Concept en vragen voor eenvoudig bloksysteem met transistors

[Patrick Smout]

Dag Joost,

misschien ook leuk leesvoer als je ze nog te pakken krijgt zijn onderstaande boekjes.
Geen microcontrollers, alles met transistoren en digitale poorten + diodes/transistoren.
Tijdens mijn jeugd en studiejaren een bron van inspiratie.

De digitale trein, Platerik, 1979, De Muiderkring

De logisch gestuurde trein (Platerink).

mvg, Patrick

[Joost O]

Beste mensen: Nogmaals dank voor alle comments. Ik ga over een paar dagen een proef nemen en dan komt er hier t.z.t. wel een verslag.

Feliz año 2020,

Joost

[Joost O]

Goedemorgen iedereen:

Zoals beloofd, een verslag van de eerste proeven.

Ik ben begonnen met het aller eenvoudigste systeem dat ik kon bedenken:


Dus alleen maar een detectie op elk blok, dat als het blok bezet is, de stopsectie van het vorige blok stroomloos schakelt.
Voor de goede orde: Ik heb het schema omgedraaid, de trein komt nu van rechts.

Dit is de test opstelling:


Op mijn testrondje met vier blokken werkt het prima: https://youtu.be/eiOwBl8heC0

Nu nog rode en groene LEDs er bij, en dan heb ik een getrouwe nabootsing van het klassieke Fleischmann bloksysteem met relais.

Later meer,

Joost

[Martin Hornis]

Mooie oplossing zonder bewegende delen zoals een contact van een relais.

[Arjen52]

Ziet er mooi uit Joost. 
Maar dit gaat mij boven mijn pet. 
Wellicht ga ik ooit nog eens nabouwen.

Wat mij opvalt is dat de frontverlichting van de 1306 blijft branden, terwijl zij stil staat. Hoe kan dat?

[Joost O]

Hoi Arjen:

Wanneer de stopsectie "uit" staat, loopt er toch nog een klein stroompje door de loc. Niet genoeg om de motor aan te drijven, maar wel om de detectie actief te houden.
Dat stroompje is wél genoeg om de LEDs te laten branden. Athans in deze lok, want die heeft van die piepkleine SMD LEDs die bijna niets verbruiken. Jij zou ze trouwens meteen herkennen 

Maar dit gaat mij boven mijn pet.

Tis makkelijker dan je denkt. Je krijgt een PB met uitvoerige uitleg 

Groeten,

Joost

[Arjen52]

Thanks voor de info.
Ik heb dezelfde LEDs gebruikt voor de 1306, dus wellicht gaat dat bij mij ook lukken.
Wacht je PB af. Dan heb ik weer een leeropdracht.

[Klaas Zondervan]

Joost, mooi dat je het werkend hebt gekregen. Vergeleken met het oorspronkelijke schema is er wel wat vereenvoudigd, terwijl er aan het principe niks is gewijzigd.
Het is wel een "hollen of stilstaan" systeem geworden. Je zou de spanning iets kunnen verlagen. Een trein minder zal het beeld ook rustiger maken. Je hebt nu steeds maar 1 vrij blok waardoor elke trein in elke stopsectie stilstaat.

[Joost O]

Hallo Klaas:

Als N het aantal blokken is, dan werkt het inderdaad mooier met N/2 treinen dan met het maximale N-1. Dat heb ik trouwens van jou geleerd    Voor de test heb ik echter 3 loks ingezet om het systeem maximaal te belasten.

Ik zit nu te denken aan een manier om in een compleet blok (niet alleen de stopsectie) de spanning te verlagen als het volgende blok bezet is. Dan moet de trein al vóór hij stopt lanzamer gaan rijden. De ideale situatie zou zijn dat hij niet eens meer hoeft te stoppen. Maar met drie treinen krijg ik dan misschien een cascade-effect, dat ze allemaal even langzaam gaan lopen...

Vertrekken zal in dat geval nog steeds met een klap gaan. Als een colombiaanse stadsbus 

Nu het basisschema werkt, begin ik allerlei ideëen te krijgen over dingen die ik er nog bij wil. Als het project voortgaat komt hier over enige weken zeker een update.

