22 µF ergeben \( T = 1.1 \times 47\,000 \times 0.000022 \approx 1.14 \) Sekunden. Achten Sie auf die Einheiten: Rechnen Sie kΩ in Ω und µF in Farad um, bevor Sie multiplizieren — sonst liegt das Ergebnis um Größenordnungen daneben.
Warum lautet die Formel 1,1 × R × C und nicht einfach R × C?
Der Zeitkondensator lädt sich exponentiell auf, bis er 2/3 der Versorgungsspannung erreicht. Die Zeit, die das Aufladen von 0 auf 2/3 des Zielwerts dauert, beträgt \( RC \cdot \ln 3 \approx 1.0986\,RC \), was auf 1,1 gerundet wird. Da die Schwelle ein fester Anteil der Versorgungsspannung ist, hebt sich die Versorgungsspannung heraus — die Verzögerung ist unabhängig davon, ob Sie den 555 mit 5 V oder 12 V betreiben.
Wie wähle ich R und C für eine bestimmte Verzögerung?
Gehen Sie von der gewünschten Verzögerung aus, wählen Sie einen genormten Kondensatorwert und berechnen Sie den Widerstand: \( R = T / (1.1\,C) \). Für eine Verzögerung von 5 Sekunden mit 100 µF benötigen Sie \( R = 5 / (1.1 \times 0.0001) \approx 45\,\text{kΩ} \). Liegt der Widerstand unter 1 kΩ oder über 1 MΩ, wählen Sie einen anderen Kondensator. Nutzen Sie den Kondensator für die grobe Größenordnung und den Widerstand für die Feineinstellung.
Welche längste und kürzeste Verzögerung kann ein 555-Timer erzeugen?
Mit einem bipolaren 555 liegen praktikable Verzögerungen zwischen einigen Mikrosekunden und mehreren Minuten. Sehr kurze Impulse (unter ca. 10 µs) werden durch die internen Schaltgeschwindigkeiten des Chips begrenzt, während sehr lange Verzögerungen riesige Kondensatoren erfordern würden, die Leckströme und Drift aufweisen. Für Verzögerungen über einige Minuten empfiehlt sich ein CMOS-555 (TLC555, LMC555) mit großem Widerstand oder ein Mikrocontroller — genaues Timing über Stunden ist nicht die Stärke des 555.
Warum weicht meine gemessene Verzögerung vom berechneten Wert ab?
Üblicher Grund sind Bauteiltoleranzen. Elektrolytkondensatoren können um ±20 % oder mehr abweichen und driften mit der Temperatur. Für mehr Genauigkeit verwenden Sie einen Folien- oder Keramikkondensator mit enger Toleranz, einen 1-%-Metallschichtwiderstand oder ein Trimm-Potentiometer in Reihe mit R, um die Verzögerung zu kalibrieren. Prüfen Sie außerdem, ob Ihr Triggerimpuls kürzer als die vorgesehene Verzögerung ist.
Kann dieser Rechner für den astabilen (Oszillator-)Modus verwendet werden?
Nein. Dieser Rechner gilt nur für den monostabilen Modus (Monoflop). Im astabilen Modus verwendet der 555 zwei Widerstände (R1 und R2), und die Formeln sind andere: Die Frequenz beträgt \( f = 1.44 / ((R_1 + 2R_2)C) \), mit einer High-Zeit von \( 0.693(R_1+R_2)C \) und einer Low-Zeit von \( 0.693\,R_2C \). Verwenden Sie für solche Schaltungen einen Rechner für den astabilen 555.
Was passiert, wenn der Triggerimpuls länger als die Verzögerung ist?
Der Ausgang bleibt so lange High, wie Pin 2 low gehalten wird — der Impuls verlängert sich also über die berechnete Zeit hinaus. Die klassische Lösung ist ein RC-Differenzierer: ein kleiner Kondensator (z. B. 1 nF) in Reihe mit dem Triggersignal und ein Pull-up-Widerstand (z. B. 10 kΩ) von Pin 2 zu V+, der eine lange abfallende Flanke in einen kurzen negativen Impuls umwandelt. So bleibt das Monoflop-Verhalten vorhersehbar, unabhängig davon, wie lange das Eingangssignal low bleibt.