Základy modelářské elektroniky

  1. Úvod
  2. Multimetr
  3. Základní veličiny, terminologie, značky, vzorce
  4. Schémata
  5. Zapojení LED pro osvětlení (typ LAMA EXPERT)
  6. Elektromotorický přestavník Tillig
  7. Závěr

Úvod

    Tento článek je určen naprostým začátečníkům v elektrotechnice. Někomu dělá čtení schémat a používání správné terminologie potíže, ale v železniční modelařině se tomu nevyhneme. Je to naprostou základní nutností !!!  Je neuvěřitelné, s jakými (ne)znalostmi se někteří vydávají na modelářskou dráhu. Zedník přece sotva může něco postavit, pokud neví, co je to cihla nebo malta. A protože elektronika je nedílnou součástí modelové železnice, aspoň základy je nutno nastudovat.

    Pokusím se tedy trochu odstranit zmatky, které často čtu v dotazech mnoha Návštěvních knih a diskuzí. Nevím, jak dobře se mi to povede, ale budu se snažit ze všech sil. Co bude chybět, lze doplnit. Mám pocit, že v poslední době se řady modelářů dost rozmnožují a velká část je těch -náctiletých. Chtít pak na 12tiletém kolegovi, aby četl schémata, znal Ohmův zákon a věděl, co je můstkový usměrňovač, je dost těžké. I když se to ve škole bude učit až za pár let, pro svého koníčka si holt bude muset udělat trošku předstih. Je téměř jisté, že tento článek bude občas editován, abych případně odpověděl na dotaz, který je pro Návštěvní knihu příliš dlouhý. Musím také podotknout, že toto není žádná encyklopedie nebo učebnice elektrotechniky. Chtěl bych jen vyzdvihnout některé pojmy, způsoby, kreslení, základní vztahy, součástky atd., které mají vztah k železničnímu modelářství. I když je můj přístup převážně "digitální", tady budeme probírat zcela obecně platné věci. Všechny tyto informace jsou běžně dostupné na netu. Většinou v podstatně odbornější a hlubší úrovni. Odkazů mraky, za všechny upozorňuji na Wikipedii nebo se můžete kouknout třeba na Základy elektrotechniky na stránkách Pavla Plhala, moc pěkné. Ovšem modeláři jsou, jak kupodivu zjišťuji, velice líní. Alespoň líní něco na netu hledat. Tak jim to tady pěkně vystavím až pod nos, pěkně pohromadě a jen to, co se hodí k železniční modelařině. Jen ten motiv se mi nějak vytratil. Proč to vlastně dělám?

Multimetr

    Multimetr je v modelařině téměř nepostradatelný. I za cenu kolem 200 Kč lze pořídit dostačující, takže tady rozhodně neváhejme. Naprostá většina i těch nejjednodušších přístrojů umí měřit střídavé i stejnosměrné napětí, stejnosměrný proud a odpor. Další velmi výhodné funkce jsou: měření střídavého proudu, měření diod a tranzistorů a hlasitá kukačka (zkratoměr se zvukovou signalizací). K tomu zkratoměru a ohmetru jedna poznámka. Multimetr měří odpor, diody, kuká... tak, že měřenou součástku připojí na napětí. Je to napětí z baterie, která je uvnitř multimetru. Někdy jen jeden článek, tedy 1,5 V, někdy dva, tedy 3 V. Měříme-li třeba LED diodu, která má v propustném směru nižší napětí, než 3 V, bude v tom druhém případě při jedné polaritě svítit. Hodně málo, ale bude. Pokud si pořídíme i světelnou kukačku (třeba ala Houmr), oceníme její výhodu zejména při lezení pod panelem, kde moc nepotřebujeme měřit, spíše zjistit přítomnost napětí a přitom tam většinou moc nevidíme.

Základní veličiny, terminologie, značky, vzorce

    Abychom mohli postavit jednoduchý obvod, ale hlavně pro komunikaci na odborné téma s ostatními, musíme znát alespoň některé základní pojmy. Dále je uveden přehled základních veličin a značek.

1.    STŘÍDAVÉ x STEJNOSMĚRNÉ - napětí a proud. V železničním modelářství se setkáme s oběma. Budeme si napřed muset vysvětlit, kde se berou, tedy jaké máme zdroje napětí a jak je to s tím střídavým a stejnosměrným průběhem.    

    Elektrický proud je tok volných elektronů. Vynecháme to, odkud se berou a proč tečou (kdo chce, může se podívat v Písku i do elektrárny), také dlouhodobé pře a úvahy o tom, zda teče proud od plusu k minusu nebo naopak. Proud teče vždy v nějakém obvodu. Odněkud někam. Z jedné svorky, přes spotřebič, do druhé svorky. Z jednoho pólu baterie, přes spotřebič, do druhého pólu baterie. U ss napětí je na jedné svorce zdroje vždy plus, na druhé vždy minus. Stejnosměrné, protože teče stále stejným směrem. Zdrojem ss proudu je v domácích podmínkách každá baterie, počínaje tou v autě a konče tou v hodinkách. Pro modelovou železnici se baterie v podstatě nepoužívají. Zdroj ss proudu můžeme však také získat úpravou proudu střídavého. Různých napáječů a nabíječek máme doma jistě dost (k počítači, mobilu, hračkám...), a to jsou právě zařízení, která většinou převádí střídavé napětí (220 V 50 Hz) na nějaké nižší, a pak ho upraví na napětí ss, tedy usměrní. Pokud tedy potřebujeme ss zdroj proudu, musíme si ho "udělat" ze zdroje střídavého. Jak, to si řekneme za chvilku.

    Průběh ss napětí baterie vypadá takto:

    Jako zdroj střídavého napětí máme běžnou zásuvku, kde je napětí 220 V 50 Hz. To je ovšem příliš vysoká hodnota napětí a proto také životu nebezpečná!!! Pokud budeme muset jakkoli manipulovat třeba s přívodním kabelem, vždy ho musíme od sítě odpojit!!! Vytáhnout ze zásuvky!!! A zajistit, aby nám ho tam někdo nepřipojil, nevíme-li o tom!!!

    Všude dál už tedy budeme používat nějakou nižší, bezpečnou úroveň. Na tuto úroveň ji sníží transformátor, trafo, na jehož výstupu je asi 16 V 50 Hz, tedy 16 V stř. nebo 16 V ~ nebo 16 V ≈ nebo ≈16 V, označení zase není až tak jednotné, lze použít vše. (Těch 50 Hz je kmitočet, toho si všímat nijak nemusíme. Hlavně jde o to, že když je někde napsáno 100 V 50 Hz, víme, že jde o napětí střídavé.)

    Trafo může být známé FZ1 nebo podobné. Jedna dvojice svorek je regulovatelné stejnosměrné napětí pro koleje, to nás teď nezajímá a ty druhé dvě svorky, to je právě těch 16 V stř. Trafa pro digitál (třeba Lenz TR100) mají jen jedny výstupní svorky, které také mají 16 V stř. Obecně lze říct, že transformátor je zařízení na změnu střídavého napětí a proudu. Stejnosměrné napětí trafo měnit neumí.

