Ampelsteuerung
Beitrag zum Schaltungswettbewerb 2013 von Wolfgang Triebig
Bei einer Ampel werden mit drei Leuchten die Signale Rot – Rot/Gelb – Grün – Gelb der Reihe nach angezeigt. Bei genauem Hinsehen fällt auf, dass bei jeder zweiten Signalphase die Farbe Gelb leuchtet. Rot leuchtet in zwei Phasen hintereinander und Grün leuchtet nur, wenn die beiden anderen Farben dunkel sind. Dies sollte sich mit ein wenig Digitaltechnik abbilden lassen.
Als Grundlage der Ampel dient die Schaltung 23 „Frequenzteiler“ aus dem Conrad Adventkalender 2013. Sie bietet schon die Grundlage für die Farben Gelb (am Oszillator) und Rot (am Toggle-Flipflop). Die Schaltung ist bereits im Handbuch zum Adventkalender beschrieben, daher beschränke ich mich auf die Änderungen, die ich durchgeführt habe. Den Kondensator aus Tag 24 habe ich noch zu den beiden vorhandenen Kondensatoren am Oszillator parallel geschaltet, damit dieser etwas langsamer schwingt. Rot muss immer dann umschalten, wenn das gelbe Signal ausschaltet, dass heißt ein Umschalten bei fallende Flanke. Da das Toggle-Flipflop mit steigender Flanke schaltet, kommt die gelbe LED über R2 an die positive Betriebsspannung. Damit verlischt die gelbe LED mit 1-Pegel, und die steigende Flanke des Oszillators kann zum Schalten des Toggle-Flipflop verwendet werden. Die rote LED wird über R7 an Pin 4 des IC und die positive Betriebsspannung gelegt. Die grüne LED darf nur leuchten, wenn die rote und die grüne LED nicht leuchten. Dies ist dann der Fall, wenn an Pin 4 und 10 ein 1-Pegel anliegt. Mit dem letzten freien NAND-Gatter werden diese Pegel ausgewertet und die grüne LED angesteuert. Damit ist die Grundfunktion einer Ampel nur mit Bauteilen aus dem Adventkalender aufgebaut.
C1 bis C3 sind durch einen Elko mit 1,0 – 2,2 µF ersetzt. Damit sind die Schaltzeiten deutlich länger. Parallel zu R1 befindet sich die Reihenschaltung von D7 und R9. Damit läuft der Entladevorgang von C1 schneller ab, als der Ladevorgang, so dass die Gelbphasen der Ampel kürzer als die Rot- und Grünphasen werden. Mit den LEDs D3 bis D6 wird die zweite Ampel aufgebaut. Die gelbe LED D4 ist in Reihe zur ersten gelben LED D1 geschaltet. Die zweite rote LED D5 wird mit R10 an Pin 3, dem negierten Ausgang des Toggle-Flipflop, und der Betriebsspannung angeschlossen. Damit sind die beiden Rot-Phasen gegenläufig. Die zweite Grünphase wird mit einem Gatter aus einem zweiten 4093 erzeugt, welches wie bei der ersten Ampel auch, die 1-Pegel der gelben und roten Phase, diesmal an den Pins 3 und 10 des ersten ICs, auswertet. Die grüne LED D6 wird über R11 zwischen Pin 3 des IC2 und der Betriebsspannung angeschlossen.
