Station 2: Elektronikbauteile

Der NE555P Timer, oft einfach 555-Timer genannt, ist ein sehr altes, aber immer noch häufig verwendetes Bauteil in der Elektronik. Er wurde 1972 von dem Ingenieur Hans R. Camenzind entwickelt und hat sich seitdem als ein extrem vielseitiger integrierter Schaltkreis erwiesen, der in unzähligen Anwendungen zu finden ist.

Obwohl der 555-Timer relativ simpel ist, besteht er aus einer Vielzahl von Transistoren, Widerständen und Kondensatoren, die auf einem kleinen Siliziumchip untergebracht sind. Der ursprüngliche Timer enthielt um die 20 Transistoren, aber über die Jahrzehnte wurde das Grundprinzip erweitert, und immer mehr Transistoren wurden in integrierte Schaltungen integriert. Heute findet man in modernen Mikroprozessoren und CPUs Millionen, wenn nicht sogar Milliarden von Transistoren, die auf dem gleichen Grundprinzip basieren. Die Entwicklung dieser integrierten Schaltungen hat die Grundlage für moderne Computer und elektronische Geräte gelegt.

Abbildung 2: Der NE555P Timer sowohl aufrecht stehend als auch auf der Rückseite liegend. Die Pins sind gut sichtbar, die zur Verbindung mit der Schaltung dienen.

Der NE555P Timer wird häufig in einem sogenannten Dual-in-line package (DIP) geliefert, das in den meisten Schaltungen einfach auf eine Platine gelötet wird. Dieses Gehäuse schützt den Siliziumchip und ermöglicht die Verbindung mit einer Schaltung über die Pin-Anschlüsse.

Abbildung 1: Schematische Darstellung einer integrierten Schaltung. Solche Schaltungen bestehen aus vielen winzigen Transistoren, die auf einem Siliziumchip untergebracht sind.

Der 555-Timer besteht aus drei Hauptfunktionen: ein Flip-Flop, ein Spannungsteiler und ein Komparator. Diese einfache Schaltung kann als Timer, Oszillator oder Kippschalter verwendet werden. Die Pin-Belegung des 555-Timers zeigt, wie jede dieser Funktionen zu verschiedenen Anwendungen in einer Schaltung beitragen kann.

Abbildung 3: Blockschaltbild des 555-Timers, das zeigt, wie der Timer intern aufgebaut ist und welche Funktion jeder Pin hat.

Der 555 Timer wird verwendet, um LEDs in verschiedenen Geschwindigkeiten blinken zu lassen. Im Monoflop-Modus erzeugt er einen einzelnen Ausgangsimpuls, der durch ein externes Trigger-Signal aktiviert wird. Der Output Driver steuert den Ausgang, sodass die LED bei Aktivierung leuchtet. Im Astabilen Modus hingegen erzeugt der Timer kontinuierliche Rechteckimpulse, die die LED schnell ein- und ausschalten. Der integrierte Flip-Flop speichert den Zustand der Schaltung und ermöglicht den Wechsel zwischen „ein“ und „aus“. Wichtige Anschlüsse sind der Trigger, der den Timer aktiviert, sowie die Threshold- und Control Voltage-Anschlüsse, die den Spannungspegel zur Bestimmung der Blinkgeschwindigkeit steuern. Der Discharge-Anschluss ermöglicht die Entladung, um den Timer zurückzusetzen.

In integrierten Schaltungen werden Transistoren entweder als NMOS (n-Kanal Metall-Oxid-Halbleiter) oder PMOS (p-Kanal Metall-Oxid-Halbleiter) gebaut. Der Unterschied zwischen NMOS und PMOS liegt in der Art, wie sie den Strom leiten. NMOS-Transistoren leiten, wenn eine positive Spannung anliegt, während PMOS-Transistoren leiten, wenn eine negative Spannung anliegt. Diese Kombination aus NMOS- und PMOS-Transistoren ist das Grundprinzip der CMOS-Technologie, die in modernen CPUs verwendet wird.

Abbildung 4: Schematische Darstellung des Vergleichs zwischen NMOS- und PMOS-Transistoren. Diese beiden Transistortypen sind grundlegende Bausteine in integrierten Schaltungen.

In einem Querschnitt durch ein Dual-in-line package sieht man, wie der Siliziumchip auf einem Kupferträger sitzt. Feine Bond-Drähte verbinden den Chip mit den Pin-Anschlüssen, die dann in die Platine eingelötet werden.

Abbildung 5: Querschnitt durch ein Dual-in-line package. Der Siliziumchip sitzt auf einem Kupferträger und winzige Drähte verbinden ihn mit den äußeren Pins. In dieser Abbildung ist nur ein kleiner Teil eines solchen Drahts zu sehen.

Der Siliziumchip, der sich in der Mitte des Gehäuses befindet, wird durch winzige Verbindungsdrähte mit den verschiedenen Pins verbunden. Diese Drähte sind extrem fein und stellen die elektrische Verbindung zwischen dem Chip und den äußeren Anschlüssen her.

Abbildung 6: Der Siliziumchip im SOIC (Small Outline Integrated Circuit) ist auf einem Kupferträger befestigt. Die winzigen Verbindungsdrähte verbinden den Chip mit den Anschlüssen.

Zusammenfassung: Der NE555P Timer ist ein einfacher, aber vielseitiger integrierter Schaltkreis, der für viele grundlegende elektronische Schaltungen verwendet wird. Er wurde in den 1970er Jahren entwickelt und hat seitdem die Entwicklung moderner integrierter Schaltungen beeinflusst. Obwohl der 555-Timer relativ einfach ist, basiert die Funktionsweise moderner Mikroprozessoren, wie z.B. CPUs, auf denselben Grundprinzipien – nur dass diese heutzutage Milliarden von Transistoren enthalten.