Zu den Vorteilen des Einbaus eines Dekoders in jede Weiche habe ich bereits an anderer Stelle hingewiesen. In das neue C-Gleis paßt der M-Gleis-Dekoders aber nicht. Daher haben Mario Binder und ich auf Grundlage der Schaltung des M-Gleis-Dekoders einen Dekoder für C-Gleis-Weichen nebst passender Platine entwickelt. Beides stelle ich nachfolgend vor. Ein entsprechender Beitrag mit Layouts pp. ist auch in MIBA 4/99 erschienen.
Unabhängig hiervon hat Bo Braendstrup einen eigenen Dekoder entwickelt.
Wie aus dem nebenstehenden Schaltplan zu ersehen ist, werden auch hier alle 8 Sub-Adressen mit einem C-MOS 4051 dekodiert. Die Schaltung ist bekannt; es erübrigen sich weitere Erklärungen. Dieses Prinzip hat zur Folge, daß im Gegensatz zu z.B. dem Märklin-Dekoder mittels einer zusätzlichen Verdrahtung und externen Transistoren und Dioden weitere Weichen angesteuert werden können; sinnvoll ist dies aber nur, wenn sich diese Weichen unmittelbar anschließen. Als Konseqenz dessen sind aber alle Adresseeinstellungen mit Lötbrücken oder feinen Drähtchen (z.B. wired-wrap-Drähten oder Kupferlackdraht herzustellen.
Um den Stützkondensator klein halten zu können und die Schienenspannung gleichmäßig zu belasten, haben wir hier zur Vollwellengleichrichtung gegriffen, wie sie auch in den Lok-Dekodern Verwendung findet.
Die Weichenspulen wurden aus Platzgründen ursprünglich mit sehr speziellen Transistoren von ZETEX geschaltet. Diese sind zwar nicht vom Darlington-Typ, bieten aber bei der kleinsten üblichen Baugröße SOT23 eine Strombelastbarkeit von bis zu 1 A und eine verhältnismäßig hohe Verstärkung, so daß die Stromaufnahme des Dekoders gering bleiben kann. Ziel ist aber auch, zu vermeiden, daß bei Hemmung des Weichenantriebs o.ä. den teuren Weichenantrieb zu zerstören; die Transistoren fungieren so als billige Sicherung verhindern durch ihre Zerstörung ein Durchbrennen des Weichenantriebs. Aufgrund der mittlerweile bekanntgewordenen Probleme mit dem alten Weichenantrieb haben wir Widerstand R8 hinzugefügt, der je nach Booster zu dimensionieren ist und sowohl ein sicheres Schalten ermöglichen soll als auch eine weitere Sicherung darstellt. Bei den neuen Weichenantrieben - erkennbar an dem zweiten Endabschalter - ist dieser Schutzwiderstand nicht mehr erforderlich.
Da die FMMT491A aber besonders in kleinen Stückzahlen nur schwer zu beschaffen sind, gibt es eine ansonsten schaltungsidentische Variante mit den SOT89-Typen BCX56. Anstelle des FMMT491A kann auch der gut erhältliche und sehr preiswerte BC817-40 verwendet werden. Bei Verwendung dieser bipolaren Transistoren sollte man die Nachbauhinweise beachten.
Alternativ kann man auch einige SOT23-FETs einsetzten. Dies ist zunächst der NDS351N bzw. NDS351AN von Fairchild, der bei max. 0,2 Ohm Widerstand über 1 A schalten kann. Leider ist er etwas teuer. Alternativ können die BSH105 bzw. BSH102 von Philips verwendet werden. Der BSH105 kann ebenfalls über 1 A bei ca. 0,2 Ohm schalten, wäre also auch sehr gut geeignet. Leider reicht seine Spannungsfestigkeit von 20 V nur für den Einsatz mit stabilisierten Boostern (typischerweise +/- 18V) aus. Der BSH102 ist bis 30V geeignet, kann aber nur max. 0,85A bei ca. 0,4 Ohm schalten. In der Praxis hat er auch seine Tauglichkeit unter Beweis gestellt. Alle diese FETs sind z.B. bei Farnell erhältlich. Verwendet man FETs, so muß man jeweils zwischen Gate und Source einen Widerstand von z.B. 47k (nicht kritisch) schalten. Die neuen Platinen haben hierfür entsprechend Platz vorgesehen; bei älteren Platinen lötet man dieser Widerstände in der Ausführung 0603 einfach über diese Anschlüsse der FETs. R5 entfällt und wird durch eine Drahtbrücke - die natürlich nicht die überbrückten Leiterbahnen berühren darf - ersetzt.
