DesignSoft Tina - Schaltplan Software

Hellschaltung:

An dieser Stelle möchten wir uns bei unseren Moderatoren DH2MR(Skizze, Erweiterung der Schaltung um die Status-Anzeige) und falzo ("fach-technische" Unterstützung) bedanken.

Als erstes wollen wir den IC etwas ausführlicher beschreiben. Es handelt sich um einen Baustein, welcher 4 NAND-Gatter in seinem Gehäuse vereint.

VDD ist Plus-Pol, VSS-Pin ist Masse. Für einen Steuerkreis brauchen wir lediglich eines der vier NAND-Gatter.

Relevante elektronische Grundlagen/Funktionsweise der Schaltung:
 

!!! Wer kein Interesse daran hat, sollte sich lediglich die Schaltskizze anschauen, sich über die korrekte Einstellung des Trimmers informieren, springt dann auf die 2te Seite des Tutorials und fängt direkt mit dem Löten an. !!!

In der digitalen Elektronik unterscheidet man zwischen 2 Signal-Arten, einem HIGH und einem LOW-Signal(auch Zustände genannt). Je nach Bauelement/Schaltung wird eine gewisse Mindestspannung als ein HIGH-Zustand interpretiert, die Werte drunter werden zu einem LOW-Zustand . Genauer gesagt kann es auch einen undefinierten/hochohmigen Zustand geben, der entsteht vorallem dann, wenn mindestens einer der Eingänge nicht beschaltet wird. In der Schaltalgelgebra wird ein HIGH-Zustand durch eine 1 repräsentiert, LOW dagegen durch eine 0 (der undefinierte Zustand durch Z). Ein NAND-Gatter hat mindestens 2 Eingänge und liefert als Ergebnis dann Low, wenn an allen seinen Eingängen ein High-Pegel anliegt. In allen anderen Fällen liefert er High als Ergebnis. Somit ergibt sich für eine NAND-Funktion folgende Schalttabelle.

Die hervorgehobenen Zeilen beschreiben die möglichen Zustände am Ausgang, wenn man die beiden Eingänge des NAND-Gatters zusammenschaltet bzw. an beide das gleiche Signal anlegt. Wir brauchen lediglich einen Eingang und einen Ausgang. Dann wollen wir uns die gesamte Schaltskizze ansehen und die Funktionsweise der Schaltung mit Hilfe der Tabelle genauer erklären.

Als erstes fragt man sich vielleicht, wozu der Trimmer da ist. Genau mit dem Trimmer wird die "richtige" Eingangsspannung des Gatters eingestellt(zwischen der oberen und unteren Umschaltschwelle des Schmitt-Triggers). Nur innerhalb dieser Grenzschwellen ist es möglich die Ausgangswerte des NAND mit dem Taster zu beeinflüssen. Wird der falsche Wert eingestellt, so ist die Schaltung entweder immer aktiv (Hier: Tendenz zur Masse am Eingangimmer HIGH am Ausgang(3)) oder immer aus (Hier: Tendenz zu +12 Volt am Eingang, LOW am Ausgang(3)). Wird der "richtige" Wert eingestellt, so befindet sich der IC in einem empfindlichen Zustand. D.h. es hat zwar entweder schwaches LOW oder schwaches HIGH am Ausgang, kleine, kurzzeitige Spannungsschwankungen an den Eingängen können jedoch zu einer Zustandsänderung am Ausgang führen. Die folgende Abbildung veranschaulicht das Ganze:

Die grünen Bereiche stellen die möglichen richtigen Einstellwerte des Trimmers dar. Die äusseren Bereiche(rot und schwarz) machen den NAND unempfindlich dem Taster gegenüber.. Der "lila" Bereich erzeugt einen Kurzschluss. D.h am Eingang des Gatters kommt weder ein saubers HIGH noch ein sauberes LOW , dementsprechend osziliert die Ausgangsspannung und der Lüfter gibt ungesunde Geräusche von sich. Wie bereits erwähnt, befindet sich das NAND-Gatter bei einer korrekten Einstellung des Trimmers in einem empfindlichem Zustand. Dieser Umstand wird dazu genutzt, dass sich der Ausgangszustand schon bei kleinen Spannungsschwankungen an Eingang ändert.

Nun zu der eigentlichen Funktionsweise der Schaltung:

Angenommen der Eingang ist auf HIGH, Ausgang auf LOW. Der Verbraucher ist aus. Sobald wir nun den Taster betätigen fällt die Spannung am Eingang über den Kondensator kurzzeitig ab und der NAND schaltet den Ausgang auf HIGH. Dadurch bekommt der Transistor ebenfalls Strom am Gate und schaltet die die Masse-Leitung des Verbrauchers durch. Der Lüfter läuft, die Status-LED leuchtet z.B grün (vorsicht: das tut sie auch dann, wenn der Transistor z.B durchgebrannt ist). Der Kondensator lädt sich über R1 auf volle 12 Volt auf.