    Teď mám trochu problém, jak vysvětlit někomu, kdo ještě nechápe funkce, grafy, diagramy, co je to průběh střídavého napětí. Asi budeme používat některé axiomy (tvrzení) a nebudeme je příliš rozebírat. Střídavé napětí má sinusový průběh a vypadá takhle:

    V podstatě lze říct, že u střídavého proudu teče proud zpočátku jedním směrem, pomalu se zvyšuje od nuly do maxima, pak zase klesá až na nulu, a potom to samé, jenže tok je opačným směrem. To vše se stále opakuje, a to 50 x za vteřinu. Je to jako ss napětí, které si 100 x za vteřinu plynule prohodí svorky. Přibližně. Poznali byste, že se snažím popsat elektrický střídavý proud? Já asi ne. Ale jinak to neumím. Na grafickém znázornění je průběh střídavého napětí nakreslen červeně. Matematicky jde o funkci y = sin (x). Střídavé napětí má sinusový průběh. Ovšem může být i obdélníkový, pilovitý nebo jiný. Dále jsou v grafu ještě tři vodorovné čáry. Plná je nulová osa, je vidět, že napětí stoupá nad ní do kladných hodnot a pak zase klesá až do hodnot záporných, tedy při opačném směru, polaritě. Tečkovaná čára je napětí maximální Umax, čárkovaná čára je efektivní hodnota napětí Uef. Co to znamená a na co to je dobré, si ještě probereme.

    Takovýto střídavý zdroj proudu používáme bez dalších úprav na napájení celé řady komponent modelové železnice. Pro přestavníky, osvětlovací žárovky, digitální komponenty atd. Prostě všude tam, kde zařízení potřebuje pro svou činnost střídavý proud. Spousta komponent ovšem potřebuje i proud stejnosměrný. Protože nechceme používat baterie, které bychom stále museli kupovat, nabíjet, vyměňovat... musíme ss proud vyrobit úpravou z proudu střídavého.

    Pokud vložíme do obvodu střídavého proudu diodu, ...

... dostaneme proud stejnosměrný. Ale bude pulzující a ještě k tomu bude mít značné mezery. Prakticky se "uřízne" ta spodní půlvlna:

Dioda totiž vede proud jen v tom případě, že je na její anodě kladnější napětí, než na katodě. Propustí tedy jen ty půlvlny, které jsou kladné, ty druhé, záporné nepropustí. Navíc ještě druhou, tu zápornou půlvlnu nevyužijeme. Tomuto usměrnění se říká jednocestné. Abychom dostali lepší průběh a využili obě půlvlny, musíme udělat usměrnění dvojcestné. Způsobů je více, nám ale stačí jeden.

    Je to tzv. Graetzovo můstkové zapojení, graetz, můstek, můstkový usměrňovač, usměrňovací můstek, usměrňovač. Jsou možné i další způsoby kreslení (viz následující dva obrázky), funkce je samozřejmě stejná.

Zapojení funguje zcela obecně, takže připojíme-li na vstup jakékoli napětí, bude na výstupu jeho kladný obraz, jen záporná část bude překlopena do kladné, tedy nahoru. Prostě to otočí zápornou půlvlnu do kladných hodnot. A ze střídavého napětí budeme mít stejnosměrné, pulzující, dvojcestně usměrněné. Dalších podrobnějších popisů je na webu opět dost, zde to popisovat nebudeme. Spodní půlvlna se vlastně "otočí, překlopí" nahoru:

    Teď je asi čas na to, abychom si vysvětlili, co je maximální a efektivní hodnota napětí. Maximální hodnota Umax je asi jasná. Je to vrchol křivky, to nejvyšší napětí, kterého se může při střídavém průběhu dosáhnout. Napětí, které je na svorkách v okamžiku, kdy je naše sinusová křivka v nejvyšším bodu. Hodnota efektivní Uef  je takové napětí proudu stejnosměrného, při kterém se ve stejném vodiči vytvoří stejné množství tepla. Říká definice. To nás ani moc zajímat nemusí. Důležité je, že měřící přístroje ukazují efektivní hodnoty. A že vztah efektivní a maximální hodnoty u sinusového průběhu je

Umax = √2 * Uef  nebo Umax = 1,414 * Uef.

Velice brzy uvidíme, jak je tento vztah důležitý.

    Filtrace, vyhlazení pulzujícího průběhu. Pro některé potřeby je však pulzující napětí nevyhovující. Stejnosměrné napětí z baterie je "rovné", nepulzuje. Abychom dostali i po dvojcestném usměrnění také hezky vyhlazené napětí, musíme připojit ještě další součástky, které toho dosáhnou. V těch jednodušších případech (a to je v modelové železnici většina) stačí pouze jediná součástka a tou je elektrolytický kondenzátor. Funguje to tak, že v okamžiku, kdy pulzující napětí dosáhne vrcholu (není to ten vrchol, který byste možná raději) , nabije se kondenzátor na tuto hodnotu a pak se začne pomalu vybíjet. To vybíjení je tím pomalejší, čím je vybíjecí proud menší a kapacita kondenzátoru větší. A tím také bude výsledný průběh rovnější. Všimněte si, že kondenzátor se nabíjí na maximální hodnotu napětí. Povolené napětí elektrolytu tedy z efektivní hodnoty musíme zvětšit 1,414 krát. Tedy z našeho obvyklého napětí ~16 Vef  dostaneme 16 * 1,414 = 22,624 V. Kondenzátor tedy musí být nejméně na napětí asi 25 V. Pokud vypočítáváme třeba předřadný odpor pro osvětlovací LED diody, budeme jako vstupní napětí zdroje uvažovat těchto 22,624 V a ne původních 16 V stř. To všechno změnilo pouze připojení elektrolytického kondenzátoru. Pokud ze zdroje odebíráme větší proud (řádově už třeba ve stovkách mA), nevyfiltruje, nevyhladí jediný elektrolyt průběh už dobře a zvyšovat kapacitu do nekonečna také nejde. Pak se přistupuje k dalšímu způsobu filtrace a tím je stabilizace. Jednoduché (i levné) prvky jsou běžně k dostání. Chceme-li třeba napájet velké množství LED diod ze zdroje o proudové zatížitelnosti 3A, rozhodně není na škodu nejprve napětí dvojcestně usměrnit, přidat i stabilizátor a takto upravené stabilizované ss napětí teprve rozvádět přes spínače k jednotlivým osvětlovaným místům.

    Použijeme-li pro ovládání (spínání světel, rozpojovacích kolejí, návěstidel, závor...) některé digitální komponenty (spínací, návěstní dekodéry, dekodéry příslušenství), obvykle si s úpravou střídavého napětí nemusíme lámat hlavu. Většina těchto dekodérů se připojuje na napětí střídavé a prvky pro usměrnění a stabilizaci má zabudované.

    Na závěr ještě dvě poznámky...

    Velikost efektivního napětí sinusového průběhu (tedy z našeho zdroje FZ1) se po dvojcestném usměrnění nezmění (stále to bude těch 16 V). Po jednocestném usměrnění bude ovšem poloviční, tedy 8 V. Po vyhlazení se dostaneme na 22,624 V a to je taky ve všech případech hodnota napětí maximálního. Při jakýchkoliv výpočtech s tím musíme počítat, a ne že jako napětí zdroje vezmeme těch původních 16 V~.