Groeten uit Colombia,

Joost 

[Joost O]

Even een vraagje voor de electronica experts hier.

Ik wil de waarde van de weerstanden in de blokschakeling nog narekenen en eventueel veranderen, op basis van stroom metingen.

Nu zou ik graag willen weten: hoeveel stroom moeten de transistors (TIP120 en 2N3904) op de basis krijgen om goed te werken? Op de datasheet kan ik een maximum vinden, maar geen mimimum of ideale waarde. Ik kan me indenken dat ze boven een bepaalde stroom doorbranden, en onder een bepaalde waarde niet (betrouwbaar) schakelen. Welke waarde raden jullie aan?

En nog eentje: Is die stroom naar de basis constant, of wordt hij groter/kleiner als er via de collector-emitter meer stroom wordt afgenomen?

Alvast dank,

Joost

[Klaas Zondervan]

De TIP120 is een darlington, dat betekent dat er tussen de plus van de voeding en de bovenste railstaaf minstens een spanningsverschil van 1,2 volt zal zijn. Omdat deze transistor als emittervolger geschakeld is zal de basisstroom enigszins afhankelijk zijn van de collectorstroom. Maar omdat de versterkingsfactor zeer hoog is, ongeveer 2500, is dat effect te verwaarlozen.
Stel dat de trein 1A trekt, dan moet je in de basis 0,4mA invoeden. Dat betekent dat er over de weerstand van 560ohm iets meer dan 0,2V valt. Dat moet je dan optellen bij de spanningsval over collector-emitter. Dat valt dus erg mee.

Wat wel wat zorgelijk is, is de situatie bij de 2N3904. De basis-emitterovergang is een enkele diode. Dat betekent dat de treinstroom niet door de twee diodes 1N4001 loopt, maar helemaal door de basis. Ik kon niet vinden wat de maximaal toelaatbare basisstroom is, maar het lijkt me wel duidelijk dat je deze transistor aan de grens belast, misschien wel er over. Ik zou voor de zekerheid een weerstand voor de basis zetten.

Even rekenen: als deze tor vol open staat valt de hele voedingsspanning over de 560 ohm. Daar gaat dan 15/560 = 27mA lopen. De versterkingsfactor is minstens 100, dus de basisstroom moet 0,27mA zijn. De spanningsval over de diodes is 1,2V, over de basis 0,6V, over de basisweerstand dus 0,6V. Weerstand = 0,6V/0,27mA = 2k2 (afgerond)
Maar dan zit je wel aan de grens om de transistor goed open te krijgen. Je kan die weerstand een stuk kleiner maken, b.v. 100 ohm. De basisstroom wordt dan 6mA en dat zal hij wel kunnen hebben.

[Martin Hornis]

Als N het aantal blokken is, … dan met het maximale N-1.

Als bij N-1 de treinen linksom rijden dan 'rijdt' het vrije blok rechtsom.

[Martin Hornis]

Dan moet de trein al vóór hij stopt lanzamer gaan rijden.

Vertrekken zal in dat geval nog steeds met een klap gaan.

Op de één of andere manier met lagere (halve?) spanning werken. Dat heb ik 40 jaar lang gedaan. Maar dan via relais.

[locofiel]

@joostO en Klaas,

De 2N3904 heeft een Ic van max 200 mA. Hfe is (afhankelijk van de behuizing en Ic tussen de 30 en 100.
Daar het een transistor ivoor algemeen gebruik wordt doorgaans een hfe van 100 aangehouden voor schakelfuncties.


Gr,

Dirk

[Klaas Zondervan]

Dirk, ik had de datasheet niet helemaal gelezen. Je hebt gelijk dat de h_FE bij deze stroom lager is dan 100. Maar met de weerstand van 100 ohm die ik noemde zit je aan alle kanten goed. De transistor wordt ver genoeg open gestuurd en de basisstroom wordt binnen aanvaardbare grenzen gehouden.