Elektrik und Elektronik

Hier gibt es einen kleinen Grundkurs in Elektrik und Elektronik und praktische Anwendungsbeispiele aus dem Modellbahn–Bereich. Dazu werden einige der nötigen Grundlagen für die Entwicklung eigener Schaltungen vermittelt.

Mit Absicht wurde nicht immer die beste Lösung vorgestellt, damit die Schaltungen mit möglichst wenig stets gleichen Bestandteilen auskommen.

Digitale Steuerungssysteme werden nur kurz besprochen.

Beachten Sie bitte unbedingt die Sicherheits–Hinweise! Solche Ratschläge werden nicht umsonst gegeben. Die Beachtung der Vorschriften und die Einhaltung der Vorsichtsmaßnahmen ist eine Pflicht Ihnen und vor allem anderen gegenüber.

Hier werden grundlegende Fragen behandelt, die eine eingehendere Beschäftigung mit der Materie nicht ersetzen können oder wollen. Im Internet gibt es zahlreiche Auftritte mit Elektronik–Themen. Da finden Sie auch Informationen zu den verwendeten Bauteilen (meist in Form von Datenblättern im Link zum Glossar PDF–Format).

Tipp: Wenn Sie auf diesem Gebiet neu sind, sollten Sie zunächst einige Seiten dieses Bereichs durchlesen.

Inhalt

Der Bereich Elektr(on)ik umfasst sehr viele Dokumente. Oft sind Erklärungen und Lösungen bei bestimmten Themen als Exkurs eingebunden, manche Themen werden auf mehreren Seiten behandelt. Daher gibt es hier ein vollständiges Inhaltsverzeichnis (auch mit Unterpunkten), das Ihnen die Suche erleichtert.

Abschnitte dieser Seite:

• Basiswissen und Logik
• Grund–, Speicher– und Zeitschaltungen
• Stromversorgung, Sicherung, Fahrbetrieb
• Gleisabschnitte
• Weichen und Signale (Antriebe, Ansteuerung)
• Sound
• Digital–Betrieb

Basiswissen und Logik

• Grundlagen
  • Spannung und Strom |
  • Gleich- und Wechselspannung |
  • Anschluss von Messinstrumenten |
  • Widerstand |
  • Kapazität und Kondensatoren |
  • Induktivität.
• Bauteile
  • Widerstände |
  • Kondensatoren |
  • Dioden |
  • Transistoren |
  • Spannungsregler |
  • Integrierte Schaltungen (IC).
• Schaltpläne
  • Grundaufbau eines Schaltplans |
  • Vereinfachungen |
  • Bauteile–Bibliothek |
  • Umwandlung zur gedruckten Schaltung.
• Platinen
  • „Fliegender Aufbau” |
  • Probeplatinen |
  • Anbringen der Bauteile |
  • „Gedruckte” Schaltungen |
  • Vorlage und Film |
  • Bestückungsplan.
• Kabel und Anschlüsse
  • Litzen und Drähte |
  • Verlustfaktoren |
  • Kontakte |
  • Farben, Dokumentation, Verlegung.
• Sicherheitshinweise
  • Netzgeräte, zum Beispiel Transformatoren |
  • Aufbau elektronischer Schaltungen |
  • Elektrische Sicherungen |
  • Hinweis zu den hier vorgestellten Schaltungen.
• Logik und Programmierung
  • Logische Verknüpfungen: | NOT |
  • AND |
  • OR |
  • NAND |
  • NOR |
  • NAND: andere Schaltung mit DTL |
  • Exkurs: Pull up– und Pull down–Widerstände |
  • Programmierung |
  • Beispiel „Prellbock–Schutzschaltung”.

Grund–, Speicher– und Zeitschaltungen

• Grundschaltungen
  • Einleitung, Kollektor– und Emitter–Folgeschaltung |
  • Vorwiderstand für eine Leuchtdiode berechnen |
  • Lasten lokal schalten / Masse |
  • Umwandlung von Signal–Potenzialen |
  • Darlington–Schaltung |
  • Verzögerung / R/C–Glieder |
  • Lade–Schaltung für Kondensatoren, Gold Caps.
• Der Zeitschaltkreis NE555
  • Das Innenleben des NE555 |
  • Die grundsätzliche Funktion |
  • Die Nutzung des Ausgangs |
  • Die Anschluss–Belegung des NE556.
• Speicherschaltungen (Flipflops)
  • Einfaches RS–Flipflop |
  • Invertierende Ausgänge |
  • Flipflop mit Toggle–Eingang (1) |
  • Bipolarer Transistor–Schalter |
  • Flipflop mit Toggle–Eingang (2) |
  • Flipflop mit drei Zuständen und Eingängen |
  • Exklusive Ansteuerung von zwei Relais.
• Zeitschaltungen (Monoflops)
  • Astabiler Multivibrator (Taktgeber) |
  • Formeln und Formular zu seiner Berechnung |
  • Monostabile Kippstufe (Monoflop) |
  • Monoflop: Impulsdauer berechnen (Formular) |
  • Monoflop: Startzyklus unterdrücken |
  • Retriggerbares Monoflop |
  • Fortschalte–Automatik (Monoflop–Kette).
• Formulare zur Berechnung von Zeitschaltungen
  (allein stehende Version).
• Schmitt–Trigger (Schwellen-Schalter)
  
