CMOS-Technik im Stellpult

[Thorsten]

Hmm, ein PC Netzteil bringt doch beides ... 12 V und 5 V.

Wie Grischan weiter oben schon schrieb...

Ein Computernetzteil sollte es nicht sein, da wird die Stellpultkiste ja gleich doppelt so groß und 5x so schwer

Thorsten

 

[Zealot]

Asche über mein Haupt .. habe ich überlesen. Aber es gibt ja schon ne Weile SLIM bzw. Micro Netzteile. Sind nur halb so groß wie die normalen Dinger.

Hier mal ein bildlicher Vergleich

 

[E-Fan]

Viele Schaltnetzteile benötigen eine Mindestlast um eingeschaltet zu werden die neben dem relativ großen Bauraum Leistung nutzlos in Wärme umwandelt. CMOS, 7805 oder Z-Dioden stellen die bessere Variante dar weil sie keinen/kaum mehr Platz beanspruchen.

 

[ateshci]

Allein die Bemerkung beim 4043, dass man ihn nicht kaskadieren kann, macht mich misstrauisch.

Was soll denn das?
Was Du damit machen willst, geht immer. Aber mache einen konkreten Spruch, ob Du die 4000er-Reihe ( die bis zu 15/18V vertragen ) oder die 74HCxxx (noinal 5, max. 6V) nehmen willst.
Gruß vom Heizer

 

[flicflac]

@grischan

In Abwandlung der Spannungsregler von Holgi's WDec04 eine kurze Zeichnung. Ausgegraute Bauteile sind optional. Dimensioniert für 2A (jeweils 5 und 12V = 1A).
Die Spannungsregler mit den beim Decoder beschriebenen Kühlkörpern versehen (je nach Last auch größere).
Für die Spannungsregler gibt es auch noch die µA78Sxx-Typen, belastbar bis 2A.
Selbst ist der Mann...

[edit]
R2 (Vorwiderstand 12V-Led) auf 5k. Sorry, vergessen zu ändern.
[\edit]

flic

 

[Bahn120]

@Grischan, ein RS Flip-Flop läßt sich einfach aus zwei NAND Gattern zusammenstellen. Der Speicher ist aber flüchtig, was heißt Stromversorgung aus gleich Einstellung weg. Vieleicht kann ich Dich ja doch zur 4000 CMOS Serie überzeugen. Eine Low Current LED kann mit einem Vorwiderstand von 6,8k bei 12Volt angesteuert werden. Ansonsten einen BC547 als NPN oder einen BC556 als PNP davor schalten mit einem Widerstand von 47k an der Basis. Als festen Speicher nehme ich bistabile Relais, als letztes Glied in der Steuerkette. Bei einer großen Anzahl von Weichen würde ich eine Folgeschaltung einsetzen, so werden immer nur eine max. zwei Weichen angesteuert. Die ULN als Endstufe sind parktischer als Trasitoren und brauchen weniger Platz.
Besonders praktisch finde ich die EIN Tastenschaltungen mit dem 4013 für Dauerbetrieb.
Der größere Schaltabstand bei 12V bringt wirklich mehr Sicherheit. Und nicht vergessen egal ob nun TTL, HCT oder CMOS bei jedem IC gehört ein Keramikkondensator an die Versorgungsspannung und so nahe wie möglich. Mechanische Taster müssen von Schaltimpuls aufbereitet werden mit einem Schmitt-Trigger, sonst kann es passieren das ein Vorgang mehrfach ausgelöst wird.

Bei manchen Schaltungen wird bei ODER Verknüpfungen und zu weningen Eingängen eine Erweiterung mit Dioden vorgeschlagen, das bringt Probleme mit sich, dann lieber einen IC extra.

mfg Bahn120

 

[Michael_S]

4000er-CMOS/74er-CMOS

Die Bezeichungen der Logikgatter und erst recht die Anschlußbelegung der Gatter sind unterschiedlich: 4x NAND 4011 <-> 74HC(T)00. 74HC geht von etwa 3...7V. 74HCT sollte man nur am Anfang einer Schaltung, wenn "echte" TTL-Pegel verarbeitet werden sollen verwendet werden, dann besser 74HC. 20mA ist bestimmt irgend ein Maximalstrom. 74HC(T) treiben je Ausgang etwa 4...8mA.
Bei www.nxp.com gibt es eine Familien-Spezifikation, family.hef4000.specification.pdf glaub ich.
Da geht es aber schon in die schaltungstechnischen Abgründe...
Ein 7805 sollte für 1/2 Duzend 74HC(T) genügen.

