Modellbau Elektronik                           BEC System

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Funktionsbeschreibung
Bei Einsatz dieser Schaltung kann der sonst für den Empfänger notwendige eigene Akku eingespart werden. Der Empfänger wird vom Fahrakku o.ä. über das BEC-System mit einer stabilisierten Spannung von 5 V versorgt. Eine elektronische Low-Drop-Schaltung (Spannungsüberhang von 0,5V ausreichend) übernimmt die Stabilisierung.

Schaltungsbeschreibung
Bei Modellen mit Elektroantrieb ist es meistens ärgerlich, daß man außer dem Antriebs-Akku noch einen weiteren zur Versorgung des Empfängers benötigt. Abgesehen davon, daß dadurch ein zusätzlicher Kostenfaktor entsteht, beansprucht so ein Akku auch seinen Platz, und er belastet das Modell außerdem noch durch sein Gewicht; ferner muß so ein Energiespeicher natürlich
gewartet und immer wieder nachgeladen werden.

Was also liegt da näher als der Einbau einer zusätzlichen Stabilisierung, die den Empfänger samt der angeschlossenen Servos mit Energie aus dem Fahr-Akku speist? So eine Elektronik ist den Modellbauern unter dem Kürzel ‘BEC’ bekannt, worunter man
eine Baugruppe versteht, die einen eigenen Empfänger-Akku überflüssig macht.

Es geht hier also um eine Schaltung, die mehrere Anforderungen erfüllen muss: Erstens soll sie schon mit geringstmöglichem Längsspannungsabfall arbeiten, d. h. die eingangs minimal erforderliche Spannung soll nur unwesentlich über der Empfänger-
Versorgungsspannung liegen; ansonsten würde man sich hierdurch nur unerwünschte Einschränkungen einhandeln.
Zweitens soll die Ausgangsspannung stabilisiert und frei von Störspitzen sein, um keine Beeinträchtigungen des Empfangs zu
bekommen; der ungestörte Funkkontakt ist schließlich das A und O bei der Fernsteuerung. Und drittens soll die Schaltung sparsam
sein, also nicht unnötig viel Energie verpulvern.

