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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Nachbau NE555 ->interner Aufbau


Autor: Michael (Gast)
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Als Lehrmodell möchten wir hier an der Schule einen nachbau eines NE555
mit diskreten bauteilen machen. Das ganze soll den Schülern als
Vorführobjekt dienen. Sie sollen also erst die Schaltung analysieren
und dimensionieren und dabei dann die Funktionsweise von
Halbleiterbauteilen lernen. Anschließend soll das ganze am
Vorführobjekt nachgemessen werden.

Also mittlerweile habe ich einen Schaltplan für den Aufbau des NE555
gefunden (siehe Anhang Seite 3). Was meint ihr, ist das möglich
umzusetzen auf einer sauber geätzten Platine? Welche Transistoren
würdet ihr nehmen, Standard BC547 und und BC557)? Habt ihr vielleicht
noch weitere Informationen und Ideen, die bei der Umsetzung diieser
Idee helfen könnten?

Gruß
michael

Autor: Hubert.G (Gast)
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Mal abgesehen von Q19 (würde mich interessieren welchen Transistor du da
vorgesehen hast)wird das sicher schwierig da du nicht weist welche Werte
die Transistoren haben. Im einfachsten Fall sind alle Transistoren
gleich und das ist sicher schon schwierig genug.

Autor: Michael (Gast)
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Hmm...naja ich hatte schonmal die Schaltung ein bischen analisiert, und
habe mir gedacht, dass man da ein ganz normalen PNP Transistor
verwenden könnte. Bitte korrigiert mich, wenn ich falsch liege.
Ansonsten suche ich auch noch andere Quellen, um an mehr Informationen
zu kommen (z.B. etwas andere Aufbauten oder auch einfach nur eine
Bestätigung für diese hier).

Ansonsten denke ich, werden an die Transistoren keinen alzu großen
Ansprüche gestellt. Schließlich handelt es sich hier auch um ein Layout
von 1972. Und wenn man sich den Schaltplan so anschaut, erkennt man
sofort etliche Darlington Stufen, die ein oder andere einfache
treiberstufe und natürlich Differenzverstärker. es sind ja auch "nur"
21 Transistoren verbaut.

Die Performance usw. wird natürlich eine Andere sein, als bei dem
fertigen IC. Aber die grundlegende Funktionsweise sollte schon die
selbe sein bei meinem Nachbau ;-)

Autor: karadur (Gast)
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Hallo

die Transistoren im Chip haben sehr ähnliche Eigenschaften. Diskret
wird das eher nix.

Autor: crazy horse (Gast)
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nimm das Blockschaltbild auf Seite 2. Das müsste sich nachbauen lassen.
OPs und ein RS-FF. Das FF kannst du auch noch mit Einzeltransistoren
realisieren. Die Gesamtinnenschaltung: eher unmöglich.

Autor: karadur (Gast)
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Hachtrag

wenn du das wirklich machen willst kann das mit OPs klappen.

Ich würde das Blockschaltbild als Vorbild nehmen und das nachbauen.

Die Stromspiegel usw. diskret klappen nur mit selektierten Transistoren
die thermisch gekoppelt sind.

Autor: Michael (Gast)
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Naja dann wäre der Sinn und irgendwie auch der Reiz dieses Projektes
vorbei :-(

Das es natürlich nur ausgwählte Transistoren sein dürfen, macht
irgendwie Sinn. Aber ich glaube nicht, dass die Dimensionierung nun
extrem anspruchsvoll ist. Wie hat man denn Differenzverstärker
aufgebaut, bevor es ICs gab, schließlich ist das ja eine der
Standardschaltungen? Leider war ich da noch nicht geboren ;-) Und
schließlich hatte man da doch noch die Halbleiterherstellung noch nciht
so im Griff wie man es heute kann, also sprich die Fertigungstoleranzen
waren einfach größer.

Ansonsten habe nochwas gefunden, möchte es jetzt nicht komplett hier
reinstellen, aber es gibt von dem Entwickler des NE555 ein Ebook.
http://www.arraydesign.com/_count/designinganalogchips.pdf

Interessant wird es ab Seite 143. Nebenbei bemerkt sieht es auch so
ganz interessant aus.

Ansonsten wie gesagt, das die gleiche Performance wie beim Original
herauskommt, würde ich auch eher bezweifeln, aber wichtig wäre mir die
Grundfunktionalität.

