---

---

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 D_1...4 szilícium diódával felépített Graetz-híddal egyenirányítjuk. A C_l 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 IC_l 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 T_1…4 tranzisztorokkal, hogy a terhelhetőség megnövekedjék. A T_l 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 IC_l 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 (R_1-2)

1 db. 10 KΩ potméter*

Kondenzátor:

2 db.470 μF/40V elkó (C_1-2)

2 db.100 nF/25V fólia (C_3-4)

Félvezetők:

4 db. 1N4001 dióda (D_1…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}