4x Ein 1x Aus-mit-Verzögerung CMOS Relais Controller

Die folgende Schaltung beschreibt einen Relais Controller aus den CMOS-Logiken CD4028B, CD4098B und dem 8x-Darlington-Transistor-Array ULN2804.

Vier Eingänge könnnen per Taster ausgewählt werden und auf einen Ausgang geschaltet werden. Zur Unterdrückung von Umschaltgeräuschen wird das Ausgangsrelais jedesmal kurz gemutet.

Funktionsweise

SW1 bis SW4 sind mechanische oder elektronische Taster, können aber auch Pulse aus einem µController oder einer Fernbedienung sein.

Ein optional über einen der Taster geschalteter 100nF Kondensator wählt diesen Eingang als Voreinstellung aus.

Die Tastersignale werden auf die Eingänge A bis D des BCD-nach-Dezimal Dekoders CD4028B geführt. Jeder positive Puls führt zu einem Wechsel der Ausgänge des Bausteins. Dabei gilt, das der aktive Ausgang zuerst abgeschaltet wird bevor der neue Ausgang eingeschaltet wird.

Von den 10 Ausgängen werden nun nur jene genutzt, die genau einer Taste, bzw. einem Eingang entsprechen, also die Werte 1, 2, 4 und 8.

Diese Ausgänge werden über die Dioden D1 bis D4 auf ihre Eingänge zurückgeführt. Dadurch erzielt man eine Selbsthaltung des gewählten Eingangs nach Freigabe des Tasters.

Gleichzeitig bedeutet das, das wenn ein anderer Eingang gewählt wird, Signale an zwei Eingängen gleichzeitig anliegen. Der aktive Ausgang schaltet ab. Dadurch fällt die Rückführung  weg und nur der neue Eingang sieht noch ein Eingangssignal und schaltet den zugehörigen Ausgang aktiv.

Die vier Ausgänge werden über das Darlington-Array ULN2804 geführt, das als Relais- und LED-Treiber dient. Es enthält acht unabhängige Treiber-Kanäle. Die ungenutzten Eingänge des Treibers werden auf gnd gelegt. An Stelle des ICs können auch diskret aufgebaute Treiber (R10-Q1) genutzt werden, mit R ~5-10kΩ und Q1 ein NPN Transistor mit hoher Stromverstärkung z.B ein BC550C oder ein Darlington wie der BC517, oder BCV27.

Die Schaltung ist durch die sichere break-before-make Logik schon unempfindlich gegen Knacken. Trotzdem kann ein kurzzeitiges Stummtasten des Ausganges der Relais-Matrix gewünscht und sinnvoll sein.

Das erledigt der Baustein IC3 ein CD4098B, ein Dualer Monostabiler Multivibrator.

Von seinen zwei Logiken wird hier nur eine genutzt. Anmerkung: Die Eingangs Pins der ungenutzten Logik sollten nicht offen bleiben.

Sieht die Logik einen Triggerpuls an ihrem +TR Eingang, dann wird für eine gewisse Zeitdauer, die durch Rx1 und Cx1 bestimmt wird, der Ausgang Q low.

Der Relaistreiber schaltet das Ausgangsrelais ab und nach der Verzögerungszeit wieder ein. Für Rx=1MΩ und Cx=100nF ergibt sich eine Verzögerung von ~100ms.

Mehr Infos zu der Verzögerungszeit findet man im Datenblatt.

Den Triggerpuls bekommt der Baustein, indem die Ausgänge 3, 5, 6 und 7 des CD4028B über das Diodennetzwerk D5-D9 zusammengeführt werden.

Diese Ausgänge sind nur kurz während eines Umschaltvorganges aktiv, wenn eben mehr als nur ein Eingang gleichzeitig ein Signal sieht.

Möchte man diesen Teil der Schaltung nicht nutzen, dann entfallen IC3, Rx1, Cx1 und D5-D9 und der Eingang 5B des Relaistreibers wird auf gnd gelegt.