Die Platine ist sehr klein gehalten, um einen platzsparenden Aufbau
zu erreichen. Die Anschlussdrähte werden direkt auf die Unterseite gelötet, bekommen also keine eigenen Bohrungen.
Die sechs Widerstände und die Diode D1 werden stehend eingelötet. Stülpen Sie über die blanken Enden der Anschlussdrähte
vorsichtshalber ein Stückchen Isolierschlauch, um eventuelle Kurzschlüsse zu verhindern; die können sich nämlich auch später
noch ergeben, wenn die Bauteile durch Erschütterungen oder Arbeiten am Modell versehentlich verbogen werden. Wenn Sie
jeweils einen Anschlussdraht unmittelbar am Widerstands- bzw. Diodenkörper umbiegen, genügen ca. 7...8 mm lange Isolierstückchen.
Sehen Sie beim Bestücken bzw. vor dem Einlöten zweimal hin; allzu leicht können sonst Bestückungsfehler vorkommen, die sich
nur schwer beheben lassen. Bei Diode D1 zeigt der Kathodenanschluss in Richtung zu T4. Ordnen Sie die ersten sieben Bauteile
so an, dass sie sich nicht gegenseitig ins Gehege kommen. Am besten gehen Sie so vor, daß Sie pro Bauteil erst einen Anschlussdraht
festlöten, den Körper dann schön gerade ausrichten, und erst anschließend das zweite Beinchen verlöten.
Im nächsten Arbeitsgang löten Sie die drei Kleinsignal-Transistoren ein: T1 ist der pnp-Typ, T4 der npn-Typ, und der FET ist der
T3. Alle drei Transistoren müssen möglichst dicht auf der Platine aufsitzen, um die Gesamt-Bauhöhe niedrig zu halten.
Es geht weiter, indem Sie nun die beiden keramischen Kondensatoren C2 und C4 sowie die Leuchtdiode einlöten; LD1 zeigt mit
ihrer Kathode (dem kürzeren Anschluss) zum Platinenrand (Längsseite). Beachten Sie bitte, dass die LED ein roter Typ sein
muß, aber keine Low-Current-Ausführung; nur dann stimmt die Durchlassspannung von 1,6V, die bei der Schaltungsdimensionierung
zugrunde liegt.
Erst jetzt kommen die Elkos C1 und C3 an die Reihe (Pluspol von C1 zeigt zu R1, Pluspol von C3 zeigt von C4 weg). Bei L1 handelt
es sich um eine HF-Drossel, deren 2,5 Windungen durch die Längsbohrungen eines Ferritkerns führen.
Die Anschlüsse des Leistungstransistors T2 müssen Sie im Abstand von ca. 1...2 mm zum Gehäuse rechtwinklig abbiegen und zwar
so, dass die Schriftseite beim Einbau zur Platine hin zeigt. Zur Montage dient ein Sechskantbolzen mit 3-mm-Innengewinde,
der mit der Platine verschraubt wird; er muss mindestens so lang sein, dass die Transistor-Anschlüsse keinen Kontakt mit den danebenliegenden Widerständen R4 und R6 bekommen können (ca. 8 mm hoch). Wenn dieser Stützpfeiler eingeschraubt ist, setzen
Sie T2 ein und verlöten seine drei Beinchen; damit ist dann die Bestückung abgeschlossen.
Zur Abfuhr der entstehenden Verlustwärme wird obenauf noch ein passender Kühlkörper geschraubt, der T2 wärmemäßig entlastet.
Sehr große Verluste entstehen hier nicht, weil größere Ströme immer nur kurzzeitig fließen (bei der Aktivierung der
Servos). Dennoch erreicht die Verlustleistung schnell ein paar hundert Milliwatt, wenn der Längsspannungsabfall zwischen
Ein- und Ausgang in den Bereich von 10V kommt und der Empfänger- Ruhestrom einige zehn Milliampere erreicht.

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Teileliste:
R1 = 22 k rot, rot, orang
R2 = 10 k braun, schwarz, orange
R3 = 150 R braun, grün, braun
R4 = 560 R grün, blau, braun
R5 = 910 R weiß, braun, braun
R6 = 330 R orange, orange, braun
D1 = 1 N 4148 Silizium-Universaldiode
T1 = BC 557, 558, 559 A, B oder C Kleinleistungs-Transistor
T2 wird zu einem späteren Zeitpunkt montiert.
T3 = BF 256 B Feldeffekt-Transistor
T4 = BC 547, 548, 549 A, B oder C Kleinleistungs-Transistor
C1 = 10 µF Elko
C2 = 0,1 µF = 100 nF = 104 Keramik-Kondensator
C3 = 10 µF Elko
C4 = 0,1 µF = 100 nF = 104 Keramik-Kondensator
L1 = Breitband-Drossel 2,5 Windungen
LD1 = rot ø 3 mm (keine Low-Current-Type!)

 
 
Technische Daten
Eingangsspannung . . . . . . : 6 - 16 V=
Ausgangsspannung . . . . . : max. 1 A (stabilisiert)
Abmessungen . . . . . . . . . . : 40 x 20 x 15 mm

 
 
 
 
