Modelleisenbahnclub Castrop-Rauxel 1987 e.V.

Tips&Tricks 30: Entstörung

Es ist schon jedem, der mit Elektroniken experimentiert, widerfahren: Da läuft auf dem Arbeitstisch alles bestens, aber nach dem Einbau in die Anlage zeigt sich der 'Neubau' störanfällig. Er schaltet auch, natürlich und wie das immer so ist, nur ganz sporadisch, wenn irgendwo eine Weiche oder ein Signal gestellt wurde.

Gegen solche Fehler kann man an drei Stellen etwas tun:
- an der Störungs-Quelle
- am Übertragungsweg
- am gestörten Bauteil.

Freilaufdioden Störungs-Quelle:
Wir gehen hier davon aus, daß die Spulenantriebe mit Gleichspannung betrieben werden. Der Störimpuls entsteht, wenn der Spulenstrom abgeschaltet wird, entweder durch Loslassen des Tasters oder durch den End-Abschalter, der in dem Gerät eingebaut ist. Siehe dazu auch bei Induktivitäten. Weiterhin wirkt eine Doppelspule wie ein Transformator. Sinnvoll ist es aufgrund des dort Gesagten, Freilaufdioden einzubauen. Dies klingt im ersten Moment verrückt, ist doch ein Endabschalter eingebaut, der den Stromkreis als Erster unterbricht. Hier zitieren wir 'Radio Eriwan': Im Prinzip ja, aber ... es wirkt!
Und das ist die Hauptsache: Irgendwie entstehen Störungen auf den Leitungen dadurch, daß eine Weiche gestellt wird. Und dann ist es plausibel, daß man diesen Störungen zu Leibe geht (wie auch immer sie entstanden sind). Dies hier ist also ein sehr pragmatischer Tip.
In der Zeichnung sehen Sie gestrichelt umrandet den Doppelspulenantrieb mit den 3 Anschlußklemmen. Möglichst dicht hieran sollten die beiden Dioden (rot) angebracht werden. Die beiden Betätigungstaster unten sind nur der Vollständigkeit halber mit eingezeichnet.
Wir hatten zunächst gedacht, die Dioden müßten vom 'superschnellen Typ' sein, also Schottky-Dioden (SB 130 o.ä.) oder Ultra-Fast-Dioden (wie z.B. UF4001), aber es hat sich gezeigt, daß auch 'normale' Dioden wie 1N4001 hinreichend Störungen unterdrücken können. Rein von der Theorie her (also auch etwas aus dem Bauch heraus) würden wir dennoch zu den schnelleren Dioden raten. Die kleinen 1N4148 sind zwar extrem schnell, aber weil sie den evtl. hohen Impulsstrom nicht sicher ableiten können, nicht zu empfehlen.

Die Kosten	(April 2007):
1N4148:	0,02 €
1N4001:	0,02 €
UF4003:	0,06 €
SB130:	0,13 €

Oder man schaut nach Sonderangeboten. Da sind gut 50% einzusparen ...

Übertragungsweg:
Die Leitungen zum störenden Teil und die Leitungen zum gestörten Teil bilden zusammen einen kleinen Kondensator, über den der Störimpuls von einer Leitung zur anderen 'hüpft'. Man kann diese Übertragung dadurch verringern, indem man die Leitungen weiter auseinander verlegt oder sie zumindest nicht parallel laufen läßt. Oder man schirmt die gestörten Leitungen ab, was nicht unbedingt sehr teuer sein muß, wenn man Telefonleitungen nimmt. Die Abschirmung darf nur an einer Seite auf Masse gelegt werden, am besten in der Nähe des gestörten Bauteils. Das andere Ende der Abschirmung muß offen bleiben.
Außer Telefonleitungen sind auch Computerkabel interessant.
Beispiel bei Reichelt: 5 m, 25 Adern, abgeschirmt, mit 2 SUB-D-Steckern (Nr.: AK 402) zu 1,95 €.

