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Elektor

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Zu dem im letzten Monat
gestarteten digitalen Zugsteue-
rungssystem EdiTS-Pro gehört
ein Booster, der die Signale der
Steuereinheit mit Power auf
die Gleise bringt. Aus diesem
Grund präsentieren wir ein
modernisiertes und angepaßtes
Remake des EdiTS-Boosters
aus dem Jahre 1989. In diesem
Entwurf (Bild 1) wurden die
ursprünglichen Endtransisto-
ren BDV64 und BDV65 durch
die aktuellen und gut erhältli-
chen BDW84 und BDW83
ersetzt. Für diejenigen, die
nicht mit dem originalen Boo-
ster vertraut sind, soll hier kurz
auf die Arbeitsweise eingegan-
gen werden.
Der Booster einer digitalen
Zugsteuerung ist ein gleich-
spannungsgekoppelter nieder-
frequenter Leistungsverstärker.
Der Booster ist für kurze
Schaltzeiten optimiert und ver-
fügt über eine wirkungsvolle
Kurzschlußsicherung. Die digi-
talen Signale mit geringer Span-
nung werden am Eingang K1
dem Booster angeboten. Dort
werden sie zunächst auf eine
Amplitude von

±15...20 V

angehoben, mit der sie dann
auch am Ausgang erscheinen.
Das Signal ist in der Lage, digi-
tale Modellzüge zu versorgen
und zu steuern. Die elektrische
Verbindung zwischen Verstär-
ker und den Zügen verläuft
über die Gleise.
Da die Signale digitalen Cha-
rakter besitzen, muß der Ver-
stärker über ein hervorragendes
Schaltverhalten verfügen. Das
bedeutet, daß die Transistoren
in ihrem linearen Arbeitsbe-
reich betrieben werden müssen.
Aus diesem Grund verwendet
die Endstufe Emitterfolger. Die
Transistoren T1...T4 arbeiten in
dieser Konfiguration in ihrem
linearen Bereich und liefern
schalttechnisch optimale Resul-
tate. Ein Nachteil ist aber die
starke Verlustleistung, sprich:
Wärmeentwicklung. Ein (für
einen schaltenden Verstärker)
recht großer Kühlkörper ist der
Preis, den man dafür zahlen
muß.
Die Endtransistoren werden
von den Treibern T5 und T6

053

EDiTS Pro Booster-Update

1

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angesteuert, die den Ausgang zwischen + 20 V
und –20 V schalten. Eigentlich sollten hier
echte Schalttransistoren zum Einsatz kommen,
allerdings sind diese nicht oder nur schwer für
die verwendete Betriebsspannung erhältlich. So
wird auf die “alten Bekannten” BC640 und
BC639 zurückgegriffen. Sie erhalten ihre
Betriebsspannung von den Spannungsreglern
IC1 und IC2, deren Bezugspotentiale durch D3
und D4 angehoben werden. Die Amplitude der
Ausgangsspannung entspricht der der Steuer-
stufe (

±20 V), reduziert um die Basis/Emitter-

Spannung der Ausgangstransistoren (circa 1,5
V) und dem Spannungsabfall an den Emitter-
widerständen (höchstens 0,6 V). In der Praxis
bleiben also etwa

±18 V übrig.

