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Ein einfacher Rechteckgenerator


Rechtecksignale werden im Elektroniklabor oft gebraucht. Sie lassen sich einfach erzeugen, z. B. mit dem Baustein NE 555.



Der NE 555

Der NE 555 ist ein einfacher und preiswerter Timerbaustein, der sich für viele Anwendungen eignet. Er kann mit Gleichspannungen von 4,5 bis 16 Volt betrieben werden und ist für einen Frequenzbereich bis etwa 500 Kilohertz geeignet.


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Pinbelegung des NE 555


Mit dem NE 555 kann man z. B. einen einfachen Signalgenerator aufbauen, der Rechtecksignale erzeugt. Bei Rechtecksignalen gibt es einige Grundbegriffe. Die Impulsdauer ist die Zeit, die ein Impuls dauert. Zwischen zwei Impulsen liegt die Impulspause. Das Verhältnis zwischen Impulsdauer und Impulspause wird oft Tastverhältnis genannt. Korrekt spricht man aber von einem Tastgrad.


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Grundbegriffe bei Rechtecksignalen



Ein einfacher Rechteckgenerator

Der NE 555 wird hier als astabiler Multivibrator betrieben. Im Gegensatz zum astabilen Multivibrator erzeugt der NE 555 saubere Rechtecksignale mit nicht abgerundeten Flanken!

Der frequenzbestimmende Kondensator (C1) liegt zwischen Pin 6 und Masse. Zwischen den Pins 1 und 8 muß ein relativ großer Kondensator (C3) liegen, weil es bei den Umschaltvorgängen im IC zu hohen Stromspitzen kommt. Um ein Schwingen der Schaltung zu vermeiden, ist der Kondensator C2 zwischen Pin 5 und Masse eingefügt. Da die Funktion Reset hier nicht benötigt wird, muß der Pin 4 mit der Betriebsspannung verbunden werden.


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Ein einfacher Rechteckgenerator mit dem NE 555


Der Widerstand R1 beeinflußt die Impulsdauer ti und der Widerstand R2 die Impulsdauer ti als auch die Impulspause tp. Die Größe des Kondensators C1 bestimmt die Ladezeit und damit ebenfalls die Frequenz, die sich folgendermaßen errechnet:

ne555ti.gif   ne555tp.gif   ne555f2.gif

Mit den Werten für R1, R2 und C1 in der oberen Schaltung ergibt sich folgende Frequenz:

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Allerdings läßt sich so nur ein Tastverhältnis oberhalb von 50 Prozent einstellen. Ab und zu liest man, daß ein Tastverhältnis von 50 Prozent mit dem NE 555 nicht möglich ist. Aber es geht! Man schaltet dazu dem Widerstand R2 eine Diode parallel und erreicht so ein Tastverhältnis von 50 Prozent. In diesem Fall müssen allerdings die Widerstände R1 und R2 gleich groß sein!


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Mit einer Diode erreicht man ein Tastverhältnis von 50 Prozent


Durch die Diode ändert sich allerdings die Berechung der Fequenz:

ne555tidiode.gif   ne555tp.gif   ne555f2.gif

Rechnen wir mit den Werten in der oberen Schaltung für R1, R2 und C1, so kommen wir mit der Diode auf eine höhere Frequenz:

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Rechteckgenerator mit einstellbarer Frequenz und Tastverhältnis

Führt man die Widerstände R1 und R2 als Potis aus, so lassen sich damit die Frequenz und das Tastverhältnis verändern. Weiterhin sind hier anstelle von C1 vier Kondensatoren (C3 bis C6) für verschiedene Frequenzbereiche vorhanden, die sich per Stufenschalter umschalten lassen.


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Rechteckgenerator mit einstellbarer Frequenz und Tastverhältnis


Allerdings läßt sich hier nur ein Tastverhältnis oberhalb von 50 Prozent einstellen. Wie wir bereits wissen, müssen die Widerstände R1 und R2 gleich groß sein, und R2 eine Diode parallel geschaltet werden, um ein Tastverhältnis von 50 Prozent zu erreichen! Das ist hier wegen der Potis aber nicht möglich. Da kommt man eben an die Grenzen solch einfacher Schaltungen!

Man muß halt entscheiden was einem wichtiger ist: Ein Tastverhältnis von exakt 50 Prozent bei einer festen Frequenz oder eine Einstellmöglichkeit für Tastverhältnis und Frequenz.



Der Bau des Rechteckgenerators

Den eben gezeigten Rechteckgenerator mit einstellbarer Frequenz und Tastverhältnis habe ich auf einer Streifenplatine aufgebaut. Der NE 555 bekam eine IC-Fassung. Nach dem Funktionstest wurde die Schaltung in ein kleines Aluminiumgehäuse eingebaut. Die drei Potis wurden zusammen mit den Anschlußbuchsen auf die Frontplatte gesetzt. Als Stromversorgung dient eine Hohlsteckerbuchse. Da ich schon mehrere ähnliche Kleingeräte (z. B. für Sinussignale) gebaut habe, ist es zu aufwendig jedes mit einem eigenen Trafo und einer Spannungsstabilisierung auszustatten. Dazu dient besser ein externes stabilisiertes Netzteil.


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Die fertige Schaltung


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Die Schaltung im Alugehäuse



Schirmbilder

Nach dem Zusammenlöten der Schaltung erfolgte ein erster Funktionstest mit dem Oszilloskop. Zuerst noch ohne dem Poti P3. Was mir sofort auffiel, war ein Knick im oberen Teil des Rechtecksignals:


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Unbelastet zeigen sich Störungen in den oberen Signalen


Wenn man den Ausgang aber mit einigen Kiloohm belastet, so wie es in der Schaltung mit dem Poti P3 gemacht wird, verschwindet dieser Knick und man erhält ein sauberes Rechtecksignal!


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Sobald man den Ausgang mit einigen Kiloohm belastet,
erhält man ein sauberes Signal


Anschließend habe ich mit den Potis ein größeres Tastverhältnis eingestellt, was einwandfrei funktionierte.


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Ein größeres Tastverhältnis


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