Gestörtes Bauteil:
Die Energie des 'herübergehüpften' Impulses ist sehr gering. Seine Spannung ist recht hoch, aber es steckt nur wenig Strom dahinter. Daher ist es sinnvoll, die Eingangsschaltung der Elektronik 'stromverbrauchend' zu gestalten. Dadurch wird elektrische Energie 'verbraucht', die der Störimpuls nicht hat.
R-Bedämpfung Dies haben wir in der linken Zeichnung dargestellt. Hierin ist die 'lange Leitung' gestrichelt dargestellt. Auch am Taster sollte ein Widerstand eingebaut werden, damit die Leitung auch an dieser Seite bedämpft wird. (Bei offenem Taster wirkt gerade das Ende der Leitung wie eine Antenne, begierig, jede Störung einzufangen.) Beide Widerstände sollten Werte um 1 kΩ haben. Weniger wäre besser, aber das erhöht dann auch den Stromverbrauch.
RC-Bedämpfung Oder man macht die Eingangsschaltung 'langsam', so daß sie prinzipiell erst nach einer gewissen Dauer einer Information (z.B. gedrückter Taster) reagiert. Auch dann können Impulse nichts mehr ausrichten. An einer Zeitkonstante von 100 ms beißt sich jeder Störimpuls die Zähne aus. Auch ein Netzbrummen (50 Hz) kann dann keinen Schaden mehr anrichten. Zu bedenken ist allerdings, daß alle Informationen, ob sie nun kommen oder gehen, um diese 100 ms verzögert werden.
Brendle Schon vor etlichen Jahren ist eine interessante Schaltung veröffentlicht worden. Sie verzögert nur ansteigende Impulsflanken. Abfallende werden sofort ausgewertet. Die Funktion ist folgende: in Ruhe ist der Eingang "low", also auch beide Eingänge des Gatters. Der Ausgang ist demnach "high". Ein ankommender Impuls setzt den oberen Eingang auf "high", aber den unteren noch nicht. Dies bewirkt zunächst nichts im Gatter. Erst wenn der Impuls lange genug andauert, so daß der Kondensator geladen werden kann, wird auch der untere Eingang "high". Erst in diesem Moment schaltet das Gatter, und dessen Ausgang wird "low". Fällt nun der Eingangs-Impuls wieder auf "low", ist sofort die Schaltbedingung des Gatters (beide Eingänge auf "high") nicht mehr gegeben, und das Gatter fällt zurück auf "high".
Wird für das Gatter ein CMOS-Typ verwendet (CD4093), dann ist die maximale Größe des Widerstandes R (fast) unbegrenzt. Von R und C hängt die Zeitverzögerung, d.h. die maximale Impulsbreite, bei der noch nicht geschaltet werden soll, ab. Zur Berechnung s. bei Grundlagen: Kondensatoren.

Sehr wichtig ist auch die Versorgungsspannung des gestörten Bauteils. Natürlich muß sie gegen von außen kommende Störungen abgeschirmt werden, was immer auf Kosten der Höhe der Spannung geht. Was aber oft nicht beachtet wird: Sie hat einen starken Einfluß auf die Störsicherheit des Eingangs der Schaltung. Wir haben hier in unseren Schaltungen immer ein Schmitt-Trigger-IC als Eingang gezeichnet. Dieses schaltet bei etwa der halben Versorgungsspannung um. Bei 5 Volt wären dies also 2,5 V; Störungen ab dieser Höhe würden die Schaltung zum Ansprechen bringen. Wenn jedoch die Versorgungsspannung 15 Volt beträgt, also das Dreifache, hätte die Ansprech-Sicherheit ebenfalls den dreifachen Wert.
Daher plädiert der Autor für CMOS-Bausteine, die von Natur aus sicher an 15 Volt (max. 18 V) betrieben werden können, gleichzeitig aber etwas träger sind als z.B. TTL-Bausteine. Ihr Eingangswiderstand ist (fast) unendlich hoch. Daher kann die Eingangs-Bedämpfungs-Schaltung so ausgelegt werden, als wäre der Baustein nicht vorhanden. Bei TTL-Schaltungen muß dagegen immer der recht hohe Stromverbrauch des Eingangs-Transistors berücksichtigt werden.

Für weitere Fragen stehen gern zur Verfügung:
- der MEC; Besichtigung und Fachsimpelei z.B. an unseren "Club-Abenden"
- der Autor: Hans Peter Kastner