    Jako zdroj používáme v některých případech střídavé napětí z kolejí (např. při osvětlení vagonů), tedy digitální silový signál J-K. Nutno podotknout, že jeho průběh není sinusový, ale obdélníkový. Znamená to, že efektivní napětí se rovná maximálnímu. Změříme, 16 V. Usměrníme, 15 V (úbytek na diodách můstku). Vyhladíme (připojíme kondík), 15 V. Elektrolytické kondenzátory tady však stejně používáme aspoň na 25 V.

2.    PROUD - Elektrický proud teče vždy z jednoho místa do druhého. Většinou přes nějaký spotřebič (motor, žárovka, LED dioda, elektromagnet...). Proto jsou na zdroji také vždy dvě svorky. Z jedné teče proud do spotřebiče, proteče skrz a vrátí se zpět do zdroje. Pokud tam spotřebič není, neteče žádný proud. Označuje se I, jeho velikost se měří v ampérech, označení A, případně v miliampérech, označení mA. 1 A = 1 000 mA, 1 mA = 0,001 A. Chceme-li někde ve schématu označit, jaký proud tam teče, uděláme na vodič šipku a přidáme označení. I1. Nebo rovnou napíšeme, I = 20 mA. Abychom mohli označovat více takových míst, přidáme za značku I ještě index, kterým to pěkně rozlišíme. Máme pak třeba proud I1, I2 a I3. Chceme-li následně někomu popsat určitou situaci, snadno pak řekneme, že proud I2 je 20 mA. Také je běžný zápis I [mA], kterým je řečeno, že proud I se udává v miliampérech mA. Při měření proudu musí být zařízení pochopitelně zapnuto, připojeno na zdroj a tam, kde chceme měřit proud,  musíme vodič přerušit a měřič proudu připojit právě na to přerušené místo.

    Pro elektřinu se často uvádí příměr s vodou. Jak vypadá přehrada, ví každý. Většinou má někde nějakou výpusť (taky to může být jen rybník) a tou výpustí vytéká voda. Proud vody... vidíte a už jsme u toho proudu. Velikost proudu je pak závislá na tom, jak hodně je výpusť (nebo stavidlo) otevřená. A také je závislá na tom, jak je vysoko hladina vody. Nebo správněji, jaký je rozdíl mezi hladinou nad a pod přehradou. No a ten rozdíl hladin, to je v elektrice napětí.

3.    NAPĚTÍ - Elektrické napětí je na svorkách naopak vždy. Žádný proud protékat nemusí. Napětí se označuje U, jeho velikost se měří ve voltech, označení V, případně v milivoltech, označení mV. 1 V = 1 000 mV, 1 mV = 0,001 V. Také jsou i kilovolty kV, kde 1 kV = 1 000 V. Komu se to bude zdát v modelařině zbytečné, stačí si vzpomenout na statickou trávu a na sypátka udělaná třeba z elektrické plácačky. Ve schématu musí být vždy jasné, mezi kterými dvěma body je napětí udané. Můžou to být třeba svorky zdroje, konce odporu, diody, prostě napětí je udáno vždy mezi dvěma body. Pokud ho chceme změřit, stačí prostě příslušný měřič napětí připojit na tyto dva body a měříme. Při měření napětí musí být zařízení také pochopitelně zapnuto, připojeno na zdroj.

4.    VÝKON - Přiložíme-li napětí na nějaký odpor, poteče přes něj proud. Také můžeme říct obráceně, že teče-li odporem R proud I, vzniká na odporu úbytek napětí U. Odpor se bude zahřívat. To proto, že na něm vzniká výkon. Ten je součinem napětí a proudu. Tedy P = U * I. U odporu se tedy udává i povolené zatížení ve wattech [W] (používá se i wat, kilowat, kilovat...). Je to takové zatížení, které odpor vydrží, aby se nespálil, ani se nijak neměnili jeho vlastnosti, tedy odpor v ohmech. Někdy se sice tímto povoleným zatížením značně zahřívá, ale to na závadu není. Jen s tím musíme počítat a nepřilepit ho třeba na nějakou plastovou stěnu! Výkon se značí P, jeho velikost se měří ve watech, označení W, případně v miliwatech, označení mW. Převody jsou zase jednoduché, 1 W = 1 000 mW. Kilowaty a megawaty tady asi neužijeme.

5.    ODPOR - Také (asi správněji) rezistor. Proud tedy teče nějakým vodičem ke spotřebiči a zase zpět. Pokud chceme tento proud snížit, vložíme mu do cesty odpor. V našem vodním hospodářství by to byla zúžená část roury, koryta nebo kohout, kterým proud přiškrtíme. Přesně tak se totiž chová odpor v elektrickém obvodu. Klade proudu jistý odpor. Tím větší, čím je větší hodnota odporu. Odpor se značí R, jeho velikost se měří v ohmech (ómech), označení Ω, případně v kiloohmech, označení nebo megaohmech, označení . Pro nízké hodnoty se užívají i miliohmy, označení . Převody jsou zase jednoduché, 1 MΩ = 1 000 kΩ, 1 kΩ = 1 000 Ω, 1 Ω = 1 000 mΩ. Také je možné napsat klidně, že odpor je 10 kohmů = 10 kiloohmů = 10 000 ohmů. Jak jsme se už zmínili, další udávanou hodnotou u odporu, je povolené zatížení ve watech [W]. Běžné hodnoty jsou od 0.125 W , 0.4 W, 0.6 W, 1 W, 2 W atd. až někam nad 100 W. Pokud tedy má odpor udávané povolené zatížení 1 W, nesmí na něm být součin napětí (úbytek na odporu) a protékajícího proudu, vyšší. Odpor lze změřit pouze mimo zapojení, pokud chceme změřit odpor, který už je zapojený do nějakého obvodu, musí obvod odpojit od zdroje napětí a odpor nutno odpojit aspoň na jedné straně. Jinak by výsledek mohly zcela zkreslit ostatní připojené součástky.

6.    VZORCE - Všechny tyhle veličiny jsou na sobě závislé a tyto závislosti lze vyjádřit rovnicemi, tedy vzorci. I když to vypadá pro někoho složitě, jde pouze o dva vztahy a jejich modifikace. Jeden tento vztah (vzorec) byl už uveden, je to vzorec pro výpočet výkonu

    (1)        P = U * I [W;V,A]. V hranatých závorkách jsou uvedeny jednotky, ve kterých se hodnoty dosazují.

    Druhý je tzv. Ohmův zákon a udává vztah mezi napětím, proudem a odporem.