Gruß
Michael

Autor: Michael (Gast)
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PS: In dem Buch sind auch Schaltpläne modernerer Varianten des Ne555
abgebildet, u.a. eine CMOS Variante.

Autor: Ludwig Wagner (lordludwig)
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das hab ich schonmal für den 7805 gemacht^^. Schaut sehr kaotisch aus
aber funktioniert annähernd so stbil wie der original 7805

Autor: Michael (Gast)
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Cool Ludwig, das freut mich sehr von mir zu hören. Also ist meine Idee
nicht völlig unrealistisch und verrückt :-)

Hast du vielleicht nähere Informationen, also was mich interessieren
würde, hast du einen Schaltplan vom 7805, wie hast du ihn im Detail
umgesetzt (hast du noch irgendwas verändert?) und wie sieht das ganze
fertig aus? Ich weiß, ganz schön viele Fragen auf einmal, aber am
Besten erzähl einfach mal ein bischen, es interessiert mich sehr :-)


Eine andere Idee ist noch, kann man vielleicht auch 2 Transistoren in
einem Gehäuse nehmen, damit sie thermisch gekoppelt sind?

Gruß
michael

Autor: A.K. (Gast)
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Evtl. auch interessant: Die Innenschaltung des NE558, eines Verwandten
des NE555. http://www.ortodoxism.ro/datasheets/philips/NE558_3.pdf.

Autor: Ludwig Wagner (lordludwig)
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also die generelle beschaltung is im anhang, ich habe damals ne genaue
beschreibung zu den transistoren und widerständen gehabt.

Als transistoren hab ich alle die standart BC547 und BC557 genommen, da
der aufwand für diese vielen zu groß gewesen währe. Das wird auch der
grund dafür sein warum das ding lang nicht 1A hergibt. Sonst habe ich
nichts verändert.

wenn ich die beschreibung noch habe stell ich sie rein, find sie nur
grad ned.

Foto kann ich leider im moment nicht machen, da meine cam kaputt is,
aber ich krig bald ne neue. Wie gesagt is ziemlich kaotisch weil das
ganze auf streifenraster aufgebaut ist. is halt ca. 10x10cm mit
etlichen trasistoren und widerständen und besonders: KABELN!!!

den 555 nachzubaun is keine schlechte idee, da die widerstände sogar im
datenblatt schon vorgegeben sind. ich würde es einfach mit standart
bauteilen aufbauen und schaun ob und wie genau das funktioniert. du
wirst sicher nicht an das original ran kommen aber sonst sollte es
grundsätlich eine schwingung geben.

Autor: Michael (Gast)
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@Ludwig: du hast leider den Anhang vergessen :-)

Autor: Ludwig Wagner (lordludwig)
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hoppla :-)

Autor: Michael (Gast)
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Also ich habe mich jetzt dazu entschieden, das ich es einfach mal
versuchen werde. Wenn jemand noch Tipps, Informationen usw. hat, darf
sie hier gerne noch posten.

Vielen Dank schonmal

Autor: SuperUser (Gast)
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Also ich finde das erschreckend, was du mit den Schülern vorhast (ich
nehme mal an du bist der Lehrer?). Wenn der Lehrer sich schon nicht im
Schaltungsdesign auskennt - was sollen dann die Schüler lernen?

Das Aufbauen einer integrierten Schaltung mit diskreten Bauteilen ist
Unsinn. Oder ist das das Lernziel das zu erkennen? Du solltest als
erstes erkennen, dass einige Bauteile der Prinzipschaltung auf Seite 3
matchen müssen...

Ich würde alternativ so vorgehen:

(Vorraussetzung die Schüler wissen wie ein Transistor funktioniert, wie
man den Arbeitspunkt einstellt, wie sich die AC Verstärkung bestimmt
etc.)

Vernünftiger Weise fangt ihr erstmal mit z.B. einen Stromspiegel an.
Dazu kann man entsprechende gematchte Transistoren in Arrays oder
dual/quad package kaufen. -> sehr grosser Lerneffekt, insbesondere
warum die Transistoren im Stromspiegel matchen müssen!

Danach könntet ihr euch eine Differenz-Stufe vornehmen.  Dabei werdet
ihr lernen, dass die Differenz-Stufe nur mit gematchten Transistoren
vernünftig funktioniert....

Wenn das klappt, lässt sich die Differenz-Stufe zu einen kleinen OP-AMP
bzw. Komparator erweitern.