Die Schaltung mit Transistor T11 signalisiert
Überlastung. Die Diode D9 überwacht die
negative Komponente der Ausgangsspannung.
Dies ist durchaus sinnvoll, da die negative Aus-
gangsspannung stärker belastet wird als die
positive. Unter anderem der Grund sind die
Weichendekoder mit ihrer einseitigen Gleich-
richtung, die ausschließlich die negative Seite
belasten. Darüber hinaus ist das Tastverhältnis
der Ausgangsspannung so beschaffen, daß
diese gemittelt negativ ist.
Wird der Booster nun belastet, beispielsweise
durch einen Kurzschluß am Ausgang, sorgen
die Transistoren T9 und T10 für eine zuverläs-
sige Strombegrenzung. Die Amplitude der
Ausgangsspannung sackt bei Überlastung sehr
schnell ab, so daß die Spannung über den End-
transistoren und als Folge davon auch die Ver-
lustleistung stark ansteigt. Hielte dieser Fehler
längere Zeit an, wäre eine thermische Überla-
stung der Endstufe denkbar. Abgesehen davon
kann ein Kurzschlußstrom von 12 A auch der
Modellbahn Schaden zufügen, ja sogar ein
Brand könnte die Folge sein.
Doch soweit muß es nicht kommen. Fällt die
negative Ausgangsspannung bis maximal –15 V,
so kann der Transistor T11 aufgrund der Z-
Spannung von D9 nicht mehr leiten. Das Sig-
nal an Pin 5 von K1 wird auf High gelegt und
die Verbindung zwischen Booster und Steuer-
einheit unterbrochen. Eventuell kann man über
die Diode D11 einen Kondensator schalten,
um die Reaktionszeit zu verlängern. So geht
der Booster über kurzzeitige Kurzschlüsse still-
schweigend hinweg. Auf der Platine ist dieser
Kondenator mit C7 bezeichnet. Ob er notwen-
dig ist oder nicht, hängt auch von der Steuer-
einheit ab. In Verbindung mit der alten EdiTS-
Steuerung war der Kondensator überflüssig, da
das Ausschaltverhalten softwaremäßig imple-
mentiert war. Arbeitet der Booser an einer

Stückliste

Widerstände:
R1,R2 = 18 k
R3,R4 = 2k2
R5,R6 = 4k7
R7,R8 = 100

Ω/1 W

R9 = 10 k
R10,R11 = 1 k
R12...R15 = 0

Ω15/4 W

Kondensatoren:
C1,C2 = 10

µ/25 V

C3,C4 = 220 n
C5,C6 = 100

µ/40 V

C7 = 1

µ/16 V*

Halbleiter:
D1,D2,D10,D11 = 1N4148
D3,D4,D9 = 15 V/400 mW
D5...D8 = 1N4001
T1,T2 = BDW83
T3,T4 = BDW84
T5 = BC640
T6 = BD639
T7 = BC547B

T8,T11 = BC557B
T9 = BC337
T10 = BC327
IC1 = 7805
IC2 = 7905

Außerdem:
K1 = 5polige DIN-Buchse

180° für Platinen- oder
Chassismontage

5 AMP-Flachstecker für

Platinenmontage, stehend

Isoliermaterial für T1...T4

Kühlkörper für T1...T4, z.B.

Fischer SK120, 100 mm

Netztrafo 225 V/6 A (300 VA)
Sicherung 1 A träge mit

Sicherungshalter

Platine EPS 87291-6
(siehe Service-Seiten in der

Heftmitte)

* siehe Text

2

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Elektor

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Märklin Digital Unit oder der neuen EdiTS Pro Steuerung, sollte
man den Kondensator eventuell anbringen.
Dank einer fix und fertig vorbereiteten Platine (Bild 2) ist der Auf-
bau des Boosters kein großes Problem. Da sich die Widerstände
R12...R15 ordentlich erhitzen können, sollten sie “schwebend” mit
einigen Millimetern Abstand zur Platine verlötet werden. Die
Endtransitoren müssen einen beträchtlichen Strom schalten, die
vier Brücken sollten deshalb aus 1 mm starkem Draht bestehen.
Zur Kühlung der Endtransistoren wird ein Kühlkörper mit einem
thermischen Widerstand von höchstens 0,8 K/W eingesetzt, bei-
spielsweise ein Fischer SK120 mit einer Länge von 100 mm. Ver-
gessen Sie nicht, alle Transistoren mit Isoliermaterial (Glimmer
oder keramische Isolierplättchen und Kunststoff-Isoliernippel)
und ein wenig Wärmeleitpaste zu versehen.
Achtung: Setzen Sie den Booster in Verbindung mit EdiTS Pro
ein, so verläuft die Verbindung zur Steuereinheit über ein spezi-
elles Interface mit Relais, wie es in der Juninummer beschrieben
wurde.
Wie im Schaltbild zu sehen, benötigt der Booster eine symmetrische
Betriebsspannung von

