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Decoder
Ausgänge verstärken
Moderne
Lokdecoder haben einiges zu bieten, darunter fallen auch zahlreiche
Funktionsausgänge.
Nicht immer ist an diesen Ausgängen aber direkt eine Last anschliessbar.
Während die Ausgänge Licht vorne (VL), Licht hinten (RL), Aux1 und Aux2
immer direkt verwendbar sind, beispielsweise für Glühbirnen, darf bei vielen
Decodern an den weiteren Ausgängen wie Aux3 bis Aux6 keine Last direkt angeschossen
werden.
Der Grund hierfür liegt an der Decoderschaltung: diese Ausgänge kommen - im
Gegensatz zu den oberen vier erwähnten Ausgänge - direkt vom
Decoder-Prozessor, ohne entsprechende Verstärkerschaltung (Ausgangstreiber).
Diese
Ausgänge führen dann nur einen Logik-Pegel (engl. logic level) von 5VDC und
"verkraften" meistens einen Strom von nur wenigen Milliampere. Ein Versuch,
daran direkt eine Last anzuschliessen, führt fast immer zur Zerstörung des
Decoders.
Die 21MTC Inkompatibilität
Besonders
kritisch ist diese Tatsache bei der 21MTC Schnittstelle. Die ursprüngliche
Definition dieser Schnittstelle, welche auch von der NEM unter
NEM660
(mit einigen Anpassungen)
übernommen wurde, definiert Aux3 bis Aux6 mit Logik Pegel (mind. 2.4V, meist 5V).
Gründe für die unverstärkten Ausgänge gibt es mehrere:
|Platzbedarf für die Treiber entfällt|
|Kosten für die Treiber entfallen|
|Ansteuerung der Märklin C-Sinus Treiberplatine
mit 5V|
|Zur Zeit der Entwicklung der 21MTC bestand
noch wenig Bedarf an vielen Ausgängen|
Achtung
Leider halten sich die Lokhersteller nicht immer
an die NEM660 Definition. Teilweise verlangt
die Lok einen Decoder mit verstärkten Aux3 und Aux4. Hier ist also Vorsicht
beim Wechseln des Decoders durch einen anderen Typ geboten. Ein Decoder ohne
verstärkte Ausgänge Aux3 und Aux4 eingesteckt in einer Lok, welche dies
benötigt, führt zumeist zum Defekt des Decoders.

||Die 21MTC Schnittstelle nach
NEM660.

Diese definiert die Ausgänge Aux3 bis Aux6 mit Logik-Pegel.
Einige Decoderhersteller bieten aber auch Decoder mit verstärkten
Aux3 und höher an.
Des Weiteren bauen Hersteller teilweise
Loks, welche zwingend verstärkte Ausgänge bei Aux3 und Aux4
benötigen. Dies kommt sogar bei Märklin vor, welche die
Schnittstelle 21MTC zusammen mit ESU definiert hat.
Auf dieser
Seite wird deshalb spezifisch auf die 21MTC Schnittstelle und deren Ausgänge
verwiesen.
PluX Schnittstelle
Bei der PluX Schnittstelle gibt es
das Problem mit unverstärkten Ausgängen nicht. Nur der "grosse" PluX Stecker
- PluX22 - besitzt Anschlüsse für Aux3 bix Aux6. Diese sind nach
NEM658 immer verstärkt
(jedenfalls ist nichts anderes definiert).
Die Pin-Belegung aller PluX Varianten finden Sie hier.
Ausgänge verstärken
Will man eine Lok selber
digitalisieren oder einfach weitere Funktionen einbauen, wie beispielsweise
eine Führerstandsbeleuchtung, müssen vielfach die Funktionsausgänge Aux3,
Aux4 und ggf. weitere Ausgänge verstärkt werden.
Früher hätte man dies mit einem
bipolaren Transistor und ein Widerständen gemacht.
Die Schaltung sieht so aus:
Der Widerstand R2 und die LED
bilden dabei die anzusteuernde Last. Dies könnte natürlich auch eine
Glühbirne oder ein Raucherzeuger sein.
Als Transistoren kommen alle
üblichen, universalen Kleinsignaltransistoren in Frage, wie beispielsweise
BC107, BC548 etc. (bis rund 100mA).
Heute sind modernere Bauelemente zu
günstigen Preisen erhältlich, welche besser dafür geeignet sind.
Im Gegensatz zu bipolaren Transistoren, welche stromgesteuert werden,
sind diese MOSFET genannten Transistoren spannungsgesteuert.

||Schaltsymbol des N-Kanal MOSFET:

D = Drain
S = Source
G = Gate
Bei der oberen Schaltung mit dem
NPN Transistor muss ein Strom in den Basisanschluss des Transistors
fliessen, um einen Strom in der Last auszulösen.
Beim MOSFET wird eine Spannung am Gate angelegt, wodurch der Drain-Source
Pfad leitend wird. Einfach ausgedrückt ändert sich der Widerstand des
MOSFETs von Drain (oberer Anschluss) zur Source (unterer Anschluss) mit der
angelegten Gate-Spannung. Der Widerstand kann dabei bis auf wenige Milliohm
sinken, was die Verlustleitung im Bauteil erheblich reduziert.
Funktionsweise der MOSFET

||Ist die angelegte Gatespannung
(gegenüber dem Source Anschluss) kleiner als die Threshold Spannung
(0.5 ... 1.5V), sperrt der Transistor, der D-S Pfad ist also
hochohmig.