    (2)        U = R * I     [V;Ω,A]

    Aniž bych odvozoval další vzorce, jednoduše je jen uvedu. Vznikají úpravou a dosazováním uvedených dvou vztahů. Platí:

    (3)        P = R * I2

    (4)        P =  U2 / R

    (5)        R = U / I

    (6)        I = U / R

    Rovnice vysvětlovat blíže nebudu, to už bych zašel příliš daleko. Z těchto vztahů stačí vždy pouze dvě veličiny, abychom vypočítali zbylé dvě. Nesmíme zapomenout, že jednotky je třeba dosazovat základní, tedy volty, ampéry, ohmy a waty. V Ohmově zákonu lze použít (ale najednou) kiloohmy a miliampéry. Nejlepší metody spočívají v tom, že nejprve se provede výpočet, zapojí se, a pak se při krátkodobém zapnutí zařízení ověřuje multimetrem, zda jsou hodnoty správné. Většinou stačí změřit jen celkový přívodní proud a pak pár napětí uvnitř zapojení. Vyhneme se tak tomu, že odpálíme některé součástky.

7.    DIODA - Typů diod je značné množství. Pro nás jsou důležité především dva typy, a to dioda usměrňovací a svítivá LED dioda. Dioda je prvek se dvěma vývody. Jeden je anoda, druhý katoda. Tady to tedy už není jako u odporu, kde jsou oba konce rovnocenné. U diod se oba vývody liší a musíme tedy vědět, který je který. Základní vlastností diody je, že vede proud pouze jedním směrem. Připojíme-li diodu do obvodu a na její anodu připojíme plus (kladnější napětí), na její katodu minus (zápornější napětí), dioda se bude chovat, jako rezistor o velmi malém odporu. Tedy vlastně jako zkrat, jako vodič. Říkáme, že je zapojena v propustném směru. Při obrácené polaritě to bude přesně naopak, Bude-li na anodě napětí zápornější, dioda nepovede, proud nepoteče, bude se chovat, jako hodně velký odpor, skoro přerušený vodič. Je v nepropustném nebo také v závěrném směru. Je to sice hodně zjednodušeně řečeno, ale další detaily nás moc zajímat nemusí. Jde říct, že dioda vede proud od plusu k minusu, obráceně ho nevede. Multimetrem polaritu (tedy kde má anodu a katodu) zjistíme snadno, pokud na multimetru měření diod není, stačí ji přes odpor (třeba 1k) a ampérmetr připojit na nějaké stejnosměrné napětí (poslouží kdejaká baterie). Větší proud poteče, když plus je na anodě. Nejjednodušší je ovšem podívat se do nějakého katalogu, kde je polarita vyznačena.

    U diod jsou důležité tyto parametry. Jmenovitý proud, to je takový, který protéká diodou v propustném směru. Nebo spíš, který může protékat, aby se dioda nezničila. Je to prostě maximální proud, co snese. Může se (někdy značně) překročit, pokud je dioda chlazená (přidělaná na chladiči) nebo pokud je zatížení krátkodobé. Všechny tyto údaje jsou (většinou přímo na e-shopech) k dispozici u prodejců. Druhým hlavním parametrem je napětí v závěrném směru, závěrné napětí. Je to takové napětí, které dioda snese v zapojení v závěrném směru, než se prorazí (zničí). Většina běžných diod má závěrné napětí kolem 50 V, takže na to ani nemusíme brát zřetel. Vybíráme tedy zcela běžné typy podle proudového zatížení a to je např. u typu 1N4001 proud 1 A. To vystačí na většinu aplikací, pokud ne vybere se něco silnějšího.

    Další "modifikace" diody je můstkový usměrňovač. Lze říct i usměrňovací můstek. Jsou to čtyři diody, spojené tzv. Graetzovým zapojením do čtverce, převážně používané pro dvojcestné usměrnění střídavého proudu. Hlavní udávané hodnoty jsou proud a závěrné napětí, stejně jako u běžných diod. V případě potřeby můžeme do můstku stejně zapojit i diody běžné, funkce se pochopitelně nezmění, jen v tom můstkovém usměrňovači to máme všechno pěkně v jednom, obvykle to stojí méně, než ty čtyři diody a většinou je to menší. Vývody takového můstku jsou čtyři, na dva (někdy označené ~) se připojí napětí střídavé, na vývodech (+ a -) máme pak dvojcestně usměrněné napětí stejnosměrné, pulzující.

    LED dioda je také jedním z typů diod. Od běžných typů se však liší dvěma vlastnostmi. Pokud je zapojena v propustném směru, emituje světlo, svítí. Barva světla je dána typem LED diody. Bílá, červená, žlutá, modrá, zelená... LED dioda má malé napětí v závěrném směru. Řádově jen několik voltů. Tu její první odlišnost využíváme a u té druhé musíme zajistit, aby napětí opačné polarity na diodě nebylo nebo jen nízké. U LED diody  nás zajímají ještě další dvě vlastnosti. Je to napětí v propustném směru, které se liší podle barvy světla a je závislé na protékajícím proudu. Jeho hodnota bývá zhruba 1 až 3 V. Na katalogové údaje většinou nebudeme brát ohled, neboť toto napětí je značně závislé na protékajícím proudu. Je proto lepší připojit LEDku přes odpor na zdroj ss napětí (anodou na plus) odporem (lépe potenciometrem) nastavit požadovaný proud (kolem 10 až 20 mA) a v této situaci změřit úbytek napětí na LEDce. Potom naše výpočty různých předřadných odporů budou podstatně přesnější, než když použijeme katalogový údaj, který říká, že napětí v propustném směru je 3 V, při proudu LEDkou 80 mA. Už se ale nedozvíme, jak vysoké je to napětí třeba při proudu 20 mA. Posledním důležitým údajem je jmenovitý proud v propustném směru. Je to prakticky provozní proud diody. Svítivost LED diody je přímo závislá na tomto proudu. Ne však lineárně. Při zvyšujícím se proudu se zvyšuje svítivost, ale někde kolem 10 až 30mA už se se zvyšujícím proudem zvyšuje svítivost jen málo. Lze říct, že proud nastavujeme právě zhruba v tomto rozsahu. 10 až 30 mA. Svítivost se udává v kandelách [cd] a pro nás bude jednotkou milikandela [mcd]. 1 cd = 1000 mcd. Definici si můžeme přečíst třeba na Wikipedii. V katalogových údajích se obvykle udává svítivost pro určitý jmenovitý proud LED diodou. Přirozeně LEDky s vyšší svítivostí, s vyšší hodnotou v mcd, svítí více. Další triky si popíšeme v odstavci Zapojení LED pro osvětlení.

8.    KONDENZÁTOR -  I kondenzátory jsou různého typu. Popis vlastního kondenzátoru a jeho činnost v elektrickém obvodu, to jsou už na toto pojednání příliš složité věci. Základním rysem kondenzátoru je, že vede střídavý proud, stejnosměrný ne. Má ovšem spoustu dalších, odvozených vlastností a ty právě budeme využívat. Připojíme-li jej na ss zdroj napětí, nabije se na jeho hodnotu. Odpojíme-li toto napětí a připojíme na kondenzátor nějaký spotřebič (odpor, LED diodu, motor...), bude kondenzátor fungovat jako baterie, která se do spotřebiče bude vybíjet. Tím rychleji, čím bude větší vybíjecí proud větší a čím bude menší kapacita kondenzátoru. Popíšeme si trochu tedy jen praktické použití. Pro kondenzátory jsou důležité dvě hodnoty. Především kapacita a povolené napětí. Kapacita se udává ve faradech [F]. Prakticky používané jednotky jsou však mnohem nižší. U žádné jiné součástky se nesetkáme s takovými zmatky v označování hodnot, jako u kondenzátorů.

