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(überarbeitet 05.08.2007)

 

Vorweg für den Laien

Es wird empfohlen, die Schaltungen so aufzubauen, wie sie hier dargestellt sind. Der Bastler erhält auch gern per E-Mail Unterstützung, wenn es nicht klappt. Aber das hat nur Sinn, wenn er sich zunächst strikt an den Schaltplan hält. 

Auf jeden Fall sollten für den ersten Aufbau die Trimmer P1 und P2 eingesetzt werden und erst später nach erfolgreichem Probelauf statt der Trimmer eventuell Festwiderstände. Ebenso wichtig ist, zunächst für C2 einen hohen Wert (4,7 µF oder größer), einzusetzen, damit die Schaltung "im sichtbaren Bereich" arbeitet. Es wird zunächst nur eine LED mit Vorwiderstand direkt am Ausgang des IC angeschlossen. Dann kann eine erste Funktionskontrolle gemacht werden. Ein MOSFET, falls vorgesehen, kann später hinzugefügt werden.  

"Ohne diese einfache Funktionskontrolle basteln Sie ins Blaue hinein, vor allem, wenn Sie gleich die für hohe Frequenzen dimensionierten Bauteile einsetzen und nicht über die Meßgeräte verfügen, um das Ergebnis sichtbar oder hörbar zu machen. Dann lassen Sie lieber die Finger davon. Wenn es trotzdem nicht funktioniert, suchen Sie erst nach fehlenden Verbindungen und ungewollten Kurzschlüssen durch Lötbrücken. Die Schaltungen sind vielfach erprobt und nachbausicher."

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Was ist eine PWM? 

Eine PWM (Puls-Weiten-Modulation) "zerhackt" einen Gleichstrom in viele "gepulste Pakete" oder "Abschnitte". Vergleichbar mit einer Blinkerschaltung am Auto bekommt der Verbraucher (z.B. eine Glühbirne) keinen "vollen" Strom, sondern eben nur "Pakete". Nun dient die PWM speziell nicht zum Blinken, sondern zur "Leistungsregelung". Darum ist die "Blinkfrequenz", also die Ausgangsfrequenz der Paketfolge in der Regel so hoch, daß sie nicht sichtbar wäre, würde man eine Lampe anschließen. Z.B. 300 Hertz bei Magnetventilen oder Motoren oder auch 20 Kilo-Hertz und mehr für andere Anwendungen.

Ausschlaggebend für die Leistung am Ausgang ist weniger die Frequenz, sondern das Taktverhältnis, also das Verhältnis von "Paketlänge" und "Pause zwischen den Paketen". Während die Frequenz meistens für eine Anwendung festgelegt wird, macht man das Taktverhältnis einstellbar und regelt damit die Leistung.

 

Puls-Weiten-Modulation mit TL494

Der TL494 ist ein äußerst komfortabler Puls-Weiten-Modulations-IC und seit langem auf dem Markt. Deshalb ist er auch relativ preiswert. (Reichelt 43 Cent). Ein IC mit vielen Funktionen, und es gibt für den Bastler keinen Grund, einen der anderen, neueren Typen zu verwenden, die möglicherweise schwer beschaffbar sind oder das 10-bis 20-fache kosten.

 

Ein paar Eigenschaften des TL494:

2 getrennte NPN- Ausgänge,  Belastbarkeit nach Hersteller verschieden (Texas 200 mA, Motorola 500 mA je Ausgang) 

interne 5 V Referenzspannungsquelle, belastbar bis 10 mA

6 bis 40 Volt Betriebsspannung (je nach Fabrikat auch 7 - 42 Volt)

in weiten Bereichen einstellbare Frequenz

einfache Regelung des Taktverhältnisses 

 

Die Betriebsspannung: 