Und dann - tari-tara - könntet ihr aus den Komponenten (wenn sie denn
funktionieren) einen NE555 zusammenzimmern. (Wenn nicht das Schuljahr
schon um ist)

Und dir als Lehrer empfehle ich, als erste Übung mal die entsprechenden
Schaltungen im NE555 zu identifizieren, mit entsprechenden Tools zu
simulieren und dann die entsprechenden Bauteile zu beschaffen...

Autor: Michael (Gast)
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Okay, vielleciht sollte ich dazu ein bischen mehr sagen, dann wirds
klarer :-)

Als erstes ich bin nicht Lehrer, sondern Student.
Unsere Uni hat eine Kooperation mit einem Fachgymnasium Elektrotechnik.
Und im Rahmen dieser Kooperation wird regelmäßig eine Schüleruni
veranstaltet, d.h. die schüler kommen hierher und hören sich eine
(extra für sie gemachte) Vorlesung oder auch Übung an. Also
Transistorgrundschaltungen (sollten) sie können. Meine Aufgabe ist es
jetzt, eine Übung auszuarbeiten, in der den Schüler der Transistor im
praktischen Einsatz gezeigt wird. Dabei werde ich natürlich mir die
einfacheren Schaltungsteile rauspicken zum Analysieren und nicht bis
ins letzte Detail gehen.

Ansonsten sollen die Studenten im 6.Semester die ganze Schaltung
nochmal genauer analysieren, mit Transistorersatzschaltbild und
Netzwerkanalyse usw.. So zumindest im Moment meine Idee, aber das kann
man dann nochmal gucken.

Also wie man sowas berechnet weiß ich, also zumindest werd ichs wohl
hinkriegen, das einmal durchzurechnen. Ich war mir halt nur nicht so
sicher, ob man das wirklich diskret aufbauen kann, so das es auch
funktioniert. Zudem hab ich natürlich auf ein bischen Erfahrung von
euch gehofft (und mit Ludwig auch gekriegt). Also ich werds einfach mal
ausprobieren und diese Schaltug diskret aufbauen.

Autor: 3 Newton (Gast)
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Ich bin auch Student und nicht so weit weg von der Schule, glaube mir,
damit sind die Schüler überfordert. Mach lieber was SuperUser
vorgeschlagen hat. Stell Dir mal vor wie 21 Transistoren auf einer
Platine aussehen, einige noch zusammengeklebt wegen der thermischen
Kopplung, uiuiui. Das endet nicht gut. Manchmal ist weniger mehr!

3N

Interessant übrigens dass man Dich mit Lehraufgaben betraut hast wo Du
ja selbst nicht gar zu viel zu wissen scheinst... Mach bloß keinen von
den Proll-Hiwis die nur weil sie ein Semester höher sind denken, dass
sie knapp vor der Vergöttlichung stehen.

Autor: Rahul (Gast)
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Was für ein besch... Pessimismus.
Was spricht denn dagegen, die einzelnen Bausteine mal aufzubauen und
sie dann zu einem kompletten Baustein zusammen zu stellen.
Dass Beispiel eines NE555 ist vielleicht nicht wirklich gut gewählt,
weil er schon recht komplex ist, aber wenn man einen OP (Beispiel aus
der Berufsschule) aufbaut, dann kann man da schon schöne Sachen dran
messen.
Ich weiß ja nicht, wie hoch das Niveau im 6. Semester an der Uni ist,
aber an meiner FH haben wir keine Schaltungen mehr diskret aufgebaut,
sondern OPs etc benutzt. Transistorschaltungen haben wir im
Grundstudium im Laborversuch behandelt.
Vielleicht sollte man eher eine Schaltung realisieren, die nicht so ein
Transistorgrab darstellt, wie der NE555. Man könnte auch einen
Schmitt-Trigger oder einen Dämerungsschalter aufbauen. Da sind nicht
soo viele Teile drin. Es ist ja auch immer ein Problem, dass die
Schaltung funktionieren muß, und wenn man dann zig Transen da drin hat,
dann wird die Fehlersuche sehr anstrengend (wenn nicht sogar
frustrierend).
Man könnte den NE555 problemlos mit OPs wie im Blockschaltbild
aufbauen, dann hätte man aber nur noch die Endstufentransistoren...

Ich würde einen OP als Anschauungsobjekt bauen...

Autor: SuperUser (Gast)
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Hallo Michael,

als E-Technik Student wirst du lernen, dass man für integrierte
Schaltungen und diskrete Schaltungen andere Schaltungstechniken
verwendet.

