Muxer
Multiplexer kurz MUX'er oder Demultiplexer kurz DEMUX'er wurden zum Zwecke der Datenübertragung parallel/seriell und umgekehrt entwickelt. Ohne jetzt groß auszuschweifen nur diese kurze Information. Im Innern von Computern werden zur schnellen Verarbeitung die Daten und Adressen auf vielen parallelen Leitungen (64 und mehr) übertragen, außerhalb aber auf 1 oder 2 Leitungen. Das ist zwar entschieden langsamer aber spart dafür viele Drähte. "USB" ist das aktuelle Netz zur Verbindung von Geräten.
Bei MoBa'nern ist das für 'Digitaler" auch von großer Bedeutung (DCC-, Märklin-, Selectrix-Protokol, LOCO-Net usw). Für die meisten 'Normalen' aber nicht so, eher eine Untergruppe dieser IC's den sogenannten analogen 'Switch'ern.
Im Prinzip sind alle dieser Schaltkreise Schalter (Switches) die Signale bündeln und wieder verteilen (siehe Bild) aber meistens nur in eine Richtung (unidirektional).
Zu sehen ist wie gerade der zweite Kanal durchgeleitet wird. Nach dem nächsten Weiterschalten wird Kanal 3 durchgeleitet. Es werden also 5 verschiedene Signale die gleichzeitig, parallel in einem Gerät anliegen, nacheinander (multiplexen), also seriell über eine Leitung (zwischen den Schaltern) zum anderen Gerät übertragen wo ein ebensolcher Schalter (Demultiplexer) die Signale wieder auf die parallelen Leitungen verteilt. Diese Schalter arbeiten nur in eine Richtung weil es zu viele sind und auch noch eine Streuerschaltung (gestrichelt) mit rein muß.
Die Untergruppe "analog Switches" können dagegen Signale in beide Richtungen leiten (bidirektional auch bilateral genannt). Dafür haben sie aber meist nur eine oder zwei "Leitzonen" (Schalter, Kontakt) pro Einheit. Der Schaltkreis 4053 ist ein Vertreter mit drei solcher Einheiten der pro Eingang einen 'Öffner' und einen 'Schließer' hat, also im Prinzip drei Relais mit je einem Wechsler.
Der Hersteller hat den Steuereingang (quasi die Spule) mit S, den 'Öffner' mit Y0, 'Schließer' Y1 und den gemeinsamen 'Kontakt' COM mit Z bezeichnet. Dem entsprechend sind dann die Anschlüsse der zweiten Einheit (2. Relais) die Pin's (Nadeln, Beinchen - Lötanschlüsse)
'Steuereingang' 2 (S2) = Pin10, 'Öffner' 2 (2Y0) = Pin 2, 'Schließer' 2 (2Y1) = Pin1 und COM 2 (2Z) = Pin15. Leider bezeichnet jeder Hersteller in den Datenblättern seine Schaltkreise anders so das statt Kanäle 1..3 auch A, B, C vorkommen obwohl die Funktion genau die gleiche ist.
Pin 6 INH (Inhibit Inputs) ist ein Eingang mit dem alle Ausgänge gleichzeitig hochohmig geschaltet werden können.
Vdd (Pin 16) ist die Versorgungspannung Plus, Vss (Pin 8 ) Minus (GND) und mit Vee (Pin 7) wird die Schaltstrecke für negative Spannung 'heruntergezogen' zB -6V. Dabei verringert sich aber auch die mögliche positive Schaltspannung um den Betrag (in dem Fall von +12V auf +6V). Im Normalfall wo nur positive Spannungen geschaltet werden sollen ist der Vee-Anschluß mit Vss verbunden.
Die Schaltkreise 4051 und 4052 sind ein 8 poliger- und ein 2x4 Stufenschalter.
Das Entscheidende ist aber das diese 'bidi Switches' den Strom in beide Richtungen leiten können. Es gibt quasi keinen Ein- und keinen Ausgang sondern beide 'Enden' sind gleichwertig da die Transistoren im Inneren CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) sind die einen regelbaren Widerstand darstellen.
Das heißt aber auch das der Widerstand nicht unendlich klein wird (einige Ohm) und auch keinen großen Strom leiten kann (etwa 10mA) was aber keinen Nachteil bedeutet da ja der nächste Eingang praktisch keine Strom benötigt. Am Ende der Steuerung schaltet dann je nach Verbraucher ein Transistor, Relais, Tyristor, Triac oder ein sogenanntes 'solid state relay' diesen.
Als Beispiel habe ich eine Polwendeschaltung gewählt, bei der mittels LED's die Stromrichtung angezeigt wird. Es ist zu sehen das der Strom im Schaltkreis (4053) über die 'Kontakte' (ö/s) bei jedem Umschalten in der anderen Richtung fließt. Das scheint erst mal sehr profan ist aber für Schaltkreise keineswegs so selbstverständlich da ja im Allgemeinem Halbleiter Strom nur in eine Richtung steuern können. Diese Eigenschaft verschafft dem Schaltkreis das Vermögen ein Relais zu ersetzen, was wir bei der Modellbahnsteuerung noch sehr gut gebrauchen werden können.
Den FlipFlop habe ich nur zur Veranschaulichung davor gesetzt um zu zeigen wie ein Zusammenwirken von verschiedenen IC's bewerkstelligt wird. Außerdem sind hier die PullUp-Widerstände an den Tastern eingezeichnet die im Falle des Schalters (4053) auch nötig wären aber entfallen können da ja dessen Eingänge (S1 und S2) an den Ausgängen des FF's fixiert sind. Sie 'hängen' praktische nie in der 'Luft'.
Im weiteren Verlauf will ich versuchen einige komplexe Relais chaltungen für die MoBa mit Schaltkreisen zu entwerfen und verständlich zu machen. KK