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Schaltung und Bau des Steuergerätes

Betrachten Sie zunächst das folgende Blockschaltbild: Der Block Stromversorgung stellt sozusagen die "Energiezentrale" dar und wandelt die Netzspannung in eine 20V-Gleichspannung um. Die Baugruppe stabilisiertes Netzteil hält die Spannung am Gleis belastungsunabhängig konstant, eine integrierte elektronische Sicherung schaltet bei Kurzschlüssen im Gleissystem und bei Überlast die Fahrspannung ab. In der Impulsstufe werden die Fahrbefehlinformationen in Impulsfolgen einer PPM (Impuls-Pausen-Modulation) umgewandelt, die schließlich in den Lokomotivempfängern decodiert werden. Die Steuerimpulse werden durch den Längsregler des stabilisierten Netzteiles der Fahrspannung überlagert.

Zu den Details des Schaltplans:

Transformator
Der Transformator der Stromversorgung muss bei einer Sekundärspannung von ca. 22 V einen Dauerstrom von mindestens 3 A abgeben können, für die Spitzenbeleuchtung der Triebfahrzeuge oder erst recht für die Wagenbeleuchtung sollten Sie allerdings ausreichend Reserven einkalkulieren. Empfehlenswert ist daher ein Trafo, der auch bei 6 A noch nicht "in die Knie" geht (Leistung also etwa 120 VA!). 

Stabilisiertes Netzteil
Das stabilisierte Netzteil zeigt eine übliche Längsregelschaltung, bestehend aus T5, T6 und T7 und den passiven Bauelementen darum herum. Die Ausgangsspannung am Gleis (Emitter T7) wird an T5 über den Spannungsteiler P1/R13 mit der Referenzspannung an der Zenerdiode D2 verglichen und durch T5 verstärkt. Die Darlingtonstufe T6/T7 regelt als "Längswiderstand" die Ausgangsspannung. 

Überlastsicherung
Die Bauelemente um T3 und T4 bilden die Überlastsicherung. An R7 fällt eine Spannung ab, die proportional zum Ausgangsstrom ist. Übersteigt diese Spannung einen Wert von ca. 0,5 V, so wird T3 leitend. Über den Spannungsteiler R4/R5 wird auch T4 aufgesteuert, so dass über D1 und T4 die Basis von T6 nahezu auf Nullpotential gelegt wird; T6 und T7 sperren und unterbrechen den Strom. T3 und T4 sind über R8/R9 und R4/R5 verkoppelt, so dass sie sich gegenseitig aufgesteuert halten, auch wenn der Spannungsabfall an R7 nur kurzzeitig einen Wert von ca. 0,5 V erreicht hatte. Die Sicherung zeigt also ein "Kippverhalten". Aus dem geöffneten Zustand lassen sich die Transistoren nur in die Ausgangslage (Sperrzustand) zurückversetzen, wenn die Spannung abgeschaltet wird. Dazu dient der Taster T, der den Schalttransistor T2 sperrt. 

Die Funktion des Transistors T1 ist es schließlich, das Ansprechen der Sicherung durch eine rote Leuchtdiode (D5) zu signalisieren, er dient als Stromverstärker für den LED-Strom. Die Dimensionierung des Widerstandes R7 richtet sich nach dem Strom I_max , ab der die Sicherung ansprechen soll. Es gilt

R7 [Ohm] = 0,5 [V] / I_max [A]

Der Widerstand muss mit    P [W] = R7 [Ohm] * (I_max [A])²  belastbar sein.

Soll die Sicherung z.B. bei einem Strom ab 5 A abschalten, muss R7 einen Wert von 0,1 Ohm und eine Belastbarkeit von 2,5 Watt haben. Weitere Informationen zur Sicherung finden Sie auf der Seite Ergänzungen.

Die Versorgungsspannung des Impulsteiles wird mit einem 8 V-Festspannungsregler (IC1) stabilisiert, D3, C4, C5 und C6 dienen zur Entkopplung und Siebung der Spannung.

Sämtliche Bauteile für das Steuergerät der Digitalsteuerung, bis auf den Transformator, T7 und die Fahrregler, finden auf einer Leiterplatte im Format 160 x 100 mm Platz:

Das Layout der Steuergerät-Platine  Platinen-Maß: 100 x 160 mm © Bernd Raschdorf

Der Bestückungsplan der Steuergerät-Platine