10−3 mili m tisícina 0,001 mF – milifarad
10−6 mikro µ miliontina 0,000 001 µF – mikrofarad
10−9 nano n miliardtina 0,000 000 001 nF – nanofarad
10−12 piko p biliontina 0,000 000 000 001 pF – pikofarad

V předchozí tabulce jsou používané předpony, v následující pak základní převody jednotek.

1 000 pF = 1 nF zde se často používala předpona k a myslí se tím 1 000 pF,  Kondenzátor s označením hodnoty 150 k má tedy kapacitu 150 nF = 150 000 pF (pikofarad). Běžně říkáme, že má kapacitu 150 kilo, 150 k. V současnosti je už používáno převážně označování 150 nF nebo M15.
1 000 nF = 1 µF Pokud je označena hodnota kondenzátoru jako 100 M, je tím myšleno 100 µF (mikrofarad).
1 000 µF = 1 mF mF se nepoužívá. Kondenzátor s kapacitou 1 000 µF se označuje jako 1 G, 10 000 µF jako 10 G atd.

Máte v tom jasno? To bych se divil. V odstavci Schémata ještě probereme označování dalších součástek a různé příklady, aby se aspoň trochu "vyjasnilo".

    V železničním modelářství se nejvíce setkáme se dvěma typy kondenzátorů. Keramické kondenzátory se používají hlavně jako odrušovací. Známe je třeba z analogových lokomotiv, kde jsou společně i s odrušovacími cívkami použity na odrušení motoru. Obsahují je také některé továrně vyráběné připojovací koleje. Kapacita keramických kondenzátorů se pohybuje téměř od nuly do tisíců nF, tedy 1 pF až 1 µF, povolené napětí je většinou větší, než 50 V.

    Hojně používaným typem je kondenzátor elektrolytický. Vyznačuje se velkou kapacitou 1 až 10 000 µF. Tady je už povolené napětí udávané i od 3 V. S ním jde ruku v ruce i velikost. Elektrolyt (běžně používaný název) s kapacitou 100 µF / 10 V je menší, než 100 µF / 35 V. Rozdíl v ceně je také nějaký. Elektrolytické kondenzátory se používají většinou jako filtrační či vyhlazovací, např. při převádění střídavého napětí na stejnosměrné nebo při překlenutí výpadků napájení (USP nebo osvětlení vagonů) a pod. V odstavci Zapojení LED pro osvětlení se k tomu ještě vrátíme. Elektrolytické kondenzátory mají polaritu, tedy vývody jsou označeny plus(+) a minus (-). V souladu s tímto se musí připojovat, jinak je zničíme.

9.    RELÉ -  Tady by se toho dalo napsat opravdu hodně. Opisovat z Wikipedie nemá ovšem smysl. Takže jen takový vláčkařský výtah. Elektromagnetické relé je zařízení, které pomocí elektromagnetu přestavuje určitý počet spínacích kontaktů. Základní variantou je relé monostabilní. Má jednu stabilní, klidovou polohu, do té druhé se přestaví zapnutím ovládacího proudu. Po přerušení ovládacího obvodu se relé opět vrátí do polohy klidové. Existuje také relé bistabilní, které má klidové polohy dvě a mezi nimi střídavě přepíná pomocí jednoho nebo druhého ovládacího obvodu. Typickým představitelem je ovládací relé BTTB.

    Relé může být ovládáno stejnosměrným i střídavým proudem, jeho konstrukce je však mírně odlišná, takže použití pro ten který druh proudu je třeba znát. Na relé to obvykle je vyznačeno. Stejně tak i velikost ovládacího napětí a spotřeba proudu.

    Kontaktů může mít relé několik a různě uspořádaných. Spínací, rozpínací, přepínací... Obvod, napájející elektromagnet, je od těchto kontaktů galvanicky zcela oddělen, a to je právě jeden z hlavních účelů použití. Dalším zásadním využitím relé je ovládání několika různých obvodů na základě jednoho proudového obvodu. Relé, zapojené v jednom el. obvodu, může spínat několik dalších, zcela nezávislých obvodů. Další speciální "odrůdou" je relé jazýčkové, které spíná jeden kontakt, a to pouze v magnetickém poli. Stačí přiblížit obyčejný magnet a kontakt sepne. Relé se v současnosti z digi železniční modelařiny hodně vytrácí. Je nahrazováno polovodičovými obvody a programováním ovládacího softwaru. Pohyblivá kotva relé ovšem bývá stále používána coby výhybkový přestavník, použití jazýčkových relé je v některých aplikacích velmi vhodné a rovněž relé bistabilní jsou někdy výhodnější, než obvody elektronické.

10.    TRANSFORMÁTOR -  Je to zařízení na změnu, transformaci střídavého napětí a proudu. (Stejnosměrný proud na trafo připojit nelze! Různě pulzující ss proudy raději uvažovat nebudeme.) Lze říct, že doma máme k dispozici pouze střídavý proud o napětí 220 V a kmitočtu 50 Hz. Běžná elektrická zásuvka. To je ovšem pro použití v modelařině napětí příliš vysoké, a proto je třeba zmenšit. Na to se právě používá transformátor. Ten nejobvyklejší má dvě oddělená vinutí, navinutá kolem magneticky vodivého jádra. Bez dalšího popisu, pokud na jedno vinutí (primár) přivedeme určité střídavé napětí, na druhém vinutí (sekundáru), bude napětí stejného kmitočtu, jen jeho velikost bude zhruba v poměru počtu závitů obou vinutí. Tady netřeba dalšího vysvětlování, v našem oboru se s transformátorem setkáme většinou jen jako se zdrojem střídavého napětí (skoro vždy převádí síťové napětí 220 V na 16 V). Pro naši bezpečnost je bezpodmínečně nutné, aby obě vinutí trafa byla galvanicky oddělena, nesmí jít v žádném případě o tzv. autotransformátor. Jednoduše to zjistíme každým zkratoměrem nebo ohmmetrem. Mezi primárem a sekundárem musí být nekonečný odpor. Není-li tomu tak, trafo v žádném případě nepoužíváme!!! Vyhodit, darovat, na něco jiného...

    Při manipulaci na straně 220 V (třeba oprava nebo výměna síťového přívodu), musí být zařízení vždy odpojeno od elektrické sítě (odpojeno ze zásuvky) !!! Toto napětí je životu nebezpečné. Právě proto tam máme to trafo, abychom se hrabali jen v těch 16 V!  Na rozvody, prodloužení, další přívody síťového napětí 220 V používáme pouze normalizované (koupené) síťové kabely, rozdvojky, prodlužovačky atd. Žádné samodomo, banánky a pod.!!!

    U trafa je ještě další důležitý parametr, a tím je proud. Výstupní maximální proud, tedy takový, kterým je možno sekundární napětí zatížit. Údaje by měly být na nějakém štítku nebo pouzdru transformátoru a vypadají třeba takto, 16 V, 50VA nebo 220/16 V, I=3A. Prostě vždy by tam mělo být uvedeno výstupní napětí a zatěžovací proud. Pokud je tam místo proudu jen údaj ve VA (voltampérech), proud dostaneme dělením voltampér/volt. Trafo, jehož údaj je 16 V/45VA lze zatížit proudem I = 45 / 16 = 2.8 A.