Die Schaltung ist natürlich mit SMD-Bauteilen aufgebaut. Anders wäre die geringe Baugröße nicht zu erreichen. Nachfolgend die Stückliste:
| D1 = DI-Z 10V/0.4W-J-SMD (Z-Diode) | R1 = WID-S 10k -J-200-C0805 |
| D2 = DI-BR SMD (Brückengleichrichter 1A) | R2,R9 = WID-S 180k -F-100-C1206 |
| D3,D4,D5,D6,D7 = DI-SI MM4148-M0204 | R3 = WID-S 270k -J-200-C0805 |
| T1 = TRANSISTOR BC847 (NPN-Universal) | R4,R6 = WID-S 100k -J-200-C0805 |
| T2,T3,T4 = TRANSISTOR FMMT491A (s.Text) | R5 = WID-S 4k7 -J-200-C0805 |
| T5 = TRANSISTOR BCV47 (NPN-Darlington) | R7 = WID-S 3k3 -J-200-C0805 |
| IC1 = IC-SPEZ MC145027SMD | C1,C2 = KO-KEX 4n7 -K- 50-C0805 |
| IC2 = IC-CMOS 4051BD | C3,C4,C5 = KO-T 1uF -K- 20-C0304 (Elko) |
| R8 = WID-S 4R7 .... 10R -J-200-C0805 |
Diese Stückliste betrifft aber nur eine mögliche Variante der Bestückung der Platine. Beschränkt man sich auf die Ansteuerung von zwei Weichenspulen und verzichtet man auf die Lichtsteuerung, so entfallen T4, T5, D4, D7, C3 und R9. Möchte man statt der Beleuchtung insgesamt zwei Weichen ansteuern, so ist als T5 ein FMMT491A aufzulöten, D4, C3 und R9 nicht aufzulöten, stattdessen als D3 eine 1N4148 (wie bei D4 - D7) aufzulöten und der der Basis von T5 zugewandten Pad von R9 mit dem gewünschten Ausgang des 4051 durch ein dünnes Drähtchen zu verbinden.
Zum Auflösten von SMD-Bauteilen kann ich hier keine Hilfestellung bieten; im Beitrag in MIBA 4/99 ist sie aber enthalten. Es erfordert eben ein ruhige Hand, scharfe Augen oder eine Lupe sowie einen Lötkolben mit der dünner Spitze. Da das Ablöten von SMD-Bauteilen oftmals mit einem Totalverlust nicht nur des betreffenden Bauteils sondern der gesamten Platine endet, gilt hier mehr denn je der Grundsatz, erst dann zu löten wenn man sich völlig sicher, daß sich das richtige Bauteil an der richtigen Stelle befindet. Nachfolgend der Bestückungsplan, aus dem sich auch die Anschlüsse und Adressenpads ergeben. Die Bauteilebezeichnung entspricht der aus der Stückliste und dem Schaltplan:
Die Adresseinstellung erfolgt auch aus Platzgründen mit dem Lötkolben und nicht durch Schalter. Hierbei kann jeder der fünf Adresseingänge des MC145027 (P12, P14, P16, P18, P20) mit Masse (P11, P15, P19) oder Plus (P13, P17, P21) verbunden oder offen gelassen werden. Achten Sie sorgfältig darauf, daß kein Pin zugleich mit Plus und Masse verbunden ist - sonst funkt´s.
Im Normalfall der Weichensteuerung (Märklin oder Märklin-identisch) muß A5 (P20) mit Masse verbunden werden. Die Funktion der Verbindungen ist diesselbe wie die der 8-fach-Schalter auf dem Lok-Digital-Dekoder; P12 an Masse ist S1, P12 an Plus ist S2, P14 an Masse ist S3, P14 an Plus ist S4 usw. Die Adresseinstellung erfolgt also wie aus der Tabelle ersichtlich entsprechend der Erläuterung in den Bedienungsanleitungen zu Digital- und Delta-Lokomotiven zzgl. der Adresse 0 bei offenen Eingängen. In Elektor Heft 12/87 S.21 ist eine Tabelle abgedruckt, aus der sich auch die Zuordnung zu den Einstellungen des Märklin-Keyboards ergibt; in Heft 4/89 S. ist eine ähnliche Tabelle wie in den Märklin-Anleitungen für 81 Adressen abgedruckt. Bei Carsten Meyer findet sich eine entsprechende Erläuterung. Und schließlich
kann man dies auch mit der Formel
Weichennummer = Tastennummer + 3 + 16 * (Keyboardnummer -1)
errechnen, wobei sich "Weichennummer" auf die Durchnumerierung aller Weichen nach dem Elektor-System gemäß der genannten Tabelle bezieht. Ein Beispiel: Die Weiche bzw. der Dekoder soll mit dem 8. Tastenpaar des 4. Keyboards adressiert/angesprochen werden. Dann lautet die Formel:
Weichennumer = 8 + 3 + 16 * (4 - 1) = 59.
