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[K] Temperatursteuerung für Lüfter

Taster als SchalterTaster als Schalter

Mechanische Bauelemente, wie Schalter gehören in der Modding-Szene neben den LEDs samt Widerständen zu den meistverwendeten Bauteilen überhaupt. Lüftersteuerungen, Schaltkreise für Case-Beleuchtungen usw. sind ohne Schalter nicht mehr vorstellbar. Wir möchten nun eine Schaltung präsentieren, die aus einem Taster einen Schalter macht. Einige werden sich vielleicht fragen, warum man sich die Mühe macht, wo ein einfacher und möglicherweise günstigerer Druckschalter ebenso gut ginge, zitiere ich unseren Forum-Moderator falzo:"Weils möglich ist..". Nein im Ernst, die Frage nach dieser Schaltung entstand in unserem Forum und da wir bekanntlich keine Fragen unbeantwortet lassen *sabberabwisch*, machen wir gleich ein vollwertiges Tutorial dazu.

An dieser Stelle möchten wir uns bei unseren Moderatoren DH2MR(Skizze, Erweiterung der Schaltung um die Status-Anzeige) und falzo ("fach-technische" Unterstützung) bedanken.

Man benötigt folgende Teile, die man am besten bei www.reichelt.de bestellt.

Menge Teile Reichelt Bestellnummern Preis Bemerkung/Beschreibung
1 Lochstreifen-Platine H25PRO50 0.61 € Streifenraster-Platine möglich bzw. andere Abmessungen
1 4er Schmitt-Trigger MOS 4093 0.20 € CMOS oder TTL
1 Sockel für 4093 GS 14 0.04 € optional
1 Transistor BS 170 0.18 € bis 500mA belastbar
1 1µF Kondensator RAD 1/63 0.04 € auch 25/35 Volt ausführung
1 10 KOhm Trimmer RT 10-L 10K 0.13 € 76-10 10K auf der Skizze(0.53€)
1 100 KOhm Widerstand METALL 100K 0.08 € auch KOHLE 100K möglich
1 Taster PHAP 3301/B/D 0.23 € auch 3305/B/D möglich
1 Taster-Terminal STIFL. 36 0.17 € optional
1 Lüfter-Terminal PSS 254/3W 0.14 € optional
1 Molex-Adapter/Stromversorgung SVK 5+SVS 5 + Litze 0.17 €+0.20 € Bauteile zum Selberbauen/optional
- Litze LITZE SW(RT usw) ?? Für das Verdrahten der externen Bauteile und Lötbrücken
1 Duo-LED LED 5 RG 0.15 € optional,zur Anzeige des Status
2 Vorwiderstand für LED(s) METALL 1K 0.08 € für Bestellnummer:LED 2RG

Als erstes wollen wir den IC etwas ausführlicher beschreiben. Es handelt sich um einen Baustein, welcher 4 NAND-Gatter in seinem Gehäuse vereint.

VDD ist Plus-Pol, VSS-Pin ist Masse. Für einen Steuerkreis brauchen wir lediglich eines der vier NAND-Gatter.

Relevante elektronische Grundlagen/Funktionsweise der Schaltung:

!!! Wer kein Interesse daran hat, sollte sich lediglich die Schaltskizze anschauen, sich über die korrekte Einstellung des Trimmers informieren, springt dann auf die 2te Seite des Tutorials und fängt direkt mit dem Löten an. !!!


In der digitalen Elektronik unterscheidet man zwischen 2 Signal-Arten, einem HIGH und einem LOW-Signal(auch Zustände genannt). Je nach Bauelement/Schaltung wird eine gewisse Mindestspannung als ein HIGH-Zustand interpretiert, die Werte drunter werden zu einem LOW-Zustand . Genauer gesagt kann es auch einen undefinierten/hochohmigen Zustand geben, der entsteht vorallem dann, wenn mindestens einer der Eingänge nicht beschaltet wird. In der Schaltalgelgebra wird ein HIGH-Zustand durch eine 1 repräsentiert, LOW dagegen durch eine 0 (der undefinierte Zustand durch Z). Ein NAND-Gatter hat mindestens 2 Eingänge und liefert als Ergebnis dann Low, wenn an allen seinen Eingängen ein High-Pegel anliegt. In allen anderen Fällen liefert er High als Ergebnis. Somit ergibt sich für eine NAND-Funktion folgende Schalttabelle.