Na začátek článku

Schémata

    Elektrotechnické schéma (čti schéma) je výkres zapojení elektrických obvodů (příklad). Pro jednotlivé součástky jsou zde použity schématické značky, pro vodiče obyčejné čáry. Schéma často obsahuje také doplňující textové nebo grafické údaje, především hodnoty jednotlivých součástek, ale třeba i údaje o velikostech napětí, proudu, o průběhu (tvaru) napětí, případně i další informativní údaje. Ve schématu  jsou součástky znázorněny schématickými značkami. Čáry jsou vodiče, překřížení čar bez tečky je bez spojení, pokud je v místě křížení nebo spojení čar tečka, puntík, jde o propojení, vodiče jsou zde spojeny. Každou součástku je nutno označit značkou (R2, C1, Re5...). Je-li to možné, označení součástky obsahuje i třeba typ a hodnotu (např. odporu). Pokud je schéma příliš složité a na podrobné označení je málo místa, popíšou se součástky jen písmeny s indexem, očíslováním a někde mimo se pak uvede soupis součástek, jejich typů a hodnot.

Nutno podotknout, že schématické značky se mohou do jisté míry lišit. V některých případech i dost podstatně. S tím už se nějak musíme poprat. V následující tabulce je malý výběr nejběžnějších používaných značek a písmen pro jednotlivé veličiny a součástky.

Značka Schématická značka Název Jednotka Popis
ss, =   stejnosměrný   Označení stejnosměrného napětí nebo proudu.
stř., ~, ≈   střídavý   Označení střídavého napětí nebo proudu.
U   napětí [V] volt Velikost napětí střídavého nebo stejnosměrného. Lze přidat i označení průběhu nebo další indexy. Třeba ≈U2ef.
I   proud [A] ampér Velikost proudu střídavého nebo stejnosměrného. Lze přidat i další indexy. Třeba I2max.
P   výkon, příkon, zatížení [W] watt Elektrický výkon, příkon, povolené zatížení atd.
R odpor [Ω] ohm Elektrický odpor
C kondenzátor [F] farad Kondenzátor, kapacita
C kondenzátor elektrolytický [F] farad Kondenzátor, kapacita
D dioda   dioda
D LED dioda   LED dioda, svítivá dioda
L indukčnost, tlumivka [H] henry Indukčnost, tlumivka, cívka
S, V spínač, vypínač   jednopólový (spíná jeden vodič), také dvoj- nebo vícepólový
P, Př přepínač jednopólový   jednopólový (přepíná jeden vodič)
P, Př přepínač dvojpólový   dvoj- nebo vícepólový (přepíná dva nebo více vodičů)
Re relé   relé elektromagnetické (zde nesmí chybět údaj napětí ovládací cívky, kontakty mohou být spínací, rozpínací, přepínací a většinou je jich více)
Tr transformátor   transformátor, trafo

    Značky se podle potřeby doplňují indexy, tedy pořadovou číslicí, případně ještě nějakou zkratkou. Odpory jsou pak třeba označené R1, R2, R3 ... R (takhle je např. popsáno, že je tam n rezistorů, kde n je jejich celkový počet). Na některých následujících příkladech si ukážeme, jak se součástky označují. Písmenová zkratka, která vyjadřuje násobitele, použitá v zápisu hodnoty (veličiny), se počítá jako desetinná čárka.

Součástka Označení Význam Popis Poznámka
R1 R0204 10 10 Ω na 0,4 W rezistor, odpor R0204 je typ, který má povolené zatížení 0,4 W
R2 R0207 1k2 1200 Ω na 0,6 W rezistor, odpor R0207 je typ, který má povolené zatížení 0,6 W              1200 Ω = 1,2 kΩ
R3 R0207 M15 150000 Ω na 0,6 W rezistor, odpor 150000 Ω = 150 kΩ = 0,15 MΩ
         
C1 100M/25V 100 µF elektrolytický kondenzátor 100 µF = 0,1 mF označení také G1/25V, pov. napětí 25 V
C2 3300M/25V 3300 µF elektrolytický kondenzátor 3300 µF = 3,3 mF označení také 3G3
C3 10000M/25V 10000 µF elektrolytický kondenzátor 10000 µF = 10 mF označení také 10G
C4 1n0 1000 pF keramický kondenzátor 1000 pF = 1 nF označení také 1n0 nebo 1k
C5 4n7 4700 pF keramický kondenzátor 4700 pF = 4,7 nF označení také 4n7 nebo 4k7
         
D1 1N4007 IF = 1 A, UF = 1,1 V,  UR = 1 000 V dioda Údaje z katalogu, povolený proud 1 A, napětí v propustném směru 1,1 V, napětí v závěrném směru 1 000 V

    Označení součástek se časem hodně mění. Také různí výrobci používají různá označení. Používají se různá označení písmeny, různé schématické značky. Platí zde někdy také "Jiný kraj, jiný mrav." Našinec v tom má potom poněkud bor..., chci říct zmatek. Naštěstí to není tak hrozné a pokud je třeba dioda nakreslena jen obrysem nebo plně, pořád ještě poznáme, že to je dioda.

    Ještě bych rád podotknul, že hodnoty se vyrábí v tzv. řadách. E6, E12, E24... Nejrozšířenější E12 obsahuje hodnoty 1 - 1,2 - 1,5 - 1,8 - 2,2 - 2,7 - 3,3 - 3,9 - 4,7 - 5,6 - 6,8 - 8,2. Hodnoty se pak odvíjejí od různých násobků deseti a těchto čísel. Na odporech a kondenzátorech se při malých rozměrech součástek používá často značení barevnými proužky. Nejjistější je však třeba rezistor změřit multimetrem.

Na začátek článku

Zapojení LED pro osvětlení (typ LAMA EXPERT)

    Na jednoduchém a hodně frekventovaném zapojení se trochu naučíme dalším základům elektrotechniky. Osvětlení pomocí svítivých LED diod (LEDek). Osvětlení budov, prostranství, silnic atd. Abychom pochopili, jak se napětí a proud chovají v elektrických obvodech, musíme ještě přijmout dva zákony, které se jmenují Kirchhoffovy (kirkhofovy).

1.  Zákon proudu v uzlu - Proudy, které do uzlu vtékají, z něj musí i vytékat.

2.  Zákon napětí ve smyčce - Souhrn napětí na všech součástkách ve smyčce je nulový.

    Na následujícím obrázku je znázorněno základní zapojení LED diody.

Platí samozřejmě Ohmův zákon ...

UR = R1 * I1

... a 2. Kirchhoffův zákon ...

UNAP = UR + UD.

Následující obrázek ukazuje zapojení pro osvětlení několika míst pomocí LED diod.