±23...30 V. In Bild 3 ist zu sehen, wie man

dies mit Hilfe eines Trafos mit doppelter Sekundärwicklung, eines
Brückengleichrichters und vier Elkos erreichen kann. Der Trafo

besitzt eine beeindruckende Leistungsfähigkeit und kann auch
hohe Ströme liefern. Dies ist aber nur über entsprechend dicke
Kabel zum Booster möglich. Das Netzteil ist fliegend aufzubauen,
also ohne Platine. Der Brückengleichrichter kann ziemlich heiß
werden, deshalb befestigt man ihn kopfüber auf dem kühlenden
Bodenblech des Gehäuses. Auch die Elkos sind den Verhältnissen
angemessen. Eine Kapazität von mindestens 20.000

µF pro Netz-

teilhälfte ist Pflicht. Es gibt brauchbare Elkos mit 22.000

µF/40 V,

man darf aber auch zwei Typen von 10.000

µF/40 V parallel schal-

ten.
Verfügen Sie noch über einen altgedienten Zugtrafo und beab-
sichtigen Sie nicht, die Anlage bis zur Leistungsgrenze zu fahren,
so läßt er sich durchaus weiter verwenden. Hauptsache, er liefert
eine Ausgangsspannung von 16 V. Ältere Märklin-Trafos sollten
damit keine Probleme haben. Der maximale Strom, den ein sol-
cher Trafo liefern kann, ist meist auf 2,5 A beschränkt. Bild 4
schließlich zeigt, wie ein alter Märklin-Trafo zur Stromversorgung
des Boosters herangezogen werden kann. Vier starke Dioden
(1N5401) und zwei Elkos (10.000

µF/40 V) bilden den Rest der

Netzteilschaltung.

(994060)rg

3

4

054

Die Applikation zeigt, wie das Ausgangssignal eines Accelero-
meter-Bausteins vom Typ ADXL05 mit einem preiswerten

CMOS-555-Timer in ein Signal gewandelt wer-
den kann, dessen Frequenz von der Meßgröße
abhängt. Die hier angegebene Dimensionierung
bezieht sich auf eine Beschleunigung von

±1 g.

Die an Pin 8 des ADXL05 liegende nominale
Ausgangsspannung von 200 mV/g wird von dem
internen Pufferverstärker um den Faktor 2 ver-
stärkt. Die Bezugsspannung für 0 g an Pin 9
beträgt ungefähr 1,8 V. Kondensator C4 und
Widerstand R3 bilden einen 16-Hz-Tiefpaß, der
das Rauschen weitgehend unterdrückt und
dadurch die Auflösung des Meßsignals verbes-
sert.
Der 555 arbeitet als spannungsgesteuerter Oszil-
lator (VCO), seine nominale Frequenz wird von
R5, R6 und C5 bestimmt. Die Widerstände R5
und R6 sind so dimensioniert, daß bei einer Ein-
gangsspannung an Pin 5 des 555 von 1,8 V (ent-

sprechend 0 g) der Duty-Cycle ungefähr 50 % beträgt. Frequenz-
abweichungen als Folge von Betriebsspannungsschwankungen

555CP

IC2

DIS

THR

OUT

TR

CV

2

7

6

4

R

3

5

8

1

R6

100k

R5

10k

C5

510p

10

Ω

R1

49k9

R3

100k

C4

100n

22n

C3

10n

22n

C6

100n

5V

C1

C1

C2

COM

V

PR

V

IN

V

OUT

V

PR

FREQUENCY

OUTPUT TO

µ

P

+3V4 REF

994046 - 11

PRE-AMP

BUFFER

ADXL05

AMP

10

8

3

4

5

2

9

1

6

IC1

Beschleunigungsmesser