Ein diskretes Nachbauen integrierter Schaltung ist Unfug, und das
Schülern beizubringen auch. Sonst kommen da solche Dinge raus wie von
Ludwig, dass ganze 7805 diskret nachgebaut werden. Wichtiger wäre zu
erklären, dass man einen 7805 auch mit einer Z-Diode, ein paar
Widerständen und drei Transistoren diskret mit vernünftiger Performance
bauen kann...

Ich würde für eine solche Veranstaltung etwas überschaubares und
anschauliches auswählen. Wenn es diskret sein muss z.B. einen
Audioverstärker. Mikrofon rein, Lautsprecher raus. Da könntest du dann
class A Verstärker, Class A/B Verstärker, AC- und DC-Kopplung,
Arbeitspunkteinstellung, Verlustleistung und Kühlung, Power Supply
Rejection etc. praktisch vorführen mit Erfolgsgarantie.

Grüße
  SU

Autor: crazy horse (Gast)
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Korrekt, da werden schon mal 10 Transistoren verbaut, um einen
Widerstand zu ersetzen. Im Nachbau völlig irrwitzig, bei der
Integration sinnvoll.

Autor: Rahul (Gast)
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sach ich doch!

Autor: Läubi (Gast)
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Also nen Transistorverstärker hab ich mal gebaut mit BC457 und BC548...
ok hat nicht so super geklungen aber hey, es gibt nix lustigers:

http://www.elektronik.laeubi-soft.de/img/scanner_innen1.jpg etwas
schlecht zu erkennen, sit auch alles sehr unoptimal mit rumleigenden
Bauteilen gemacht, aber spassig auf jeden Fall, und wenn am ende
nämlich was rauskommt womit man was anfangen kann (nämlich Musik hören)
ist das erfolgerlebniss höher als wenn man nen NE555 mit mühe nachbaut
und danach einen.... NE555 hat den man sich an die Wand hängen kann :D

Autor: Ronny Schmiedel (Gast)
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Also ich habe immer unsere Praktikanten einen astabilen Multivibrator
diskret mit Transistoren aufbauen lassen. Der Erfolg war garantiert und
zum Schluß blinkten sogar 2 LED´s. Als "Lerneffekt" kann man dann auch
mal heimlich Widerstände austauschen und die Leute suchen lassen.
Somit lernen sie gleich auch den Umgang mit nem Oszi. Die Begeisterung
war meistens grenzenlos. Einige haben sogar heute noch ihre
Testschaltung zu Hause und sind ganz stolz drauf...

Autor: Ludwig Wagner (lordludwig)
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@SuperUser:

"Sonst kommen da solche Dinge raus wie von Ludwig, dass ganze 7805
diskret nachgebaut werden"

Auch wenn du das für verrückt hälst, ich wollte damit nichts beweisen
sondern einfach mal die innereien von einem Baustein groß aufbaun. Das
ganze ist sicherlich nicht sinnvoll oder so aber doch interressant wenn
man an einer beliebeigen stelle des "7805" verschiedene dinge messen
zu können.

zudem hatte ich gerdae langeweile, 2x100 stück transistoren übrig und
ne bastelkiste mit anderen standartbauteilen neben mir stehen. Was
spricht dann gegen so etwas was mich eh schon länger mal gereizt hat???
Mich haben die verschiedenen messungen (z.B. erwärmen von einzelnen
transistoren) ect. lange zeit gepackt.

Autor: SuperUser (Gast)
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Hallo Ludwig,

tschuldigung, halte dich nicht für verrückt ;-). Du wolltest das ja
auch nicht als Regler einsetzen.

Wenn dich so etwas interessiert, empfehle ich dir,  mal so eine
Schaltung zu simulieren. Dann kannst du die wirklichen Gegebenheiten in
einer integrierten Schaltung nachstellen und noch viel mehr lernen.

Bei dem diskreten Aufbau kämpfst du nur mit Effekten, die es bei der
integrierten Schaltung gar nicht gibt.

Grüße
  SU

Autor: Ludwig Wagner (lordludwig)
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ja, simuliert habe ich schon viel, aber der reale aufbau unterscheidet
sich eben doch von der simulation. es ist eben wie gesagt doch sehr
interessant zu beobachten wie vie ausgangsspannung mit der temperatur
einzelner transistoren zusammenhängt. Mich hat das multimeter+fön
einige stunden gepackt

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