 

[Grischan]

Huch so viele Tipps inzwischen. Also erst mal ein paar fragen beantwortet:

@Heizer: inzwischen bin ich zu den CMOS der 4000 Serie hinüberredet. Damit entfällt der 5V-Teil und ich hab ein Problem weniger. Trotzdem danke für die Tipps. Ich hab noch eine andere Baustelle mit 5V und 12V. Da kann ich jetzt ein Netzteil einsparen!

@Ralf: das die Flipflops den Zustand vergessen ist mir egal. Wenn der Strom aus ist, sind auch keine Fahrstraßen mehr eingestellt

@zuständiger Mod: bitte den Thread umbenennen, vielleicht in "CMOS-Technik im Stellpult".

Ich werd dann demnächst hier mal meine Schaltungsidee präsentieren. Damit ich nicht irgend welchen quatsch plane.

 

[Grischan]

Danke für die Titeländerung

Anbei mal eine erste Skizze der Schaltung. Oben die Start und Zieltaster des Fahrstraßenstellpultes. Darunter für jede Fahrstraße ein 3fach AND. Je ein Eingang für Start und Ziel und einer für die Fahrstraßenblockierung. Darunter an die Ausgänge der AND-Gatter je ein Flipflop als Fahrstraßenverrieglung (S-Eingang). An den R-Eingang kommt je ein Taster zur Freigabe der Fahrstraße (nicht mit eingezeichnet). Am Q+ Ausgang des Flipflop dann die Beschaltung der Fahrstraßenmatrix (Eingänge der Holgi-Decoders). Der Q- Eingang des Flipflop wird über eine Diodenmatrix wieder auf die Eingänge der zu blockierenden Fahrstraßen-AND-Gatter gelegt. So können diese trotz gedrückter Start/Ziel-Taste nicht auf H-Pegel gehen.

Kann man das so machen???

 

[Bahn120]

@Christian, okay so weit so gut, aber wie ich schon geschrieben habe. Die Diodenverknüpfungen am besten durch ODER Gatter ersetzen.
Ich habe mit ODER Verbingungen mittels Dioden schlechte Erfahrungen gemacht.
Die mechanischen Schalter durch Schmitt- Trigger entprellen. Dazu kommt am Eingang ein 100k Widerstand an U+ und ein 0,1µ Keramikkondensator an Masse, der Schalter selber auch an Masse. So bekommst Du auch ein HI Signal für die AND Gatter.
Das Potenzial am Eingang muß immer eine Verbindung mit U+ oder Masse haben, sonst fangen sie an zu schwingen. Der IC kann bei nicht beschalteten Eingängen auch zerstört werden.

mfg Bahn120

 

[jf-]

Hallo Grischan,

ich würde die Schaltlogik genau umgekehrt machen, also H als Ruhezustand und Schalten gegen Masse. (entspricht ODER statt UND)

Gruß Jens

 

[Bahn120]

@jf, Du meinst doch bestimmt NAND. Aber es geht schon, die Schalter müssen ja noch ihr logisches Signal bekommen.

mfg Bahn120

 

[jf-]

Funktionieren wird's auf vielfältige Weise. Aber ich hatte schon OR gemeint, nicht NAND.

Gruß Jens

 

[Grischan]

@Christian, okay so weit so gut, aber wie ich schon geschrieben habe. Die Diodenverknüpfungen am besten durch ODER Gatter ersetzen.

Ich hab insgesamt 23 Fahrstraßen, nicht jede schließt alle aus, aber teilweise brauche ich dann sehr vielbeinige ODERs. Die kann man dann kaskadieren, oder?

Die mechanischen Schalter durch Schmitt- Trigger entprellen.

Ist das wirklich nötig? Die Flipflops wirken doch wie Entpreller?

Dazu kommt am Eingang ein 100k Widerstand an U+ und ein 0,1µ Keramikkondensator an Masse, der Schalter selber auch an Masse. So bekommst Du auch ein HI Signal für die AND Gatter.

Hm, ihr mit euerm Elektrodeutsch wo kommt der 100k mit dem 2. Bein ran? Dito der Keramik-0,1µ? Der Schalter zwischen Masse und AND-Eingang? Dann zieht er doch bei Betätigung den Eingang auf L-Pegel. Das funktioniert dann nur mit einem NOR, da kommt hinten H raus, wenn alle Eingänge auf L sind.

