Grundlagen und Schaltplan

Die Theorie hinter der zweiten Lichtschranke

Meine erste Lichtschranke hat sich mittlerweile bewährt, doch es störte mich ungemein, dass ich für die Rückmeldung den Weg über das relativ große und vor allem teure Relais gehen musste. Außerdem paßt Lichtschranke 1 nicht optimal unters C-Gleis, auf das ich inzwischen umgestiegen bin. Auch die geringe „Packdichte“ der Platine war mir ein Dorn im Auge – wenn auch nur ein kleiner – und schließlich ist das Gleis doch deutlich uneben an den Stellen, an denen die Platine darunterliegt.

Lichtschranke im Gleis

Nach einigem hin und her habe ich schließlich eine zweite Lichtschranke entworfen, die speziell für Rückmeldungen vom C-Gleis zum s88-Decoder entworfen wurde.

Schaltung der Lichtschranke 2

s88-Decoder

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Über die Dioden D1-D4 (1N4148) in Graetz-Schaltung wird die Lichtschranke mit Strom versorgt. Der Kondensator C (10 µF) ist als Glättungskondensator eingefügt, um minimale Schwankungen im Digitalstrom auszugleichen.

Über R1 (680 Ohm) wird zunächst die IR-LED (IRL80A / IRL81A) betrieben, die die eine Hälfte der Lichtschranke darstellt.

R2 (120 kOhm) bildet zusammen mit dem IR-Transistor IR-T (LPT80A) einen Spannungsteiler. Über D5 (1N4148) wird der s88-Decoder angeschlossen. Dieser Ausgang kann vom Transistor T (BC337-40) auf negatives Potential geschaltet werden.

Fällt kein Infrarotlicht auf IR-T, wird die Basis von T über R2 auf positives Potential gezogen, T leitet. Wenn IR-T leitet, weil die Lichtschranke nicht unterbrochen ist, wird die Basis auf negatives Potential gezogen und T leitet nicht.

Andere Eingangsspannung

Die Schaltung ist auf (Märklin-) Lichtstrom ausgelegt, also 14-16V~. Die Schaltung kann aber auch sehr leicht für andere Spannungen angepaßt werden.

Bei höherer Eingangsspannung muss R1 erhöht werden. Die Berechnung erfolgt wie bei normalen LED nach der Formel R = U/I. Auf der Seite LED-Schaltungen habe ich das etwas ausführlicher beschrieben. Laut Datenblatt hat IRL81A eine Durchlaßspannung von 1,5V bei 20 mA Stromaufnahme, maximale Stromaufnahme sind 100 mA – wie man an meinen Werten oben sieht, liege ich auch irgendwo im Mittelfeld. Das ist keine Raketenwissenschaft – einfach ausprobieren.

Wird die Schaltung an Gleichspannung betrieben, kann man sich natürlich die Gleichrichterdioden sparen. Andererseits trennt der Gleichrichter die Lichtschranke mit ihrem stabilisierenden Kondensator vom Rest der Stromversorgung, das könnte wieder einen kleinen Gewinn an Betriebssicherheit geben.

Bei geänderter Eingangsspannung kann es auch nötig sein, den Spannungsteiler über R2 neu einzustellen.

Andere IR-Elemente, größerer Abstand

Die Lichtschranke ist ausschließlich für sehr kurze Abstände der IR-Elemente gedacht. Je größer der Abstand ist, desto größer die Wahrscheinlichkeit für Fehlfunktionen durch Einfall von Störlicht. Wer mehr als ein paar Zentimeter überwachen möchte, sollte auf eine Schaltung mit modulierender Lichtschranke zurückgreifen. Bei den üblichen Elektronikversendern gibt es ICs, die bereits modulieren und das Ergebnis auch gleich auswerten können.

Wenn andere IR-Elemente verwendet werden (z. B. stärker fokussierend für weniger Störungen) oder andere Eingangsspannung anliegt, muss ggf. R2 angepaßt werden. Löst die Lichtschranke nicht aus: R2 vergrößern. Bleibt die Lichtschranke dunkel: R2 verringern.

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