Eredeti megjelent:
Hobby Elektronika
2000./ 3. szám 87-87.
oldal.
Játékvasút-tápegység
A gyerekek ilyenkorra
már, ki tudja, hányadik készlet szárazelemet használták el a karácsonyra megkapott
villanyvonathoz. Egy szorgalmas kis „vasutas" e néhány hónap
alatt annyi elemet fogyaszt el, hogy annak árából bőven kitelik
egy hálózati tápegység anyagára: Az alábbi cikkben egy egyszerű,
olcsó játékvasút-tápegység leírását közöljük.
A játékvasút-tápegység
elvi kapcsolási rajzát az 1. ábrán láthatjuk.
A hálózati transzformátor 2x18 V-os szekunder feszültségét
a D1...4 szilícium diódával felépített
Graetz-híddal egyenirányítjuk.
A Cl és C2 pufferkondenzátorok
közös pontja a hálózati trafó szekunder tekercseinek összekötött közös
kapcsaira csatlakozik (tulajdonképpen ez a pont a szekunder kőzépleágazásának is nevezhető volna). Így egy szimmetrikus
kettős, pozitív és negatív polaritású egyenfeszültséghez jutunk:
Azért
kell a kétféle polaritás, mert a játékvasút mozdonyok irányváltása a sínpárra
juttatott egyenfeszültség polaritás-váltásával oldható meg. Az üzletekben kapható,
korábbi egyszerű játékvasúttápok ezt a polaritás-váltást
kapcsolásunknál jóval -egyszerűbben oldják meg. Azoknál a tápegység kimeneti
pontjain levő kétáramkörös váltókapcsoló
(„kétmorzés" kapcsoló) segítségével tudjuk az irányváltást elvégezni:
Ennek a - bár tényleg igen egyszerű - megoldásnak az a nagy
hátránya, hogy az adott esetben, akár teljes sebességgel „rohanó"
szerelvényt is hirtelen irányváltoztatásra tudjuk kényszeríteni. Önfeledten játszó
vagy meggondolatlan kisgyermekek sajnos sokszor ki is használják az egyszerű
tápegységeknek ezt a konstrukciós hibáját. Pedig az ilyen esemény egyáltalán
nem tesz jót a manapság immár igencsak drága mozdonyok motorjainak, keféjük,
kommutátoruk az így kialakuló relatíve nagy túláram
okozta szikrázástól rövid idő alatt beéghet. Ezt csak
úgy tudjuk ilyen tápegységgel kiküszöbölni, ha az irányváltás előtt a
sebességet nullára szabályozzuk, magyarul, a szerelvényt megállítjuk, mint
ahogy-az a való életben is történik.
1.ábra.
Az
általunk megvalósított tápegység mentes a fentebb vázolt hibától. A mozdony
sebességének csökkentése, illetve a mozdony megállítása (még, ha csak egy
pillanatra is) az irányváltás előtt - ha akarjuk, ha nem -, automatikusan
megtörténik. Ez, mint később látjuk, a működési elvből következik.
A két pufferkondenzátoron megjelenő egyenfeszültség értéke igen nagymértékben terhelésfüggő. Ezt az ingadozó,
nyers feszültséget az ICl és IC2 7815, illetve 7915 típusú „háromlábú" integrált
stabilizátor áramkörök stabilizálják. A játékvasúti mozdonyok persze nem kívánják
meg a „vontatási" feszültség stabilizálását, azok igen- jól működnek stabilizálatlan,
alig megszűrt feszültséggel is. A stabilizátorok alkalmazását két szempont
indokolja. A játékvasúti mozdonyok működtetése általában max.
12 V-ról történik. Mint említettük, a pufferkondenzátorok feszültsége erősen ingadozik, értékűk - még teljes terhelésnél is - jóval meghaladja a
számunkra szükségeset. A stabilizátorok
ezt 15 V-ra határolják, kapcsolásunkban ez az egyik
szerepük. Mint a rajzból is látható, a 7815 a pozitív, a 7915 típus pedig a negatív polaritású feszültséget stabilizálja.
A kimenetükre kapcsolt 100 nF-os, kerámia dielektrikumú
kondenzátorok az IC-k gerjedését hivatottak meggátolni.
Az integrált stabilizátorok alkalmazásának másik indoka, hogy ezek a
típusok - gyártástól függően - maximum kb. 0,75...1 A
kimeneti egyenáramot szolgáltatnak. E felett az áramérték felett a belső túláramvédelem és/vagy hővédelem
megszólal, korlátozva így a kimeneti áram értékét. Kapcsolásunk ennek köszönhetően
rövidzárbiztosnak is tekinthető.
2.ábra.
