LMC555 CMOS-Timer: Monoflop-Impuls und LED-Blinker

Der 555-Timer gehört zu den meistverwendeten ICs der Elektronik: Mit einem Widerstand und einem Kondensator erzeugt er eine Verzögerung, mit zwei Widerständen wird er zum Oszillator. Der LMC555 von Texas Instruments ist eine CMOS-Version mit derselben Pinbelegung wie NE555/LM555, aber deutlich geringerer Stromaufnahme. Dieser Leitfaden erklärt, was im Baustein passiert, und verfolgt einen Tastendruck von Anfang bis Ende.

Grundlagen: zwei Spannungsschwellen und ein Latch

Im LMC555 teilt eine Kette aus drei gleichen Widerständen die Versorgung und erzeugt zwei Referenzen: 1/3 V+ und 2/3 V+. Zwei Komparatoren vergleichen je einen Eingang mit einer dieser Referenzen, und ein Latch (ein 1-Bit-Speicher) merkt sich, welcher zuletzt angesprochen hat.

Fällt TRIGGER (Pin 2) unter 1/3 V+, wird das Latch gesetzt: OUTPUT (Pin 3) geht auf HIGH, und der Entladetransistor an DISCHARGE (Pin 7) sperrt. Erreicht THRESHOLD (Pin 6) 2/3 V+, wird das Latch zurückgesetzt: OUTPUT geht auf LOW, und der Entladetransistor verbindet Pin 7 mit GND, sodass der Timing-Kondensator entladen wird. RESET (Pin 4) auf LOW zwingt den Ausgang unabhängig von den anderen Pins auf LOW. Laut Datenblatt hat RESET Vorrang vor TRIGGER und TRIGGER Vorrang vor THRESHOLD.

Da sowohl die Aufladung des Kondensators als auch die beiden Schwellen mit der Versorgung skalieren, hängt die Zeit kaum von der Spannung ab. Das ist der Kern des 555: R und C bestimmen die Zeit, nicht die genaue Versorgungsspannung.

Die acht Pins

Der LMC555CMMX steckt in einem 8-poligen VSSOP-Gehäuse (TI-Gehäuse DGK). Die Pinbelegung entspricht den DIP- und SOIC-Varianten:

  • 1 GND – Masse.
  • 2 TRIGGER – unter 1/3 V+ startet ein Impuls (LOW-aktiver Impuls).
  • 3 OUTPUT – der getriebene Ausgang.
  • 4 RESET – LOW stoppt den Timer; unbenutzt an V+ legen.
  • 5 CONTROL VOLTAGE – die 2/3-Referenz; typisch 3,3 V bei 5 V Versorgung.
  • 6 THRESHOLD – bei 2/3 V+ endet der Impuls.
  • 7 DISCHARGE – Transistor nach GND, der den Timing-Kondensator entlädt.
  • 8 V+ – Versorgung, 1,5–15 V.
Pinbelegung des LMC555CMMX im VSSOP-8 in Draufsicht: links Pin 1 GND, 2 TRIGGER, 3 OUTPUT, 4 RESET; rechts Pin 8 V+, 7 DISCHARGE, 6 THRESHOLD, 5 CONTROL. Pin 1 ist mit einem Punkt markiert.
LMC555CMMX im VSSOP-8, Draufsicht. Der Punkt markiert Pin 1; gezählt wird gegen den Uhrzeigersinn.

Die Schaltung: eine LED, die 1,1 Sekunden leuchtet

Wir bauen die klassische monostabile Schaltung (ein Monoflop): Jeder Druck auf S1 erzeugt genau einen Ausgangsimpuls fester Länge, egal wie kurz der Druck ist. R2 hält TRIGGER in Ruhe auf HIGH, S1 zieht ihn auf LOW. R1 und C1 bilden das Zeitglied; THRESHOLD und DISCHARGE liegen am selben Knoten. RESET liegt an +5 V, und CONTROL erhält gegen Störungen einen 10-nF-Kondensator nach GND. Die Versorgung wird dicht am Baustein mit 100 nF parallel zu 1 µF abgeblockt, wie TI es empfiehlt.

Schaltplan eines monostabilen LMC555: R2 10 kΩ von +5 V an TRIGGER Pin 2 und Taster S1 nach GND; R1 100 kΩ von +5 V an Pin 6 und 7, C1 10 µF von Pin 6/7 nach GND; OUTPUT Pin 3 über 1 kΩ und LED nach GND; RESET Pin 4 an +5 V; CONTROL Pin 5 über 10 nF nach GND; Abblockung 100 nF und 1 µF.
Monoflop-LED-Timer mit dem LMC555. Die Pins sind in derselben Reihenfolge wie im Gehäuse gezeichnet.

Die Impulsdauer beträgt tH = 1,1 · R1 · C1 = 1,1 · 100 kΩ · 10 µF ≈ 1,1 s. Der Faktor 1,1 entsteht, weil sich der Kondensator von 0 V auf 2/3 V+ auflädt, was ln 3 ≈ 1,1 Zeitkonstanten dauert. Der LED-Strom beträgt etwa (4,6 V − 2 V) / 1 kΩ ≈ 2,6 mA; das Datenblatt garantiert bei 5 V Versorgung und 2 mA Last mindestens 4,4 V am Ausgang – genug für eine moderne LED.