    Jde o naprosto běžný případ zapojení, kdy potřebujeme osvětlit třeba nádraží, depo a silnici. Na nádraží potřebujeme 6 LED diod, na depo 3 a na silnici 6. Chceme mít možnost zapínat vše najednou, případně jednotlivě i nádraží, depo a silnici. K dispozici máme zdroj    UEF = 16 V stř.,  IMAX = 1 A  (proud, který můžeme maximálně odebírat, je to asi tak trafo FZ1). K napájení LEDek je třeba proud stejnosměrný. Střídavé napětí tedy usměrníme, dvojcestně, můstkovým usměrňovačem, vypočteme předřadný odpor tak, aby LEDkou protékalo asi 20 mA a je to. Spínačem S0 lze zapnout/vypnout vše najednou (může být i v jednom z vodičů ještě před můstkem), spínače S1, S2 a S3 slouží k ovládání jednotlivých sekcí (když je S0 zapnut). Jednotlivé větve jsou tvořeny vždy spínačem, předřadným odporem a určitým počtem LED diod (1 až 8, jak uvidíme dále). Záměrně jsem předřadné odpory nakreslil pokaždé na jiné místo, pořadí součástek, zapojených takto v sérii, je totiž zcela libovolné. Miliampérmetr můžeme do větve vložit také kamkoliv, třeba paralelně k rozpojenému spínači. Takových větví lze připojit velké množství. Je to omezeno pouze proudem zdroje a povoleným proudem můstkového usměrňovače. V našem případě by to mohlo být třeba 50 větví. A teď si to trochu rozebereme.

    Nejprve něco o tom usměrnění. Dvojcestné usměrnění je zde velmi vhodné. Výsledkem je stejnosměrné pulzující napětí o kmitočtu 100 Hz, bez větších "hluchých" míst (jako by tomu bylo u usměrnění jednocestného), a to pro napájení LEDek plně postačuje. Můstkový usměrňovač jde pochopitelně nahradit čtyřmi samostatnými, stejně zapojenými diodami, ale v tom usměrňovači je to už "hotové", jen se čtyřmi vývody, většinou menší a většinou i levnější. Ale pokud máme v šuplíku hrst diod... Kondenzátor C1, který je naznačen, zde není třeba. Pro výpočet ještě nezapomeneme, že na diodách můstku je v propustném směru taky malý úbytek napětí, asi 1 až 2 V. Proto je za můstkem napětí jen 14 V. V této souvislosti rovnou upozorňuji, že katalogové údaje jsou sice výborná věc, ale měření je měření. Velmi rychle zjistíte, že technické parametry, udávané výrobcem, jsou někdy od praxe dost vzdálené. Pochopitelně je to vše také závislé na dalších provozních podmínkách, tedy třeba na protékajícím proudu, teplotě okolí i součástky atd. Tady se to týká především napětí zdroje, úbytku napětí v propustném směru na diodách můstku a na LEDkách.

    LED diody mají od výrobce uvedeny několik parametrů. Jmenovitý proud a napětí v propustném směru jsou ty nejdůležitější. Připojíme-li LEDku přímo (bez předřadného odporu) na napětí, které je vyšší, než napětí v propustném směru, LEDka se většinou ihned zničí. Nezkoušejte to ani baterií. V sérii musí být odpor, který se vypočte a ten omezí proud na ten potřebný, jmenovitý. Většinou je to 10 až 20 mA. Abychom provedli správný výpočet, musíme znát napětí na LEDce v propustném směru. To zjistíme nejlépe změřením na jedné LEDce. Pro výpočet odporu pro napájení jedné LED diody třeba ze 14 V není podstatné, zda na LEDce je 1,66 V nebo 2,1 V. Zapojíme-li jich však třeba 6 do série, už to podstatné je. Na 6ti LEDkách je pak buď 9,96 V nebo 12,6 V. Podstatný rozdíl. Takže rozhodně doporučuji nejprve změřit. Připojení potřebné LED na napájení přes potenciometr, nastavení jmenovitého proudu (třeba 20 mA) a změření napětí na LEDce, to je asi nejlepší metoda. Toto napětí pak uvažujeme v dalších výpočtech. Pokud ovšem pracujeme s LEDkami často (mašiny, osvětlení, lampy...) rozhodně se vyplatí koupit si dva potenciometry (třeba 1k/N a 10k/N, řádově asi dvacka), zapojit je v sérii a připojit přes ně LED, které chceme použít, včetně ampérmetru. Potenciometry před měření nastavíme vždy na maximální hodnotu odporu. Zapneme, potenciometry nastavíme proud (třeba na 20 mA). Vypneme, odpojíme a změříme odpor potenciometrů. Rezistor o stejném odporu (nejbližší v řadě) pak použijeme. Bez počítání. Pozor jen při otáčení potenciometry. Dostaneme-li se k nulové hodnotě na obou, udělá to BLIK ... a je po LEDkách !!! Takový odpor 100 Ω, ještě v sérii s potenciometry, není na škodu.

    Chceme-li svítit více LEDkami (třeba lampy nádraží, depa), a chceme ovládat každou lampu zvlášť, musíme použít v sérii s každou LEDkou předřadný odpor a vypínač. To ovšem potřebujeme málo kdy, obvykle spínáme třeba nádraží, silnici... najednou. Pak je ovšem naprostý nesmysl (a to z více důvodů), zapojovat LEDky s odpory paralelně. Tedy většinou tak, jak to modeláři dělají. Koupí si pár lampiček Dominik (každá má u sebe už předřadný odpor) a ty pak paralelně připojí na zdroj. Pokud jich máme na kolejišti třeba jen šest, moc si s tím hlavu lámat nemusíme. Pokud je jich více, je třeba je zapojit lépe. Rozdíl si vysvětlíme na následujících obrázcích.

Vstupní parametry jsou:   napájení je  UNAP = 14 V ss, napětí v propustném směru na LEDce UD = 2 V, proud LED diodou  ID = 20 mA.

U tohoto paralelního zapojení platí:

IR = ID = I1 = I2 = I3 = I4 = I5 = I6 = 20 mA = 0,02 A        (proud LEDkou i odporem je stejný)

I0 = I1 + I2 + I3 + I4 + I5 + I6 = 6 * IR = 6 * 0,02 = 0,12 A  (proudy se podle 1. Kirchhoffova zákona sčítají)

UNAP = UD + UR        na odporu je tedy UR = UNAP - UD = 14 - 2 = 12 V

P = UR * IR = 12 * 0,02 = 0,24 W     (na šesti odporech tedy celkem 6 * 0,24 = 1,44 W)

Na trafo FZ1 půjde takto zapojit tedy celkem asi 60 LEDek při celkovém odběru 1,2 A. Do "vzduchu" budeme topit 14,4 W.

U sériového (toho správného) zapojení platí:

I = IR = ID = 20 mA = 0,02 A        (proud všemi LEDkami i odporem je stejný)

UNAP = UR + UD1 + UD2 + UD3 + UD4 + UD5 + UD6  (napětí se podle 2. Kirchhoffova zákona sčítají), z toho

UR = UNAP - (UD1 + UD2 + UD3 + UD4 + UD5 + UD6) = 14 - 6 * 2 = 2 V  (napětí na odporu)

P = UR * IR = 2 * 0,02 = 0,04 W  (ztrátový výkon odporu)

Na trafo FZ1 půjde takto zapojit 360 LEDek (60takových větví, každá po 6ti LEDkách) rovněž bude odebírat 1,2 A. Do vzduchu "uteče" jen 2,4 W. Větví myslíme předřadný odpor, 1 nebo více LED diod, případně vypínač.