A játék-mozdony haladási
sebességének és irányának vezérlését az IC3 741 típusú belső
kompenzálással ellátott integrált áramkör végzi. Ebben a kapcsolásban az IC
ún. feszültségkővetőként működik. Vagyis a kimenetén
a neminvertáló (+) bemenetére juttatott feszültség
értékének és polaritásának megfelelő feszültség jelenik meg. A 741 kimenete
nem tudja szolgáltatni a mozdony(ok) nagy áramszükségletét,
ezért azt „meg kell fejelni” a T1…4 tranzisztorokkal, hogy a
terhelhetőség megnövekedjék. A Tl T2
npn és T3 T4 pnp tranzisztorok ún. Darlington-kapcsolásban
üzemelnek, együtt pedig egy komplementerpárt
alkotnak. E négy tranzisztor és az IC együttesen egy kb. 2 A
kimeneti terhelhetőségű (bár meglehetősen szerény
adatokkal bíró) műveleti erősítőt alkot. A kimeneti pont most a T2
és T4 közös emitterpontja. A 741 invertáló
(-) bemenetére is innen kerül vissza a kimeneti jel, és innen kapja a táplálást
a játékvonat sínpályája.
Az integrált áramkörök neminvertátó
bemenetére jutó feszültség értékét és polaritását az R1-P-R2
alkatrészekből álló feszültségosztóval szabályozhatjuk. A kapcsolási rajzon szereplő
értékekkel ez a vezérlőfeszültség kb. +14,4...-14,4
V közé esik. Az Rl és az R2
ellenállások ebben a pozícióban ún. ütköztető ellenállások; értékük határozza
meg, hogy a P potenciométer szélső állásaiban mekkora legyen a minimális,
illetve maximális feszültségosztás. Hatásuk tehát olyan, mintha a potenciométer
tengelyére egy mechanikai ütközőt szereltünk volna - innen is az elnevezés. A potenciométer középállásában a feszültségosztónk
(és az egész áramkörűnk) kimeneti feszültsége nulla. A P
potenciométer középállásához képest a rajz szerinti felső tartományban a kimeneti
feszültség polaritása pozitív, míg az alsó tartományban negatívra vált a polaritás.
Tehát a potenciométerrel vezérelhetjük a szerelvény sebességét és a haladási irányát.
Ha az említett
szélső értékekből kivonjuk a kimeneti Darlingtonokon
eső kb. 1,4 V feszültséget, láthatjuk, hogy a kimeneten
megjelenő feszültség +13 és -13 V között szabályozható. Ez 1 V-tal nagyobb, mint a legtöbb mozdony névleges feszültsége,
de számítani kell a sínpálya és a hozzá kapcsolódó vezetékezés ellenállásán
eső feszültségesésre is. Ezért az 1 V-nyí többlet.
Ha a kimeneti tartalékra nem tartunk igényt, akkor az R1 és R2
ellenállás értékét 620 Ω-ra növeljük meg! Ilyenkor a kimeneti feszültség
±12 V közötti lesz.
Megépítés
A játékvasút-tápegység alkatrészéit - a hálózati transzformátor és a primerköri
alkatrészek kivételével - egy 175x85 mm nagyságú, egyoldalon fóliázott nyomtatott áramköri panelra
szerelhetjük fel. A nyomtatási rajzot a 87.
oldalon találják meg az utánépítők. Az atkatrészek beültetését a 2. ábra mutatja.
A P potenciométer egyaránt lehet toló vagy körbeforgó típusú. Mindkét
kivitelnek vannak előnyei és hátrányai is az adott alkalmazásban.
A tolópotenciométer karjának állása, illetve
kezelése talán szemléletesebb, ugyanakkor az általános, kereskedelmi célokra gyártott
típusok élettartama ilyen felhasználásban bizony nem túl hosszú. Az állandó,
folyamatos szabályozás fokozott kopást eredményez mind a csúszka mechanikai
megvezetésénél, mind az ellenállásrétegen. A játék hevében a gyerekek könnyen
le is törhetik a tolópotenciométer á1talában amúgy
sem túl nagy szilárdságú állítókarját. Ezek az alkatrészek
pl. egy rádióban jól megfelelhetnek élettartam szempontjából, de ott a kezelés
sokkal kíméletesebb, mint esetűnkben. Igaz ugyan, hogy közöttük akad olyan kivitelű;
amely középállásban jól érezhetően arretál, ez
egyértelmű előny lenne számunkra, hiszen itt a szerelvény álló helyzetét jelentené.
A körbe forgó (fémházas!)
potenciométerek tengelye viszont általában jól csapágyazott, tehát jól bírja a
fokozott mechanikai igénybevételt. Ugyanakkor az ilyen alkalmazásban e típus
kevésbé szemléletes és a középállást jelző arretáló-mechanika
is házilagos elkészítést igényel, bár ez utóbbi nem feltétlenül szükséges a megfelelő
működéshez, csak a kényelmet fokozza. A körbe forgó potenciométer állását
mutatós (orros) forgatógombbal tudjuk szemléletessé tenni.