  • Schmitt–Trigger mit NE555.

Stromversorgung, Sicherung, Fahrbetrieb

• Stromversorgung
  • Der Transformator |
  • Gleichrichtung und Glättung |
  • Stabilisierung |
  • Spannungs–Verdoppelung |
  • Bedarf und Konzept |
  • Die „System–Masse” (GND).
• Sicherung
  • Schmelzsicherungen |
  • Bimetall– und Thermo–Sicherungen |
  • Glühlampen als Sicherung |
  • Einstellbare elektronische Sicherung (1) |
  • Einstellbare elektronische Sicherung (2) |
  • Aufteilung von Sicherungs-Strömen.
• Fahrtregelung (Prinzipien)
  • Bedingungen und Anforderungen |
  • Motor–Entstörung |
  • Stelltransformatore |
  • Transistor–Regelung |
  • Phasenanschnitt–Steuerung |
  • Impulsbreiten–Modulation |
  • Überlagerung |
  • Massensimulation.
• Fahrtregler: Bedienungselemente
  • Tasten– und/oder Drehknopfsteuerung? |
  • WAC und Handsender |
  • Grund–Bestandteile |
  • Weitere Formen und Bedingungen.
• Impulsbreiten–Modulation
  • Grundlagen |
  • Die Steuerspannung (Elektronik–Hilfsspeisung) |
  • Generator |
  • Modulator |
  • Schnittstelle |
  • Endstufe.
• Spannungsregler
  • Grundlagen |
  • Exkurs: Mindestspannung |
  • Konstantbeleuchtung und –rauch |
  • Anlegen der Mindestspannung |
  • Auswahl des Endstufen–Transistors.
• WAC (Handregler)
  • Erkennung und Abschaltung |
  • Kabel, Stecker und Buchse |
  • Drehknopf– und Tastensteuerung |
  • Fahrtrichtungs–Anzeige |
  • Impulse aus dem WAC (3:2–Multiplexer) |
  • 2:3–Demultiplexer (Funktionsprinzip).
• Fahrtregelung: Funkfernsteuerung (über Gleise)
  • Prinzip |
  • Multiplexer |
  • Multiplexer mit Schutz exklusiver Zustände |
  • Der Empfänger |
  • Demultiplexer mit IC 4067 |
  • Ein– und Ausgangstabelle des IC 4067 |
  • Ausgänge.
• Fahrtregelung: Funkfernsteuerung (Loks und Akkus)
  • Die Anforderungen |
  • Empfänger, Fahrtregler, Akkus |
  • Steckerbelegung für Servos und Fahrtregler |
  • Antennen–Fragen |
  • Test und Aufbau für den „Geisterwagen” |
  • Umbauten und Beschaltungen an Triebfahrzeugen |
  • Fazit.
• Umpolung (Änderung der Fahrtrichtung)
  • Bedingungen |
  • Polarität am Gleis |
  • Kontaktlose Umpolung |
  • Umpolung über Relais |
  • Fahrtrichtungs-Signal |
  • Schutz-Automatiken.
• Schienenfahrzeug–Beleuchtung
  • „Konstant”–Beleuchtung und –Rauch im Analog–Betrieb |
  • Spannungs–Entzug |
  • Lösungen für H0–Bahner.
• Dampfgeneratoren / Rauchentwickler
  • Allgemeine Hinweise |
  • Spannung |
  • Strom |
  • Vorratsfragen |
  • Maße und Eigenbau–Einsätze.
• Fahrzeug–Erkennung
  • Grundlagen (1) |
  • Grundlagen (2) |
  • Reed–Relais (Schutzgasrohrkontakte) |
  • Infrarot–Lichtschranken |
  • Auswertungs–Schaltung |
  • Anschluss des Foto–Transistors |
  • Exkurs: Lichtschranke für Dauer–Signale |
  • Das Monoflop der Auswertungsschaltung |
  • Differenzierender Ausgang.
• Fahrtrichtungs–Erkennung
  • Grundlagen |
  • Gegenseitig sperrende Monoflops.