Das Potenzial am Eingang muß immer eine Verbindung mit U+ oder Masse haben, sonst fangen sie an zu schwingen. Der IC kann bei nicht beschalteten Eingängen auch zerstört werden.

Ja ich weiß, alle Eingänge werden hochohmig gegen ein Potential gelegt und der Taster zieht auf das entgegengesetzte Potential.

ich würde die Schaltlogik genau umgekehrt machen, also H als Ruhezustand und Schalten gegen Masse. (entspricht ODER statt UND)

Wie ich oben schon schrob, muß es dann ein NOR sein:

x1	x2	y
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

 

[E-Fan]

...Mechanische Taster müssen von Schaltimpuls aufbereitet werden mit einem Schmitt-Trigger, sonst kann es passieren das ein Vorgang mehrfach ausgelöst wird...

Ein Monoflop wär auch ne Variante. Das böte den Vorteil der einstellbaren Impulsdauer am Ausgang. Ein Schmitt-Trigger zieht doch nur die Flanken zurecht und hat zwei besser definiertere Schaltpunkte als Bauteile ohne S-T.

 

[Grischan]

Aber ein mehrfaches Auslösen kann doch gar nicht passieren. Wenn ich die Start- und Ziel-Tasten einer Fahrstraße drücke, dann mögen die Taster prellen. Aber schon beim ersten "Prell", bei dem beide Impulse überlappen, zieht das Flipflop an, da es H am Set-Eingang bekommt. Weitere Sets durch folgende Prellimpulse führen ja eh zu keiner Änderung des Zustandas am Flipflop mehr. Ds Flipflop wirkt ja quasi wie ein einrastender Taster und das entprellt automatisch.

edit: hab mal die Prinzipschaltung für eine Fahrstraße gezeichnet, wo muß nun der Kondensator hin?

 

[Bahn120]

@Christian, ich zeichne Heute Abend ein paar kleine Vorbildschaltungen. Doch entprellen ist leider noetig, elektronik ist eben schneller als man denkt. Im 40106 sind 6 Schmitt- Trigger vorhanden.

@E-Fan der monoflop hat zwar im Eingang schon einem Schmitt- Trigger, jedoch brauchst Du mehr IC's als mit dem 40106 um die Signale aufzubereiten.

Es ist schwierig vorstellbar, aber ich habe viele viele Schaltungen gebaut und ohne ein entprellen geht es nicht.

mfg Bahn120

 

[TT-STEFAN]

Ich möchte mal meinen Senf mit dazu geben.

Grischan hat vollkommen Recht. Wenn ich ein FlipFlop bistabil betreibe kippt es nach dem ersten Potentialwechsel an "S"
in einen stabilen Zustand - Q=1 Q/=0. Dann ist es unerheblich was an den Eingang "S" weiterhin passiert (Prellen eingeschlossen).
Der stabile Zustand kann nur verlassen werden, wenn ein Potentialwechsel an "R" stattfindet - dann wird Q=0 Q/=1.

Prellen spielt nur eine Rolle wenn ich einen Zähler ansteuere oder ein Flip Flop so verschalte (J-K-FF) dass mit jeden Tastendruck am C-Eingang der Ausgang wechslen soll. Das ist aber in der vorgestellten Schaltung nicht der Fall.

Auf jeden Fall sollten alle ! freien Eingänge des FF mit definierten Potentiel versorgt werden. Welches Potential das ist hängt von der Funktion des Einganges ab. Somit müsste auch der Eingang "R" mit einem Widerstand (ca. 10 Kohm - aber nicht zu hochohmig, da die Schaltung dann störanfälliger wird) auf Masse gezogen werden. Der Taster an "R" geht dann direkt ohne Widerstand auf "+".

@Grischan: Hast Du bedacht, dass beim Betrieb der CMOS-ICs mit 12V auch 12V als logische 1 ausgegeben werden ? Vertragen das die folgenden Schaltungen (W-DEC / Weichendecoder ?).

Welchen IC möchtest Du denn als FlipFlop verwenden ? 4095 / 4096 ?