A két kivitel kőzött természetesen mindenki szabadon választhat, igényei és lehetőségei szerint:
A legjobb megoldás persze a „körbe forgó tolópotenciométer". Ne tessék
megijedni, ez nem fábói vaskarika, hanem egy kis
többletmunkával kialakítható kezelőszerv, amely esetűnkben egyesíti a
tartósságot és megbízhatóságot a szemléletes kijelzéssel. Nem kell mást tenni,
mint egy körbe forgó potenciométer tengelyére egy kis méretű skáladobot szerelni,
majd azt skálahúr segítségével forgatni. Két kis skálagörgőn átvezetve a
skálahúrt, már meg is van az egyenes szakasz, ahol kezelhetjük potméterünket a húrra szerelt - és alkalmas módon megvezetett
- csúszka segítségével. Ugyanúgy működik a dolog; mint a régi rádióknál a skála,
csak most „a farok csóválja á kutyát". Ezt a megoldást egyébként régebben sokszor alkalmazták
például hangstúdiók keverőasztalaiban is.
Az ICl
és IC2 stabilizátorokat U-alakú hűtőlemezzel
csavarozzuk fel a nyomtatott áramköri lemezre! A T2 és a T4
tranzisztorokat ún. ujjas hűtőbordára kell szerelni. Mind
a kétféle hűtőszerelvény általában folyamatosan beszerezhető az alkatrészboltokban.
Né felejtsük el az IC-k és tranzisztorok hűtőszerelvényl
csatlakozó felületét szilikonzsírral vékonyan
bekenni, elősegítve ezzel a jobb hővezetést! Nem feltétlenül szükséges, de jó,
ha a műveleti erősítő IC-t foglalattal szereljük. Ez megkönnyíti egy esetleges
meghibásodás esetén a cserét.
A nyomtatott áramk8r A,
B, C és a potméter csatlakozópontjainál, illetve a kimeneti pontoknál célszerű kis
csőszegecseket vagy forrasztótüskéket ütni a panelba, mert így a csatlakozóvezetékek
nem téphetik fel a rézfóliát egy vigyázatlan mozdulat során.
Hálózati transzformátorként
egyaránt használhatunk kész, gyári transzformátort (megfelelő
pl. a 35 VA-es, 2x18 V-os „Puskástrafó")
vagy magunk is tekercselhetünk ilyet. Egy fontos dologra azonban figyelni kell, éspedig, hogy a felhasznált
transzformátor feltétlenül kettős szigetelésű, ún. biztonsági transzformátor
legyen! Az ilyen trafó minden esetben külön csévetesttel rendelkezik a primer-
és külön a szekundertekercsek számára.
Ha házilag . készítjük el a transzformátort,
úgy az a következő tekercselési adatokkal rendelkezzen:
primer: 1311 menet, Ø 0,22 mm CuMZ
huzalból,
szekunder: 2x121 menet; Ø 0,55 mm CuMZ huzalból,
vasmag: 2 x SM-65 hiperszil
vasmag.
A házi készítésű transzformátort tekercselés és bevasazás után célszerű impregnálni
vagy impregnáltatni. Ez nemcsak a zizegést szűnteti meg, hanem nagyon fontos
védekezés a légköri nedvesség ellen is. Ez utóbbi tulajdonság nemcsak a
tartósság szempontjából kedvező, megnöveli az érintésvédelmi biztonságot is.
A játékvasút-tápegységet fém- vagy műanyag dobozba
építhetjük be. Utóbbi esetben a doboz feltétlenül törhetetlen és megfelelő szilárdságú
anyagból legyen! Ne felejtsük el, hogy a kisgyermekek a játék hevében a dobozt
leejthetik, lelökhetik; feltétlenül biztosítani kell, hogy ilyen esetben se
válhassanak hozzáférhetővé a hálózati feszültséggel közvetlenül villamos
kapcsolatban levő vezetékek, alkatrészek!
Alkatrészjegyzék:
Ellenállás:
2 db. 220Ω (R1-2)
1 db. 10 KΩ potméter*
Kondenzátor:
2 db.470 μF/40V elkó
(C1-2)
2 db.100 nF/25V fólia (C3-4)
Félvezetők:
4 db. 1N4001 dióda (D1…4)
1 db. 7815 (IC1)
1 db. 7915 (IC2)
1 db. 741 (IC3)
1 db. BC182 (T1)
1 db. BD241 (T2)
1 db. BC212 (T3)
1 db. BD242 (T4)
Egyéb:
230V/2x18V, 1A hálózati transzformátor
2 ák. Hálózati kapcsoló
2 db. 0,25 A-es
olvadóbiztosító foglalattal
*: lásd a szövegben!
(Az áramköri panel eredeti mérete 175x85 mm)
♣ Archiválta SRY 2005.február
8. ♣ CANON LiDE system
♣ Microsoft Word ♣ SRY MODELL 2005