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Schaltung und Bau des Steuergerätes

Betrachten wir zunächst das Blockschaltbild (Abb. 2): 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 umgewandelt, die schließlich in den Lokomotivempfängern decodiert werden. Die Steuerimpulse werden durch den Längsregler des stabilisierten Netzteiles der Fahrspannung überlagert.

Blockschaltbild des Steuergerätes

 Das Blockschaltbild des Steuergerätes

Die einzelnen Baugruppen des Blockschaltbildes sind in der Schaltung leicht wiederzuerkennen. Der Schaltplan des Steuergerätes ist der Übersichtlichkeit halber in zwei Teilschaltungen zerlegt worden. Die obere Schaltung zeigt das Netzteil, die untere die Schaltung des Impulsteiles. 

Schaltplan des Steuergerätes - Netzteil
Der Schaltplan des Steuergerätes - Netzteil
Schaltbild des Steuergerätes - Impulsteil
Der Schaltplan des Steuergerätes - Impulsteil

Zu den Details des Schaltplans:

Der Transformator der Stromversorgung muss bei einer Sekundärspannung von 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!). 

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. 

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 Imax , ab der die Sicherung ansprechen soll. Es gilt

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

Der Widerstand muss mit    P [W] = R7 [Ohm] * (Imax [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.

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 BR-Digitalsteuerung, bis auf den Transformator, T7 und die Fahrregler, finden auf einer Leiterplatte im Format 160 x 100 mm Platz:

Platinen-Layout des Steuergerätes
 Das Layout der Steuergerät-Platine 
Platinen-Maß: 100 x 160 mm

Bestückungsplan des Steuergerätes
Der Bestückungsplan der Steuergerät-Platine

 Die Bauteile des Steuergerätes 

  Widerstände  Halbleiter

 R1, R6, R23
  R2, R10, R12, R16
  R3, R5, R20
  R4, R9
  R7
  R8, R13
  R11
  R14, R18
  R15, R17, R21
  R19
  R22
  P1 - Trimmpoti liegend
  P2 - Trimmpoti liegend
  P3 - Trimmpoti liegend
  P4 - Trimmpoti liegend
  F1 - F6 Drehpotis

1k5
  1k0
  4k7
  22k
  0,1 Ohm / 2,5 W
  2k2
  220 Ohm
  47k
  10k
  1k8
  68k
  4k7
  2k2
  10k
  47k
  10k lin

D1, D4
  D2
  D3
  D5
  D6
  T3
  T1, T4, T5, T8, T9
  T2
  T3
  T6
  T7
  IC1
  IC2
  IC3
  IC4, IC5

1N4148
  BZX83/C7V5
  1N4001
  LED rot
  LED grün
  BC 557
  BC 547
  BD 675 (siehe Text)
  BC 557
  BC 140
  2N3055
  µA 7808
  NE 556
  CD 4022
  CD 4066

Kondensatoren  Sonstige Bauteile

  C1
  C2
  C3
  C4
  C5
  C6
  C7, C10
  C8, C9
  C11
  C12

  10000 µF / 40 V Elko
  10 µF / 10 V Tantal
  0,15 µF / 25 V Tantal
  470 µF / 40 V Elko
  47 µF / 10 V Elko
  47 nF
  0,33 µF / 10 V Tantal
  10 nF
  1 nF
  100 nF, keramisch

  TR  Netztransformator, sek 22 V / 3...6 A
  S    Netzschalter
  GL  Brückengleichrichter, für 3 A: B40C3000
  3 x IC-Fassungen DIL 14 polig
  1 x IC-Fassung  DIL 16-polig
  SI   Feinsicherung 0,63 A flink
  T  Taster mit Schließkontakt oder Schalter
       (alternativ ein Relais)


Eine ausführliche Funktionsbeschreibung, Tipps zum Nachbau und Messdaten zur Fehlersuche finden Sie im Buch oder in der Dokumentation, die Sie auf Nachfrage beim Autor zum Download bestellen können, ebenso die geätzte Leiterplatte. Richten Sie Ihre Anfrage an mail@bernd-raschdorf.de.


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