Die Logik ist ja momentan so aufgebaut, dass das FF gesetzt wird, wenn beide Taster gleichzeitig gedrückt sind und an den beiden FS - Eingängen 0 anliegt. Fehlt nur eine Bedingung erfolgt auch kein Setzen des FF. Rücksetzen ist nur über denn 3. Taster ohne zusätzliche Bedingung möglich. Ist das so gewollt ?

Gruß
Stefan

 

[Bahn120]

Hallo, ich kann nur die Erfahrungen aus 12 Jahren bauens mit logischen Schaltungen weiter geben, ob man das nutzen möchte bleibt jedem selbst überlassen.

mfg Bahn120

 

[Holgi]

...
@Grischan: Hast Du bedacht, dass beim Betrieb der CMOS-ICs mit 12V auch 12V als logische 1 ausgegeben werden ? Vertragen das die folgenden Schaltungen (W-DEC / Weichendecoder ?). ...

Ja vertragen die, es sind Optokoppler mit 2,2KOhm Vorwiderstand auf dem Dekoder.
Du musst dann nur aufpassen das der Jumper für die Masseverbindung NICHT gesteckt ist sondern die Masse mit deinem Dioden/FlipFlop Grab verbunden wird.

Holger

 

[TT-STEFAN]

Ja dann ist die Spannung eigentlich egal. Ein Optokoppler mit Vorwiderstand kann klar 12 V ab. Allerdings fließt überschlägig berechnet dabei auch ein Strom von ca. 4 mA, was wiederum
nach einem schnell im Internet gesuchten Datenblatt der 4000er CMOS-Serie auch grenzwertig ist (hier waren max 4mA in einem und 3,5 mA in einen anderen Datenbatt angegeben).

Es kann natürlich auch sein, dass es die 4000er Serie mit größeren Ausgangsströmen gibt. Aber auf die richtige Dimensionierung der Bauelemente sollte auf jeden Fall geachtet werden, da ja Grischan lange Freude an seiner Schaltung haben möchte

Stefan

 

[ateshci]

Bevor hier noch mehr könnte..müsste..vielleicht gehandelt wird:
Die LOCMOS/CMOS Serie 4000 gibt es seit >30 Jahren und die Spezifikationen liegen seit 1981 fest!
Da gibt es 'family specifications', die für ALLE Schaltkreise dieser Serie gelten!
Abhängig von Vdd gibt es folgende Stromspezifikationen:
pos Vorzeichen: Schaltung zieht Strom.
neg. Vorzeichen: Schaltung gibt Strom ab.

5V : Iol 0,44mA( VO=0,4V)
10V: Iol 1,10mA( VO=0,5V)
15V: Iol 3,00mA( VO=1,5V)

5V: -Ioh 0,44mA( VO=4,6V) (CMOS-Pegel)
5V: -Ioh 1,40mA( VO=2,5V) (TTL-Pegel)
10V: -Ioh 1,10mA( VO=9,5V)
15V: -Ioh 3,00mA( VO=13,5V)

Im Gegensatz zu TTL ist die Umschaltschwelle für alle CMOS4000er auf 45% Vdd festgelegt. Wer also außerhalb der o.a. Stromwerte operiert, riskiert Störungen. Weil nämlich der Störabstand nicht mehr eingehalten wird

Gruß vom Heizer

 

[Bahn120]

Hallo, einmal eine kleine Schaltung zum entprellen von mechanischen Kontakten. Ausgehend von 12Volt Versorgungsspannung und 12V als HI Pegel.
Von den nicht benötigten Gattern werden die Eingänge an Masse 0 Volt gelegt.


mfg Bahn120

 

[Bahn120]

Dann eine kleine Erweiterung, die so aufbereiteten Signale in einer kleinen Logik. Eine UND Verknüpfung zu einem Flipflop, erstellt aus zwei NAND Gattern. Ein NAND Gatter zu einem Invertor (NICHT) beschaltet. Dann eine Ansteuerung für einen Transitor. Dieser kann LED oder ein Relais schalten ( Freilaufdiode nicht vergessen). Hier kann auch eine Pegelveränderung stattfinden z.B. nach 5 Volt HI. Dazu kommt der Kolektor mit einem Widerstand von 10k an U+ (5 Volt).
Und wieder nicht benutzte Gatter mit den Eingängen an Masse 0 Volt.

mfg Bahn120

 

[jf-]

Mhm - zwischen die Logik und die Dekoder vielleicht 'nen 4050 dazwischen?

Gruß Jens