    Závěr je jednoduchý, paralelním zapojením plýtváme energií, spotřebujeme mnohem více odporů a topíme pánubohu do oken. Na stejný zdroj půjde připojit mnohem méně LEDek. Nebo dalších spotřebičů. Koupíme-li tedy 6 lampiček Dominik, odpojíme odpory, zapojíme do série (tak, jak je ve schématu, tedy LEDka bude vždy katodou na násl. anodu) a připojíme do série jeden předřadný odpor. Jak bude velký, zjistíme podle předchozího popisu buď výpočtem nebo experimentálně.

    Počet LEDek, které lze takto zapojit do série, je závislý na napětí na LEDce v propustném směru a na napětí zdroje. Je-li napětí LED v propustném směru třeba 2 V a máme-li napětí zdroje UEF = 14 V, lze tedy zapojit 6 LEDek. Na odporu pak budou 2 V. Jednotlivá napětí se v sériovém zapojení sčítají, proud všemi takto zapojenými součástkami je stejný. Potřebujeme-li více LEDek, přidáme další odpor a další šestici LED diod atd. Teď se také dostaneme k použití kondenzátoru C1. Po připojení se totiž kondenzátor nabije na hodnotu maximálního napětí UMAX = 1,414 * UEF = 19,8 V. Pak bychom mohli do jedné větve zapojit asi 9 LEDek. Velikost kapacity, časová konstanta a proud zátěže jsou na sobě závislé, to už je ale trochu za hranicí začátečnictví, raději to vynecháme. Zatím stačí, že čím víc LEDek, tím větší proud, tím je třeba větší kapacita. Pokud nestačí při velkém počtu LEDek kapacita, zvětšíme ji nebo použijeme více paralelně spojených kondenzátorů. Pokud nestačí ani to (kondenzátory o velké kapacitě mají velké rozměry, nemusí se vejít do požadovaného prostoru nebo se prostě už větší kapacita nedělá), přijdou na řadu další filtrační a stabilizační prvky, jak bylo zmíněno výše.   (Hlavně aby sem nezavítal nějaký expert na elektroniku, mohlo by se mu něco stát. Nejspíš by umřel smíchy.)

    Naopak, jako variantu lze použít i jen jednu usměrňovací diodu (místo můstku) a kondenzátor. "Výpadky" druhé půlvlny kondenzátor pokryje. Pro menší odběry (třeba jen pro 6 LED diod) to lze v nouzi použít. Ale dvojcestné usměrnění je rozhodně lepší. Někde jsem četl, že stabilizované napětí podstatně zvyšuje životnost LEDek. Nevím o tom, ale je to možné. Pro větší aplikace pak opravdu není na škodu použít vyhlazené a stabilizované napětí. Jsou to proti dvoucestnému usměrnění bez filtrace navíc jen tři součástky (dva kondíky a stabilizátor) a cena je zanedbatelná (řádově dvacka). Základní zapojení najdeme opět na webu.

Na začátek článku

Elektromotorický přestavník Tillig

    Elektromotorický přestavník fy Tillig, obj.č. 86110, sice nepatří k mým favoritům, ale jeho zapojení i činnost se mnoha jiným (Fulgurex, Hoffmann, Conrad...) hodně podobá, takže podrobnější popis na závadu jistě nebude.

Elektromotorický přestavník Tillig bez krytu.

Elektromotorický přestavník Tillig - přepínače.

Elektromotorický přestavník Tillig - základní zapojení
(výstupní vodiče   čv...červená    z...zelená    š...šedá    r...růžová    ž...žlutá    b...bílá    m...modrá    h...hnědá)

    Na prvním obrázku je přestavník bez krytu, na druhém jsou vidět zabudované přepínače, na třetím je jedno ze zapojení (v tomto případě jde přímo o zapojení doporučované Herr Tilligem). Jednotlivých částí přestavníku je poměrně málo, jsou ohraničené červeným, čárkovaným obdélníkem. Předně je tu motor M, pak dvě diody D1 a D2 a přepínač Pz. Přepínač Pz je tvořen třemi přepínacími kontakty (Pz1, Pz2 a Pz3), které jsou spojené (spřažené) a jsou rovněž spřažené s pohybem motoru, respektive s výsledkem tohoto pohybu, neboť jsou umístěny na jezdci, ovládaném šnekem. Je to vidět na druhém obrázku. Pakety (jednotlivé přepínače) Pz1 a Pz2 jsou využité jako koncové vypínání v krajních polohách (aby se motor přestal točit, dojede-li na konec). Současně jsou jejich zbylé kontakty vyvedeny na vodiče z a š a lze je použít na signalizaci ohlasu pomocí LED diod D3 a D4. Tyto vývody se nehodí na zpětné hlášení v digitálu, protože nejsou galvanicky zcela odpojené od stř. napájení 16 V !!!

    Třetí paket přepínače, tedy Pz3 je vyveden na vodiče b, m a h a lze použít libovolně. Třeba na zmiňované zpětné hlášení. Převážně se však používá na přepínání srdcovky výhybky, právě tak, jak je na schématu nakresleno.

    Činnost přestavníku je následující. Výchozí postavení je na schématu nahoře. Motor je v klidu, svítí LED dioda D4 a srdcovka je spojena s horní kolejnicí. Pokud přepneme ovládací prvek (Pr) do druhé polohy, uzavře se obvod (červeně) a motor se roztočí (násl. obrázek).

Po určité době (1 s) se přepínač Pz přestaví do druhé polohy (násl. obrázek).

Motor se přestane točit, srdcovka je spojena s druhou (spodní) kolejnicí, svítí dioda D3.

    Ovládacím prvkem (Pr) může být běžný přepínač (tím vlastně ručně přehazujeme výhybku), ale i výstup z dekodéru příslušenství (třeba Lenz 150). Tlačítka se tady nehodí, neboť krátké stisknutí by nezajistilo přestavení, navíc v tomto zapojení by nefungovaly LED diody.

    Jak už bylo řečeno, vývody čv, z a š se nehodí jako zdroj zpětného hlášení v digitálu. Pokud ovšem použijeme místo LEDek relé, jejich kontakty pak použít lze. O zpětném hlášení jsem se už zmiňoval víckrát, nebudu to tedy teď více rozvádět.

    Zapojení dalších elektromotorických přestavníků, např. Fulgurex, Hoffmann, Conrad, je stejné nebo velmi podobné, jak je možno vidět v jednom z předchozích článků na obr. 6, 7 a 8a. Podstata zapojení a funkce je však téměř stejná.

Na začátek článku

Závěr

    Tak co, už je to trochu jasnější? Pokud ne, přečtete si to znovu.

Na začátek článku
Menu

LokoPin  

08.02.2009

 
  08.03.2009
Multimetr
Základní veličiny, terminologie, značky, vzorce
Schémata
Zapojení LED pro osvětlení
  09.03.2009 SS napětí, Filtrace
     
  14.02.2016 poslední editace