Es sind lt. Datenblatt max. 40 Volt, bzw. je nach Fabrikat auch 42 Volt zulässig. Dabei entsteht jedoch schon eine recht hohe Verlustleistung im IC selber. Da der TL494 außerdem eine interne 5 Volt Referenzspannungsquelle mit einer Zenerdiode hat (Pin14), fällt auch dadurch eine zusätzliche Verlustleistung an, vor allem wenn die Referenzspannungsquelle durch externe Steuerschaltungen voll belastet wird, z.B. mit 10 mA.  Insgesamt stellen 40 bzw. 42 Volt Betriebsspannung eine ziemliche Belastung für den IC dar. Man kann diese Spannung nicht ganz ohne Einschränkung für den Dauerbetrieb empfehlen. Relativ problemlos sind hingegen noch Spannungen von 30 Volt. Absolut gängig sind Betriebsspannungen bis 15 Volt. Es wäre einfach anzuraten, bei hohen Versorgungsspannungen in der Testphase die äußere IC-Temperatur zu überprüfen und notfalls für gute Belüftung und Wärmeabfuhr zu sorgen. 

Die interne Referenzspannungsquelle sichert eine gleichbleibende Funktion auch bei unstabilisierter oder wechselnder Betriebsspannung.

Trotz seiner vielen Features lassen sich mit diesem IC auch einfachste PWM-Schaltungen aufbauen. Die Frequenz wird von der Kapazität an CT (Pin5) und dem Widerstand an RT (Pin6) bestimmt. Ist diese einmal festgelegt bzw. eingestellt, wird nur noch das Taktverhältnis an In+ (Pin1) geregelt. Zur Regelung wird die Referenzspannung von 5 V von Pin14 mit einem Spannungsteiler an Pin1 verändert. 3,5 V oder mehr bedeutet: minimale Taktlänge, Ausgangsleistung Null. 1 V oder weniger bedeutet: maximale Taktlänge, Ausgang volle Leistung.

Mit Schaltung 1 lassen sich Kleinmotore oder LEDs dimmen oder flashen (Blitzer).

Mit Schaltung 2 können mit nachgeschaltetem MOSFET  hohe Ströme geregelt werden. 

Mit Schaltung 3 wird mit einem P-Channel MOSFET die Plusleitung geregelt. Ansonsten entspricht sie der Beschreibung von Schaltung 2.

Schaltung 4 gestattet, eine externe Steuerspannung zu verwenden. Je höher die Steuerspannung, um so höher die Taktlänge und damit die Ausgangsleistung der PWM.

 

Und noch einmal: Die Schaltungen sind ohne Änderung als "Blinkerschaltung" einsetzbar. Einstellbar in den Pausenzeiten, den Taktzeiten und der Frequenz. Weitaus komfortabler als alle diversen NE555-Blinkschaltungen. 

 

 

Schaltplan 1

Coll.1/Coll.2 und Em.1/Em.2 lassen sich parallel schalten.

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Schaltplan 2

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Schaltplan 3

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Schaltplan 4

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Versuchsaufbau (Kombination v. Schaltplan 1, 2 u. 3)

Damit es keine Mißverständnisse gibt: Der "Schaltplan Versuchsaufbau" mit dem hier auf der Seite für den Download zu findenden "Platinenlayout Versuchsaufbau", ist die Kombination der Schaltpläne 1, 2 und 3. Es ist demnach auf obiger Abbildung links der P-Channel T1 angeordnet und rechts der N-Channel T2, jeweils mit einer eigenen Anschlußklemme für den Lastausgang. Man kann T1 oder T2 oder beide einsetzen, oder auch weglassen, wenn man nur die LED-Anzeige braucht.

 

Der Versuchsaufbau gestattet das Dimmen der LEDs direkt am TL494. (je nach Hersteller bis 200 - 500 mA je Ausgang des TL494 (Pin8/Pin11). Der Vorwiderstand ist anzupassen) Ferner gestattet der Versuchsaufbau über Mosfets T1, T2 das Dimmen von höheren Leistungen, Glühlampen oder die Drehzahlregelung von Motoren. Entweder über einen P-Channel- (T1) plusgeregelt oder einen N-Channel-Mosfet (T2) minusgeregelt (oder auch beides). Der Versuchsaufbau gestattet auch den Betrieb an Wechselspannung (siehe Schaltplan). Bei Strömen über 1 A sind allerdings entsprechend höher belastbare Dioden D1 - D4 einzusetzen.

