Der "Potzblitz" ist mit insgesamt drei ICs - einem NE555 Timer, einem CD4518 Dekadenzähler und einem CD4011 Vierfach-NAND - aufgebaut. Es gibt periodisch zwei schnell aufeinander folgende Lichtblitze ab, zwischen den einzelnen Doppelblitzen liegen länger anhaltende Pausen - von jeweils zehn Timerimpulsen werden acht unterdrückt, nur die letzten beiden der kontinuierlich durchgezählten zehn Impulse schalten per Power-MOSFET den/die Verbraucher für kurze Blitzimpulse ein. Je nach verwendetem MOSFET kann man 11,4 (IRFZ44N) oder gar 18 (IRL2203N) Ampere ohne zusätzliche Kühlung schalten, was für LEDS oder Lampen mit einer Gesamtleistung bis maximal 136,8 (IRFZ44N), respektive 216 Watt (IRL2203N) Watt bei 12 Volt Nennspannung reicht. Da man den IRFZ44N bei Amazon für wenige Euronen im Fünfzigerpack hinterher geschmissen bekommt, ist das mein Wald- und Wiesen-Power-MOSFET, der überall zum Einsatz kommt, wo Ströme bis zu 10 Ampere ohne zusätzliche Kühlung geschaltet werden müssen.
Hier ist der Schaltplan des Potzblitz:
Der NE555 wird mittels der Dioden zum Erzeugen asymmetrischer Ausgangsimpulse mit einem Puls-Pause-Verhältnis (aka "Duty Cycle") von etwa 15 bis 20 Prozent (die Zeit, in der das Signal auf Maximalpegel steht) gezwungen. Die Frequenz und das Puls-Pause-Verhältnis richtet sich nach den tatsächlichen Werten der eingesetzten Bauteile. Da die Ausgangsfrequenz nicht kritisch ist, genügt es vollauf, ähnliche Werte einzusetzen. Der 12 Kiloohm-Widerstand bestimmt maßgeblich die Zeit, in der das Signal auf Massepotenzial liegt, der 10 Mikrofarad-Kondensator die Ausgangsfrequenz. Der kleinere Folien- oder Keramikkondensator mit 10 Nanofarad von Pin 5 nach Masse dient ausschließlich der Stabilisierung der internen Referenzspannung des ICs.
Nur der erste der beiden Dekadenzähler des CD4518 wird für den Potzblitz verwendet. Bei jeder steigenden Flanke des am Takteingang eingespeisten Signals wird sein Inhalt um eine binäre Eins hochgezählt. Der Reset-Eingang muss immer auf Masse liegen, da ein Signal an diesem Eingang den Zähler so lange auf Null zurücksetzt, bis er wieder Massepotenzial führt. Für das Zählen bei steigender Signalflanke am Takteingang muss der Enable-Eingang auf dem Potenzial der Versorgungsspannung liegen. Alternativ dazu könnte man auch den Takteingang auf Massepotenzial legen. In diesem Fall würde der Zähler dann immer bei fallender Signalflanke am Enable-Eingang um eine binäre Eins hochgezählt. Der Signalverlauf an den Ausgängen der vier D-Flipflops A1, B1, C1 und D1, die intern zu einer bis zehn zählenden Einheit verschaltet sind, sieht wie folgt aus:
Auch von den vier NAND-Gattern des CD4011 werden nur zwei verwendet - man könnte die Schaltung also durchaus mit einem zweiten Timer erweitern, um damit den ungenutzten zweiten Dekadenzähler und die beiden übriggebliebenen NAND-Gatter einer sinnvollen Verwendung zuzuführen. Da die gegebene Schaltung das nicht tut, sind die Eingänge der ungenutzten NAND-Gatter auf Massepotenzial gelegt, um unerwünschte Störungen oder gar ein Eigenschwingen zu verhindern. Wie man dem Signalverlauf entnehmen kann, benötigt man zum Erzeugen der gewünschten Blitzimpulse nur den Ausgang D des Dekadenzählers. Er und das Taktsignal werden an jeweils einen der Eingänge des ersten NAND-Gatters geführt, das seinen Ausgang nur dann auf Massepotenzial (LOW, L) zieht, wenn an beiden Eingängen ein positives Signal (HIGH, H) anliegt. Alle anderen Kombinationen (H und L, L und H, L und L) ziehen den Ausgang auf das Potenzial der Versorgungsspannung (H). Da das Ausgangssignal exakt das Gegenteil davon ist, was wir für die erwünschten zwei Blitze benötigen - es gäbe in dieser Form Dauerlicht mit zwei sehr kurzen Dunkelpausen - muss das Ausgangssignal des ersten NAND-Gatters noch invertiert werden. Das geht ganz simpel, indem wir beide Eingänge des zweiten NAND-Gatters mit dem Ausgangssignal des ersten "füttern". Dadurch ergibt sich am Ausgang des zweiten NAND-Gatters exakt das Signal, das wir ursprünglich haben wollten. Um höhere Lasten schalten zu können, führen wir das Signal nun noch an das Gatter eines Power-MOSFET, mit dem wir die oben angegebene Leistung schalten können.