Aus der Tabelle kann man entnehmen, daß zur Weichennumer 59 die Hauptadresse 14 gehört, zu deren Einstellung am MC145027 des Dekoders Pin 1 offen bleibt, Pin 2 und Pin 3 auf Plus und Pin 4 auf Masse gelegt werden. Da zu jeder Hauptadresse 8 Subadressen gehören und die der Hauptadresse 14 zugewiesenen Weichennummern von 56 bis 59 reichen, wird die Weiche Nr.59 (= 8. Tastenpaar des 4. Keyboards) durch die letzten beiden Subadressen, also die letzten beiden Schaltausgänge - Y6 und Y7 - des CMOS-IC 4051 gesteuert.
Will man die Weichen mit der IntelliBox steuern, so muß man beachten, zu der IB-Adresse "3" hinzuzuaddieren bzw. von der Weichennummer gemäß Tabelle "3" zu subtrahieren. Denn zum einen beginnt die Numerierung der Weichen bei Uhlenbrock mit "1" (also -1 bzw. +1) und zum anderen können wir bei dem Selbstbau-Dekoder auch die Hauptadresse 0 einstellen, die bei Märklin und bei Uhlenbrock aber nur beim Idle-Mode verwendet wird (also +4 bzw. -4). D.h. die IB-Adresse 59 müßte beim Dekoder für die Weichennumer 62 laut Tabelle (also Hauptadresse 15, Subadressen 5+6, also Schaltausgänge Y4+Y5) eingestellt werden. Umgekehrt läßt sich eine Weiche mit der Weichennummer 59 laut unserer Tabelle durch die IB unter der Adresse 56 schalten.
Benutzt man aber keinen Märklin oder -identischen Controller sondern eine andere Steuerung - etwa einen selbstgebauten Controller oder einen Software-Controller -, so kann man mehr als 256 Weichen bzw. 512 Magnetartikel steuern. Da mit den vier ternären Adresstrits insgesamt 81 Dekoder-Adressen eingestellt werden können und jeder Dekoder wiederum 8 Subadressen, also Schaltausgänge, besitzt, die durch die binären Datenbits der Steuerimpulse adressiert werden, können 324 Weichen oder 648 Magnetartikel geschaltet werden. Dies dürfte auch für eine große Anlage genügen. Wem dies aber noch nicht ausreicht, der kann auch A5 des MC145027 (P20) statt an Masse an Plus legen und somit weitere 324 Weichen bzw. 648 Magnetartikel schalten; allerdings muß der Controller die Möglichkeit bieten, alle Weichensteuerkommandos mit gesetztem 5. Bit auszusenden; auf diese Weise werden z.B. die Funktionsdekoder im Tanz- und Panoramawagen gesteuert. In diesem Fall verbinden Sie also A5 (P20) mit Plus.
Die Sub-Adressen der Weichenspulen werden durch dünne, isolierte Drahtstücken eingestellt. Hierzu werden die Basen der Treibertransistoren T2 und T3 (P30 und P31) bzw. T2 bis T5 (P30 bis P32 sowie der der auf die Basis von T5 weisende Pad von R9) mit den entsprechenden Ausgängen X0 bis X7 des 4051 (P22 bis P28 sowie dem Pad der Anode von D4) entsprechend der Subadressen 1 bis 8 verbunden, wobei bei Weichen und sonstigen zweispuligen Gerätschaften die Ausgänge immer paarweise verwendet werden, also Y0+Y1, Y2+Y3, Y4+Y5 und Y6+Y7.
Die Platine, die es auch über den Serive gibt, entspricht in der äußeren Form dem Märklin-Dekoder. Sie paßt also in die Weichen und auf die dafür vorgesehenen Stifte. U.U. müssen die Bohrungen etwas nachgearbeitet werden. Zur Verbindung zu den Spulen benutzt man sinnvollerweise die an den Spulenantrieben befindlichen Kabel und längt sie im erforderlichen Umfang ab. Gleiches gilt für die Beleuchtung. Der gemeinsame Anschluß der Spulen (gelb) sowie ein Anschluß der Beleuchtung, falls diese gesteuert werden soll, wird an P7 bzw. P5 angelötet. Die Steueranschlüsse für die Spulen lötet man an P6, P8, P9 oder - falls keine Beleuchtungssteuerunggewünscht ist - P10. Andernfalls wird an P10 der andere Anschluß der Beleuchtung angelötet.