Wird am Gate eine Spannung höher als die
Threshold Spannung angelegt, wird der D-S Pfad leitend. Je höher die
Gate Spannung, desto kleiner wird der D-S Widerstand.
|Bild: Wikipedia

Die Verstärkerschaltung bei unseren
Decodern kommt damit mit lediglich einem Bauteil, dem MOSFET, aus:

||Die Schaltung mit einem MOSFET.

Der Decoderausgang Aux3 (oder Aux4) wird mit dem Gate des MOSFET
verbunden.
Q1 ist unser MOSFET mit den Anschlüssen D=Drain, S=Source und
G=Gate.
In dieser Schaltung bilden R3 und LED2 die Last. Dies könnte auch
eine Glühbirne oder ein sonstiger Verbraucher sein.
Voll durchschalten bei Logik-Pegel
Ziel muss es also sein, die
Spannung am Gate so hoch zu haben, dass der MOSFET voll durchschaltet. Viele
MOSFETs benötigen dazu eine Gate-Spannung (VGS) von rund 10V. Bei
kleineren Spannungen ist der Drain-Source Widerstand (RDS
on) höher, die Verlustleistung im Bauteil - und damit die
Wärmeentwicklung - damit ebenfalls höher.
Unsere Decoderausgänge liefern dagegen bloss 5V.
Die Industrie hat aber auch für diesen Fall spezielle Bauteile entwickelt,
welche genau für den 5V Logik-Pegel ausgerichtet sind.
Bei
International Rectifier
(IR) sind diese MOSFETs mit IRLxxxx bezeichnet, im Gegensatz zu den
üblichen IRFxxxx MOSFETs mit meist 10V Gate-Source Spannung.
Bei einer angelegten Gate-Spannung von mindestens 4.5V beträgt der
Drain-Source Widerstand (RDS on) bei den "L" Typen
wenige Milliohm!
Ein ideales Bauteil für die
Decoderausgänge ist der IRL6372. Dieses SMD Bauteil hat zwei N Kanal MOSFETs
integriert und ist für die Ansteuerung mit Logik-Pegel ausgelegt.
RDSon bei 4.5V Gate-Spannung beträgt dabei maximal 0.018 Ohm.
Pinlayout des IRL6372
Bild Quelle: International Rectifier
Anschluss des MOSFET an den Decoder
Die Schaltung für Aux3 und Aux4 sieht wie folgt aus:

||Pin 1 und 3 sind die Source Anschlüsse der beiden MOSFET.
Diese werden an Decoder Minus (0V) gelegt.

An Pin 2 (Gate1)
bzw. 4 (Gate2) werden die Logik-Pegel Ausgänge (also Aux3 und höher)
angeschlossen.
Die Ausgänge für die Verbraucher stehen dann an Pin5/6 bzw.
Pin7/8 zur Verfügung. Die Verbraucher verwenden wie üblich Decoder
Plus (auch bekannt als Rückleiter Funktionen) als gemeinsamer
Leiter.
In der Grafik sind zwei Lampen
eingezeichnet. Diese sind stellvertretend für die Last am verstärkten Aux3
bzw. Aux4 Anschluss.
Die Nummern der Decoderanschlüsse entsprechen den Pinnummern des 21MTC
Steckers.
Bedingt durch den extrem kleinen
Winderstand zwischen Drain und Source wenn der Ausgang eingeschaltet ist,
können hohe Ströme bei kleiner Verlustleistung geschaltet werden.
Beachten Sie aber, dass der Strom für diese verstärkten Ausgänge vom Decoder
geliefert wird. Der maximal Decoderstrom darf deshalb auch mit diesen
zusätzlichen Ausgängen nicht überschritten werden. Insbesondere betrifft
dies die Gleichrichterschaltung des Decoders.
Falls Sie unabhängig vom Decoder
hohe Ströme schalten möchten, kann dies mit folgender Schaltung durchgeführt
werden. Hierbei wird der Strom für die verstärkten Ausgänge direkt vom Gleis
genommen.

||Die Gleisspannung wird über den
Brückengleichrichter B1 in eine (pulsierende) Gleichspannung
umgewandelt und mit dem Elektrolytkondensator C1 geglättet.

Diese Gleichspannung wird nun für die Speisung der verstärkten
Ausgänge Aux3 bzw. Aux4 verwendet.
C1 kann dabei zwischen 100 und 1000uF sein
und sollte 35V vertragen.
Die Nummern der Decoder-Anschlüsse
(links) entsprechen wieder den 21MTC Pinnummern.
Übersicht bekannter Decoder mit 21MTC Schnittstelle
Hier finden
Sie eine 21MTC Decoder-Übersicht mit den entsprechenden Funktionsausgängen
und deren Ausgangsschaltung.