Ein kompletter Ablauf, Schritt für Schritt

  1. Ruhe: OUTPUT ist LOW, die LED aus, und der Entladetransistor hält C1 nahe 0 V. R2 hält TRIGGER auf +5 V.
  2. Tastendruck: S1 zieht TRIGGER unter 1/3 V+ (etwa 1,7 V bei 5 V). Das Latch wird gesetzt, OUTPUT geht auf HIGH, die LED leuchtet, und Pin 7 gibt C1 frei.
  3. Aufladen: C1 lädt sich über R1 auf, die Spannung an Pin 6/7 steigt. Lass den Taster los: TI verlangt, dass TRIGGER mindestens 10 µs vor Ende des Zeitintervalls wieder HIGH ist.
  4. Ende: Erreicht Pin 6 2/3 V+ (etwa 3,3 V), setzt der Threshold-Komparator das Latch zurück. OUTPUT geht auf LOW, die LED erlischt, und Pin 7 entlädt C1 schnell.
  5. Wieder bereit: Der Baustein wartet auf den nächsten Tastendruck. Ein weiterer Druck während des Impulses verlängert ihn nicht, solange der Taster rechtzeitig losgelassen wird.
Zeitdiagramm: TRIGGER an Pin 2 erhält einen kurzen LOW-Impuls; die Kondensatorspannung an Pin 6/7 steigt exponentiell von 0 V bis zur gestrichelten Linie bei 2/3 V+ und fällt dann auf 0; OUTPUT an Pin 3 ist vom Triggerimpuls bis zur 2/3-Schwelle HIGH, tH = 1,1 · R1 · C1 ≈ 1,1 s.
Ein Monoflop-Ablauf: Der Triggerimpuls startet ihn, 2/3 V+ am Kondensator beendet ihn.

Aufbau: VSSOP-8 braucht einen Adapter

Der LMC555CMMX ist ein SMD-Baustein mit nur 0,65 mm Pinabstand und passt daher nicht direkt in ein Steckbrett. Löte ihn auf einen MSOP/VSSOP-8-auf-DIP-Adapter mit 0,65 mm Raster und prüfe vor dem Löten die Lage anhand des Pin-1-Punkts. Laut TI-Bestelltabelle trägt er die Kennzeichnung ZC5. Teile für das Beispiel:

  • LMC555CMMX auf einem VSSOP-8-Adapter
  • R1 100 kΩ, R2 10 kΩ, LED-Vorwiderstand 1 kΩ
  • C1 10 µF (Elko: Plus Richtung Pin 6/7)
  • 10 nF keramisch an Pin 5, 100 nF keramisch + 1 µF an Pin 8
  • Taster S1, eine LED und ein geregeltes 5-V-Netzteil

Als Blinker (astabiler Betrieb)

Verbinde TRIGGER und THRESHOLD (Pin 2 und 6), entferne den Taster und setze einen Widerstand RA von V+ an Pin 7 sowie einen Widerstand RB von Pin 7 an Pin 2/6. Der Kondensator C liegt von Pin 2/6 nach GND. Nun lädt sich C über RA + RB auf und entlädt sich über RB, und der Baustein schwingt frei zwischen 1/3 und 2/3 V+.

Laut Datenblatt ist die HIGH-Zeit t1 = 0,693 · (RA + RB) · C und die LOW-Zeit t2 = 0,693 · RB · C. Mit RA = 10 kΩ, RB = 68 kΩ und C = 10 µF ergeben sich t1 ≈ 0,54 s und t2 ≈ 0,47 s: etwa ein Blinken pro Sekunde. In dieser Schaltung ist die HIGH-Zeit stets etwas länger als die LOW-Zeit; das Datenblatt zeigt eine eigene Variante mit 50 % Tastverhältnis.

Grenzen und typische Fehler

  • Die Versorgung muss zwischen 1,5 und 15 V liegen; 15 V ist zugleich der absolute Grenzwert.
  • Der Ausgang ist kein Leistungstreiber. Der absolute Grenzwert liegt bei 100 mA, spezifiziert sind bei 5 V aber nur Ausgangspegel bei 2 mA (HIGH) und 8 mA (LOW). Für Relais und Motoren einen Transistor oder MOSFET – samt Freilaufdiode – verwenden.
  • Das VSSOP-Gehäuse darf bei 25 °C höchstens 555 mW abführen und hat den höchsten Wärmewiderstand der TI-Gehäusevarianten.
  • RESET nie offen lassen; unbenutzt an V+ legen, sonst kann der Timer fehlauslösen.
  • Wird der Taster länger als tH gedrückt, bleibt OUTPUT HIGH, bis TRIGGER losgelassen wird. Für einen festen Impuls unabhängig vom Tastendruck einen kurzen Triggerimpuls erzeugen, etwa über eine Kondensatorkopplung.
  • Elkos haben oft ±20 % Toleranz und einen Leckstrom, der die Zeit verlängert. Die Eingangsströme des LMC555 selbst sind winzig (typisch 10 pA); für genaue Zeiten sind daher ein Folien- oder Keramikkondensator und ein größerer Widerstand besser.
  • Bei 5 V ist der Ausgang laut TI TTL- und CMOS-kompatibel. Bei niedrigerer Versorgung skalieren die Schwellen mit V+, aber der LED-Strom sinkt.

Weitere Leitfäden

Einen RC-Oszillator kann man auch mit Schmitt-Trigger-Gattern bauen, siehe den Leitfaden zum MC14093B-Schmitt-Trigger. Um den 555-Takt herunterzuteilen, zeigt der Leitfaden zum MC14027B-J-K-Flipflop, wie ein Flipflop eine Frequenz halbiert.

Produkt und Quelle

Das lagernde Bauteil ist Texas Instruments LMC555CMMX/NOPB: der LMC555 im 8-poligen VSSOP (Gehäuse DGK) auf großer Rolle, −40 bis 85 °C. Pinbelegung, Schwellen, Zeitformeln sowie Versorgungs- und Ausgangsgrenzen wurden mit dem TI-Datenblatt SNAS558N (Revision März 2024) abgeglichen.

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