Das Prinzip ist einfach: Im Normalfall sendet das Steuergerät nach dem Schalten der Weichen den "Aus"-Befehl, der üblicherweise aus dem Datenwert "0" besteht. Ist die Beleuchtung für Weichen aktiviert, so sendet das Steuergerät stattdessen mit der Hauptadresse der eben geschalteten Weiche (0 - 80) den Datenwert "255". Dies hat zur Folge, daß der achte Ausgang (X7 des 4051) aktiviert wird. Da es sich bei dem 4051 um einen 8-zu-1-Selektor handelt, werden alle anderen Ausgäge deaktiviert. Dies bedeutet, daß zugleich die eben geschaltete Weichenspule von der Spannung getrennt wird - und entspricht somit auf diese Spule bezogen dem "Aus"-Befehl. Folglich führt jedes Schalten von Weichen dazu, daß der aktivierte 8. Ausgang aller auf dieser Hauptadresse (0 - 80) eingestellen Dekoder für die Dauer des Schaltens - ca. 0,25 sec. - deaktiviert wird. Dies würde sich in einem unschönen Flackern der Beleuchtung aller dieser Weichen niederschlagen. Aus diesem Grund ist der Stützkondensator C3 vorhanden, der zusammen mit dem hochverstärkenden Darlington-Transistor T5 dafür sorgt, daß daß für einige hundert ms die Beleuchtung aktiviert bleibt.
Ergänzt wird dies durch eine Einstellung des Steuergeräts, die bewirkt, daß beim Einschalten der Weichenbeleuchtung für die Sub-Adresse 8 aller vorhandenen Weichendekoder der "An-Befehl", also der Datenwert "255", gesendet wird; beim Ausschalten der Weichenbeleuchtung geschieht dasselbe mit dem Datenwert "0". Damit kann mit einem Tastendruck die Beleuchtung aller Weichen geschaltet werden.
Dieses Feature hat offensichtlich zur Folge, daß eine Subadresse je Hauptadresse nicht mehr zum Schalten von Weichen pp. benutzt werden kann. Dies dürfte jedoch niemanden ernsthaft beeinträchtigen, denn unter Ausnutzen aller Hauptadressen (0 - 80) können ja - wie oben erwähnt - insgesamt 648 einpolige Magnetartikel geschaltet werden. Der Verlust von 81 Sub-Adressen fällt da nicht ins Gewicht. Überdies kann man ja bei Beachtung evtl. belegter Adressen für die alten Extra-Funktionen mit gesetztem 5. Adressbit weitere 648 einpolige Magnetartikel schalten - wenn das Steuergerät dies erlaubt. Der Dekoder ist dafür jedenfalls vobereitet, denn A5 ist wahweise mit Masse (normal) oder Plus für weiter 648 Adressen zu verbinden.
Eine entsprechende Schaltungsergänzung für den M-Gleis-Dekoders gibt es mittlerweile auch.
Vorstehend spreche ich allgemein vom "Steuergerät". Gegenwärtig bietet allerdings lediglich LOK diese Möglichkeit. Allerdings dürfte es keine Schwierigkeiten bereiten, z.B. den Märklin-Controller über einen PC entsprechend anzusteuern. Wer also diese Feature nutzen will, muß LOK einsetzen oder aber seinen Hard-/Software-Lieferanten zu einer entsprechenden Ergänzung/Änderung veranlassen, sofern er dies durch eine entsprechende Makro-Programmierung o.ä. nicht selbst erledigen kann.
Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung der bipolaren Transistoren auch eine Reduzierung von R5 auf 1k und von R7 auf 2k2 nicht immer zu einem störungsfreien und zuverlässigen Schalten führt. Um ein schnelles und sicheres Schalten zu gewährleisten sollte man daher, wenn man bei den bipolaren Transistoren bleiben will, den Basisstrom der Transistoren durch Verringerung von R5 auf 470R deutlich erhöhen und - damit die Ruhestromaufnahme des Dekoders nicht drastisch zunimmt - bei bereits aufgebauten Dekodern der Spannungsversorgung einen Emitterfolger spendieren und bei neuen Dekodern D1 und R7 durch einen Spannungsregler 78L10 ersetzen. Hierdurch reduziert sich der Ruhestrom des Dekoders etwas - aber der vergeichsweise hohe Basistrom der Schalttransistoren von (je nach R5) einigen zig mA wird problemlos geliefert.