Auf meinem YouTube-Kanal kann man sich den "Potzblitz" in Aktion anschauen. Ich hoffe, dass der/die/das eine oder andere die Schaltung (für was auch immer...) brauchen kann. Viel Spaß beim Nachbauen!
Der Schaltplan
Hier ist der Schaltplan des Potzblitz:
Die Timerschaltung
Der NE555 wird mittels der Dioden zum Erzeugen asymmetrischer Ausgangsimpulse mit einem Puls-Pause-Verhältnis (aka "Duty Cycle") von etwa 15 bis 20 Prozent (die Zeit, in der das Signal auf Maximalpegel steht) gezwungen. Die Frequenz und das Puls-Pause-Verhältnis richtet sich nach den tatsächlichen Werten der eingesetzten Bauteile. Da die Ausgangsfrequenz nicht kritisch ist, genügt es vollauf, ähnliche Werte einzusetzen. Der 12 Kiloohm-Widerstand bestimmt maßgeblich die Zeit, in der das Signal auf Massepotenzial liegt, der 10 Mikrofarad-Kondensator die Ausgangsfrequenz. Der kleinere Folien- oder Keramikkondensator mit 10 Nanofarad von Pin 5 nach Masse dient ausschließlich der Stabilisierung der internen Referenzspannung des ICs.
Der Dekadenzähler
Nur der erste der beiden Dekadenzähler des CD4518 wird für den Potzblitz verwendet. Bei jeder steigenden Flanke des am Takteingang eingespeisten Signals wird sein Inhalt um eine binäre Eins hochgezählt. Der Reset-Eingang muss immer auf Masse liegen, da ein Signal an diesem Eingang den Zähler so lange auf Null zurücksetzt, bis er wieder Massepotenzial führt. Für das Zählen bei steigender Signalflanke am Takteingang muss der Enable-Eingang auf dem Potenzial der Versorgungsspannung liegen. Alternativ dazu könnte man auch den Takteingang auf Massepotenzial legen. In diesem Fall würde der Zähler dann immer bei fallender Signalflanke am Enable-Eingang um eine binäre Eins hochgezählt. Der Signalverlauf an den Ausgängen der vier D-Flipflops A1, B1, C1 und D1, die intern zu einer bis zehn zählenden Einheit verschaltet sind, sieht wie folgt aus:
Die Ausgangslogik
Auch von den vier NAND-Gattern des CD4011 werden nur zwei verwendet - man könnte die Schaltung also durchaus mit einem zweiten Timer erweitern, um damit den ungenutzten zweiten Dekadenzähler und die beiden übriggebliebenen NAND-Gatter einer sinnvollen Verwendung zuzuführen. Da die gegebene Schaltung das nicht tut, sind die Eingänge der ungenutzten NAND-Gatter auf Massepotenzial gelegt, um unerwünschte Störungen oder gar ein Eigenschwingen zu verhindern. Wie man dem Signalverlauf entnehmen kann, benötigt man zum Erzeugen der gewünschten Blitzimpulse nur den Ausgang D des Dekadenzählers. Er und das Taktsignal werden an jeweils einen der Eingänge des ersten NAND-Gatters geführt, das seinen Ausgang nur dann auf Massepotenzial (LOW, L) zieht, wenn an beiden Eingängen ein positives Signal (HIGH, H) anliegt. Alle anderen Kombinationen (H und L, L und H, L und L) ziehen den Ausgang auf das Potenzial der Versorgungsspannung (H). Da das Ausgangssignal exakt das Gegenteil davon ist, was wir für die erwünschten zwei Blitze benötigen - es gäbe in dieser Form Dauerlicht mit zwei sehr kurzen Dunkelpausen - muss das Ausgangssignal des ersten NAND-Gatters noch invertiert werden. Das geht ganz simpel, indem wir beide Eingänge des zweiten NAND-Gatters mit dem Ausgangssignal des ersten "füttern". Dadurch ergibt sich am Ausgang des zweiten NAND-Gatters exakt das Signal, das wir ursprünglich haben wollten. Um höhere Lasten schalten zu können, führen wir das Signal nun noch an das Gatter eines Power-MOSFET, mit dem wir die oben angegebene Leistung schalten können.
Auf meinem YouTube-Kanal kann man sich den "Potzblitz" in Aktion anschauen. Ich hoffe, dass der/die/das eine oder andere die Schaltung (für was auch immer...) brauchen kann. Viel Spaß beim Nachbauen!