Nun drücken wir ein weiteres Mal auf den Taster. Dadurch verbinden wir den aufgeladenen Kondensator kurzzeitig mit den Eingang des NAND. Da die Spannung am Kondensator grösser ist als am Eingang bzw am Schleifer-Kontakt des Trimmers bekommt der NAND kurzeitig ein sauberes HIGH und schaltet den Ausgang auf LOW. Der Kondesator entlädt sich in dieser Zeit über den Poti und nach dem Loslassen des Tasters über den R1. Die Status-LED leuchtet nun rot, weil der Strom nun nicht von dem Ausgang des NAND geliefert wird sondern, von den +12 Volt über den R3. Beim nächsten Klick auf den Taster geht alles wieder von vorn.

Puh, soviel dazu....

Nach soviel Theorie wollen wir die Schaltung nun endlich löten.

Nun gehts an das Löten. Ein Paar Hinweise zum Start: die weissen halbdurchsichtigen Kreise stellen die Lötverbindung der Bauteile-Kontakte mit der Platine dar, die Linien stehen für Lötbrücken

Wir fangen mit dem IC-Sockel an und platzieren dieses ungefähr so wie auf dem Bild. Man braucht nicht unbedingt alle Pins des Sockels verlöten, jedoch mindestens die Umrandeten. Wichtig ist ausserdem, dass der Sockel fest auf der Platine sitzt. Die Pins 1 und 2 (links unten) können gleich durch eine Lötbrücke vebunden werden. Nochmal zur Erinnerung die Belegung der Pins vom IC.

Als nächstes brauchen wir einen Anschlüss für die Stromversorgung, dieser kommt rechts oben neben den Sockel. Den Trimmer bringen wir am besten gleich in der Nähe der Inputpins (Pins 1 und 2) des ICs unter. Nun verlegen wir erstmals ein Paar Drahtbrücken. Dazu verwendet man am besten die Litze. Welche Farbe man wählt, ist selbstverständlich wurscht. Wir reservieren für bestimmte Leitungen, wie Masse und +12 Volt die Farben Rot und Schwarz.

Als nächtes schnappen wir uns den BS170-Transitor. Wie man schnell erkennt, heissen die Pins diesmal nicht C(ollector),B(ase) und E(mitter), sondern D(rain), G(ate) und S(ource). Das soll uns aber nicht weiter beunruhigen, denn an der grundlegenden Funktionsweise des Transistors ändert sich dadurch nichts. Entgegen der Darstellung unten kann es passieren, dass der G(ate)-Pin ebenfalls gerade ist. Ob man diesen dann zurecht biegt oder so einlötet ist vollkommen egal. Wichtig ist: die Pins nicht miteinander verlöten. Unsere Darstellung des Transistors auf den Skizzen haben wir entsprechend angepasst, so dass eigentlich keine Probleme auftreten dürften. Die Anschlüsse auf den Lötbildern: Links=S(ource), Mitte=G(ate), Rechts=D(rain). Aber zurück zum Lötvorgang. Wir vebinden den untersten Anschlüss des Trimmers mit dem S(ource) des Transistors und legen den Ausgang des IC-NANDs (Pin 3) an das G(ate) (siehe orange Drahtbrücke).

Als nächtes brechen wir von der bestellten Stiftleiste 2 Pins ab, platzieren diese in der Nähe des IC-Sockels und verbinden den linken Pin mit dem Schleifer-Anschlüss des Trimmers durch eine Drahtbrücke (blau). Den R1 Widerstand (100KOhm) verbinden wir durch eine Lötbrücke mit dem Pin 3 des Sockels, also auch mit dem G(ate) des Transistors. Nun kommen wir zu dem Kondensator (C1). Seine Beinchen lassen sich u.U. so biegen, dass sich die Länge der Lötbrücke verkürzen lässt (zwischen dem Kondensator und dem R1 mit Tasterterminal). Im Zweifelsfall einfach genauso wie auf dem Bild löten. Sehr wichtig ist aber die Polung des Kondensators, den Minus-Pol erkennt man an einem dicken weissen Streifen am Gehäuse. In unserem Fall ist Masse oben, was man auch unschwer an den Lötverbindung des oberen Anschlüsses des C1 mit der schwarzen Drahtbrücke (Masse) erkennen kann. Also weiter... Lüfterterminal clever *g* platzieren und den mittleren Anschlüss (Plus-Pol) gleich mit einer Drahbrücke mit dem +12 Volt-Anschlüss der Stromversorgung verbinden.

Nun fehlen nur noch ein paar notwendige Drahtbrücken. Dazu führen wir die Masse von dem Trimmer (bzw. Transistor) zurück zum Stromversorgungsterminal (schwarze Drahtbrücken) und verbinden den D(rain)-Pin des Transistors (T1) mit dem linken Anschlüss des Lüfterterminals (gelbe Drahtbrücke).

Und an dieser Stelle ist die Grundschaltung eigentlich schon fertig und einsatzbereit. Die Masse-Rückführung haben wir aus zwei Drahtbrücken zusammengesetzt, um die Option der Erweiterung der Schaltung um eine Status-LED (Duo-LED) gewährleisten zu können. Auf dem finalen Bild unten, in dem umrandeten Bereich, sieht man welche Schritte dazu notwendig sind. Anstatt der 2-Pin Duo-LED kann man auch eine einfache LED verwenden, bei richtiger Polung sollte diese beim Einschalten des Verbrauchers aufleuchten und sonst "off" bleiben. In einem solchen Fall ist R3-Widerstand und die daran angeschlossene rote Drahtbrücke überflüssig. Das rechte Bild zeigt die Rückansicht der Lötplatine.