Wie unsere Schaltung diese Forderungen unter einen Hut bringt, noch dazu auf sehr engem Raum, wollen wir uns im einzelnen
ansehen: Eine Schlüsselposition nimmt der Feldeffekttransistor T3 ein, der hier als Stromquelle geschaltet ist; beim BF256B fließt
bei kurzgeschlossenem Gate und Source (UDS = 0V) ein Drainstrom von ca. 10mA. Das funktioniert natürlich nur dann, wenn
der in diesem Zweig liegende Transistor T4 das zulässt, wenn der also entsprechend weit durchsteuert.
Der über T4, T3 und R3 fließende Strom speist die Basis von T2 und fließt, um den Faktor der Gleichstromverstärkung verstärkt,
in dessen Kollektorkreis, um dort den Lastwiderstand (Empfänger plus Servos) zu versorgen. Transistor T4 ist also dafür verantwortlich,
wieviel Basisstrom der „dicke“ T2 bekommt, und wieviel Strom damit an die ausgangsseitig angeschlossene Last gelangt.
Bekommt der Lastwiderstand verstärkt Strom zugeführt, steigt die Ausgangsspannung, im anderen Fall geht sie zurück;
T4 regelt Ua also auf einen konstanten Wert.
Im einzelnen spielt sich das folgendermaßen ab: An der in Durchlassrichtung gepolten Leuchtdiode LD1 fällt eine Spannung ab
von ca. 1,6 V (gemessen gegen Masse). Die Basis von T1 liegt ca. 0,6 V darunter (um die Basis/Emitter-Spannung eines leitenden
Si-Transistors). Hier sind also ca. 1,0V gegen Masse zu messen, die auch an R6 anliegen. Da R5 und R6 einen Spannungsteiler bilden,
kann man die an R5 liegende Spannung aus dem Verhältnis von (R5+R6) zu R6 errechnen: Sie ist 1530/330 = 4,64mal so groß wie
die an R6, hat also ungefähr die eingetragenen 4,7V, bei denen der Empfänger noch einwandfrei arbeitet. Ein anderes Teilerverhältnis
von R5/R6 hätte eine andere Ausgangsspannung zur Folge.
Der Emitter von T1 wird auf dem LED-Potential festgehalten; geht die Ausgangsspannung Ua zurück, leitet T1 mehr, weil seine
Basis/Emitter-Spannung zunimmt. Dadurch steigt der Spannungsabfall an R2, T4 öffnet mehr und lässt zu, dass T3 erhöhten
Basisstrom für T2 liefert. Höherer Strom in den Lastwiderstand bewirkt dort einen Spannungsanstieg, so dass sich der Regelkreis
hiermit schließt.
Bei steigender Ausgangsspannung Ua läuft alles in umgekehrter Richtung ab: Die Basis/Emitter-Spannung von T1 verringert sich,
weil der T1-Emitter nach wie vor fest auf 1,6 V liegt; durch den zurückgehenden Kollektorstrom von T1 sinkt die Spannung an
R2. Das ist die Vorspannung für T4, der daraufhin etwas mehr sperrt und den Basisstrom für T2 verringert. Daraus resultiert ein
geringerer Strom in den Lastwiderstand, wodurch die daran abfallende Spannung Ua zurückgeht.
Der von T3 maximal erzeugte Strom liegt im Bereich von 10...12 mA, was bei einer T2-Stromverstärkung von mindestens 85 einen
Ausgangsstrom von ca. 1A ergibt. Das reicht neben dem Empfänger noch sicher dazu aus, vier bis fünf Servos zu versorgen. Der
Vorteil gegenüber einem Festspannungsregler besteht darin, dass der minimale Längsspannungsabfall am Stellglied T2 auch
bei maximalem Strom höchstens 0,2 V beträgt. Das ist die Kollektor/Emitter-Spannung von T2 kurz vor Erreichen der Sättigung;
wie Sie wissen, liegt die Spannung zwischen Kollektor und Emitter deutlich unter der Basis/Emitter-Spannung von 0,6V, wenn
ein Transistor in die Sättigung kommt.
Die Leuchtdiode bekommt ihren Durchlassstrom über R4; an ihm fällt die Differenz aus 4,7 V - 1,6 V ab, verringert um die 0,6V von
D1. Das sind rund 2,5V, mit denen sich ein LED-Strom von knapp 5 mA ergibt. Mit ihrem Leuchten signalisiert diese LED gleichzeitig
die ordnungsgemäße Funktion der Schaltung. Die Drossel L1 im Eingang sorgt zusammen mit den Stütz- und Abblockkondensatoren C1/C2 dafür, dass keine Störspitzen zum Ausgang durchdringen; demselben Zweck dienen auch die Ausgangskondensatoren
C3 und C4.
 
  nach Bausatz, Platine und Schaltung von mir überarbeitet  
 

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© Harro Walsh