Gleisabschnitte

• Kehrschleifen–Schaltung
  • Bedingungen |
  • Funktionsablauf |
  • Gleisbesetzt–Meldung |
  • Optokoppler |
  • Funktionstabelle |
  • Gleisdreiecke.
• Ab- oder umschaltbare Gleisabschnitte
  • Allgemeines, Schalten über Relais |
  • Fahrbetrieb mit Zusatzspannung |
  • Rückmeldung.
• Gleisabschnitte: Leitungseinsparung
  • Prinzip: 4:16 Demultiplexer |
  • Setup (Hochfahren des Systems) |
  • Rückmeldung (Callback) |
  • Kodieren der Eingänge (16:4 Multiplexer).
• Gleisabschnitte auf temporären Anlagen
  • Unterbrechergleis mit Schalter und Handentkuppler |
  • Prellbock mit Abschaltfunktion und Auffahrschutz.
• Z– und Übergabe–Schaltungen
  • Prinzip |
  • Automatisierung und Absicherung.

Weichen und Signale

• Weichen und Signale - Antrieb und Ansteuerung
  • Antriebs– und Beschaltungsarten |
  • Exkurs: positive und negative Spannungen |
  • Verbesserte Ansteuerung des LGB–Antriebs 12010 |
  • Ansteuerung von Doppelspul–Antrieben |
  • Stellen über Transistoren.
• Rückmeldung
  • Grundlagen |
  • Rückmelde–Schaltung |
  • Zusätzliche Kurzzeit–Impulse |
  • Exkurs: Polarisierung von Herzstücken.
• Fahrstraßen–Schaltungen
  • Einfache Ausführung für Doppelspulantriebe |
  • Prinzip |
  • Start–Ziel–Auswertung |
  • Zuordnungsschaltung und Monoflop–Kette.
• Sicherung gegen Falschfahrten und Kurzschlüsse
  • Grundlagen am konkreten Beispiel |
  • Funktion |
  • Funktionstabelle |
  • Kreuzungen sichern.

Sound

• Einleitung
  • Mobiler Sound - im Triebfahrzeug |
  • Stationärer Sound |
  • „Mitfahrender” Sound |
  • Standgeräusche.
• Geräusch–Generatoren
  • Komponenten |
  • Synchronisation |
  • Einfache Generatoren: Hupe, Diesel, Kompressor |
  • Einfache Generatoren: Dampflok |
  • Tipp: Mechanische Glocke.
    Anmerkung: Auf dieser Seite gibt es auch Klang–Beispiele als MP3–Dateien.
• Mischer, Klangregelung, Endstufen
  • Abschirmung |
  • NF–Signalmischer |
  • Klangregelung |
  • Verstärkung |
  • Tipp: Alter Radiorecorder.
• Schnittstelle
  • Gesamt–Schaltbild |
  • Die Warnsignale |
  • Monoflop mit Einschalt–Verzögerung |
  • Bedienungselemente.

Digital–Betrieb

• Übersicht
  • Einleitung |
  • DCC (Digital Command Control) und MM (Märklin / Motorola) |
  • Pro & Contra |
  • Digital–Systeme.
• Decoder
  • Lokomotiv–, Weichen– und Schaltdecoder |
  • Die Einstellung über CV–Werte |
  • Der Einbau.
• Beispiel–Schaltplan für digitale Loks

  Ein Muster–Schaltplan für Dampflok, Diesellok und Triebwagen, wahlweise mit Zugschlussbeleuchtung oder Rauchentwickler.
  

• Digitaler Sound
  • Allgemeines |
  • Der Einbau der Lautsprecher |
  • Die Taktgeber.
• Pufferung von Lok und Decoder
  • Das Prinzip |
  • Doppelschicht–Kondensatoren („Gold Caps”) |
  • Transistorschalter und Festspannungregler |
  • Kondensatoren und Schwungmassen.
• Die multiMaus^® von Roco
  • Das multiMaus^®–System |
  • Bedienung und Ausstattung |
  • Die multiMauspro^® |
  • Booster und Anlagenausstattung.
• Die multiMauspro^® von Roco
  • Beschreibung der Funkmaus und Digitalzentrale |
  • Inbetriebnahme |
  • Die multiZentralepro^® und ihre Anschlüsse |
  • Die Reichweite |
  • Auslesen der CV–Werte |
  • Die Rocomotion–Software |
  • Fazit.
• Steuern mit Tablet oder Smartphone - Z21 (Roco / Fleischmann)
  • Aufbau und System der Z21 |
  • Was geht und was nicht? |
  • Die Website und die Möglichkeiten |
  • Fazit.
• Fragen und Tipps
  • Recherche |
  • Häufig gestellte Fragen.