Eingang 1 Eingang 2 logische Summe NAND-Funktion/Ausgang
0(LOW) 0(LOW) 0(LOW) 1(HIGH)
0 1 0 1
1 0 0 1
1(HIGH) 1(HIGH) 1(HIGH) 0(LOW)

Die hervorgehobenen Zeilen beschreiben die möglichen Zustände am Ausgang, wenn man die beiden Eingänge des NAND-Gatters zusammenschaltet bzw. an beide das gleiche Signal anlegt. Wir brauchen lediglich einen Eingang und einen Ausgang. Dann wollen wir uns die gesamte Schaltskizze ansehen und die Funktionsweise der Schaltung mit Hilfe der Tabelle genauer erklären.

Als erstes fragt man sich vielleicht, wozu der Trimmer da ist. Genau mit dem Trimmer wird die "richtige" Eingangsspannung des Gatters eingestellt(zwischen der oberen und unteren Umschaltschwelle des Schmitt-Triggers). Nur innerhalb dieser Grenzschwellen ist es möglich die Ausgangswerte des NAND mit dem Taster zu beeinflüssen. Wird der falsche Wert eingestellt, so ist die Schaltung entweder immer aktiv (Hier: Tendenz zur Masse am Eingangimmer HIGH am Ausgang(3)) oder immer aus (Hier: Tendenz zu +12 Volt am Eingang, LOW am Ausgang(3)). Wird der "richtige" Wert eingestellt, so befindet sich der IC in einem empfindlichen Zustand. D.h. es hat zwar entweder schwaches LOW oder schwaches HIGH am Ausgang, kleine, kurzzeitige Spannungsschwankungen an den Eingängen können jedoch zu einer Zustandsänderung am Ausgang führen. Die folgende Abbildung veranschaulicht das Ganze:

Die grünen Bereiche stellen die möglichen richtigen Einstellwerte des Trimmers dar. Die äusseren Bereiche(rot und schwarz) machen den NAND unempfindlich dem Taster gegenüber.. Der "lila" Bereich erzeugt einen Kurzschluss. D.h am Eingang des Gatters kommt weder ein saubers HIGH noch ein sauberes LOW , dementsprechend osziliert die Ausgangsspannung und der Lüfter gibt ungesunde Geräusche von sich. Wie bereits erwähnt, befindet sich das NAND-Gatter bei einer korrekten Einstellung des Trimmers in einem empfindlichem Zustand. Dieser Umstand wird dazu genutzt, dass sich der Ausgangszustand schon bei kleinen Spannungsschwankungen an Eingang ändert.

Nun zu der eigentlichen Funktionsweise der Schaltung:

Angenommen der Eingang ist auf HIGH, Ausgang auf LOW. Der Verbraucher ist aus. Sobald wir nun den Taster betätigen fällt die Spannung am Eingang über den Kondensator kurzzeitig ab und der NAND schaltet den Ausgang auf HIGH. Dadurch bekommt der Transistor ebenfalls Strom am Gate und schaltet die die Masse-Leitung des Verbrauchers durch. Der Lüfter läuft, die Status-LED leuchtet z.B grün (vorsicht: das tut sie auch dann, wenn der Transistor z.B durchgebrannt ist). Der Kondensator lädt sich über R1 auf volle 12 Volt auf.

Nun drücken wir ein weiteres Mal auf den Taster. Dadurch verbinden wir den aufgeladenen Kondensator kurzzeitig mit den Eingang des NAND. Da die Spannung am Kondensator grösser ist als am Eingang bzw am Schleifer-Kontakt des Trimmers bekommt der NAND kurzeitig ein sauberes HIGH und schaltet den Ausgang auf LOW. Der Kondesator entlädt sich in dieser Zeit über den Poti und nach dem Loslassen des Tasters über den R1. Die Status-LED leuchtet nun rot, weil der Strom nun nicht von dem Ausgang des NAND geliefert wird sondern, von den +12 Volt über den R3. Beim nächsten Klick auf den Taster geht alles wieder von vorn.

Puh, soviel dazu....

Nach soviel Theorie auf einer Seite wollen wir die Schaltung nun endlich löten.

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