Falls die Schaltung an höherer Spannung als 18 V betrieben wird (der TL494 verträgt 40 - 42V, je nach Hersteller), müssen die Gates der Mosfets mit Zenerdioden entsprechend abgeblockt werden, damit die zulässige Source-Gate-Spannung der Mosfets nicht überschritten wird. Bei Betriebsspannungen bis 18V ist das nicht nötig.

 

Basteltip:

Man sieht oberhalb des IC sehr gut den roten C3. Für Experimentierzwecke ist dort die Hälfte einer 6-poligen IC-Fassung (nur Präzisionsfassungen verwenden) als Steckfassung für verschiedene Kondensatoren mit RM 2,54 oder 5,08 mm eingelötet. So kann man leicht Kapazitäten für hohe oder niedrige Frequenzbereiche durch Umstecken wechseln. Die Frequenz wird wie bei den anderen Schaltungen an P2 eingestellt. Das eigentliche "Dimmen" oder die Leistungsregulierung erfolgt aber ausschließlich über das Taktverhältnis der PWM, also nur mit P1. 

Es wird angeraten, die Schaltung zu ersten Erprobungen immer mit großem C3 (ca. 4,7 µF) zu betreiben, um ein "optisch sichtbares Blinken" als Ausgangssignal an LEDs oder Glühlampen zu haben. Höhere Frequenzen können später eingestellt werden, wenn die Funktion erfolgreich geprüft wurde.  

 

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Schaltplan Versuchsaufbau

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-Download-

Schaltpläne und Platinenlayouts sind mit den Programmen sPlan 6.0 und Sprint-Layout 4.0 bzw. 5.0 von Abacom erstellt. Wenn diese Programme nicht gegeben und nicht installiert sind, genügen zum Öffnen und Ausdrucken zwei "Viewer". (untenstehender Link zum kostenlosen Download bei Abacom)

 

1. Laden Sie erst den entsprechenden "Viewer" für Schaltpläne oder Layouts (oder beide) und öffnen sie diesen. 

2. Probleme einiger Browser mit den Schaltplandateien sind bekannt.

Falls sich die Datei beim Anklicken des Links nicht öffnet, hat sich folgende Methode als sicher erwiesen:

Legen Sie sich einen Ordner auf der Festplatte an oder (falls Diskettenlaufwerk vorhanden) legen Sie eine Diskette ein. Gehen sie auf den Link und drücken Sie die rechte Maustaste. Dann auf "Ziel speichern unter...." und in dem dafür angelegten Ordner oder auf der Diskette abspeichern.

 

3. Anschließend in dem Viewer ("splan viewer60" für die Schaltpläne) oder ("viewlayout50" für die Layouts) auf "Datei" und "Öffnen".

 

Obige Anleitung zum Ausdrucken:

Download "Anleitung für Verwendung der Viewer"

 

Laden und öffnen Sie die "Viewer":

http://www.abacom-online.de/html/dateien/demos/splan-viewer60.exe

http://www.abacom-online.de/html/dateien/demos/ViewLayout50.exe

 

Laden Sie dann den betreffenden Schaltplan oder das Platinenlayout. Wenn das nicht geht, gehen Sie auf den Link und drücken Sie die rechte Maustaste und wählen Sie "Ziel speichern unter..." und speichern Sie die Datei in einen Ordner oder auf Diskette. Öffnen Sie diese danach mit dem "Viewer".

Schaltplan 1

Schaltplan 2

Schaltplan 3

Schaltplan Versuchsaufbau

Platinenlayout Versuchsaufbau

 

 

 

Platinenlayout Versuchsaufbau

 

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Bestückung Versuchsaufbau

 

Impressum:

© September/2003 by HANS-DIETER TEUTEBERG •  hans-dieter.teuteberg@t-online.de

 Illustrationen
  © H.D.T.