Elektronika - baza wiedzy

Stroboskop dyskotekowy II


Źródło światła błyskającego o regulowanej energii i częstotliwości błysków. Wykorzystuje typowe zapłonniki błyskowe stosowane w fotograficznych lampach błyskowych. Istnieje możliwość sterowania sygnałem zewnętrznym. Przeznaczony do pomiaru i regulacji obrotów oraz efektów dyskotekowych.
Dane techniczne:
Napięcie zasilania - 220 V/50 Hz
Pobór mocy max - 100 VA
Zapłonnik błyskowy - IFK 120
Energia błysków:
1 (niska) - 0,2 Ws
2 (średnia) - 2 Ws
3 (wysoka) - 20 Ws
Zakresy częstotliwości generatora wyzwalania:
1 (energie 1, 2, 3) - 0,05-5-1 Hz
10 (energie 1, 2) - 0,5-5-1 O Hz
100 (energia 1) - 5-100Hz
Czułość sterowania zewnętrznego - 1 V
Maksymalna częstotliwość błysków - 50 Hz
Schemat blokowy i budowa
Stroboskop podzielony jest na dwie części - wysokonapięciową podłączoną bezpośrednio do sieci energetycznej i niskonapięciową izolowaną od sieci transformatorem. Sprzężenie między nimi realizowane jest za pomocą optotriaka. Dzięki temu część niskonapięciowa jest oddzielona od sieci energetycznej i umożliwia bezpieczne dołączenie sterowania zewnętrznego.
Zadaniem części wysokonapięciowej jest zasilanie zapłonnika błyskowego. Zasadniczym jej blokiem jest zasilacz napięcia stałego 300 V. Zespół kondensatorów, do którego doprowadzone jest napięcie z zasilacza służy do regulacji energii błysków przez zmianę pojemności. Napięcie z dołączonego kondensatora jest doprowadzane do zapłonnika. Zapłonnik wyzwalany jest impulsami napięciowymi z transformatora Tl. W tym celu uzwojenie pierwotne transformatora jest dołączane do napięcia 250 V za pomocą optotriaka TO sterowanego impulsami z części niskonapięciowej.
Poniżej linii przerywanej narysowany jest schemat blokowy części niskonapięciowej. Przełącznik X umożliwia wybór wyzwalania ze źródła zewnętrznego (wyjście wzmacniacza mocy, przerywacz itp.) lub z wewnętrznego generatora o regulowanej częstotliwości w zakresie 0,05-^100 Hz. Sygnał wyzwalający po odwróceniu fazy w inwertorze poddawany jest różniczkowaniu w celu uzyskania krótkich impulsów włączających diodę nadawczą optotriaka. Część niskonapięciowa zasilana jest napięciem +5 V z zasilacza wyposażonego w transformator sieciowy izolujący od napięcia sieci energetycznej.
Przewidziano montaż części wysokonapięciowej i niskonapięciowej na oddzielnych płytkach drukowanych. Powinno to ułatwić spełnienie warunków izolacji obu obwodów oraz montaż w zależności od potrzeb wykonawcy.
Schemat ideowy i działanie
Urządzenie zasilane jest z sieci prądu przemiennego o napięciu 220 V. Napięcie sieci przez wyłącznik WŁ1 i bezpiecznik B1 podawane jest do prostownika w części wysokonapięciowej oraz do transformatora sieciowego części niskonapięciowej.
Jako kontrolka włączenia napięcia zasilającego służy dioda luminescencyjna D2 zasilana przez rezystor R1. Dioda D1 zabezpiecza diodę luminescencyjna w kierunku zaporowym.
Prostownik wysokonapięciowy pracuje jako prostownik jednopołówkowy z wyjściem pojemnościowym wykorzystując diodę D3 i kondensator C1. Zadaniem rezystora R2 jest ograniczenie prądu płynącego przez diodę w momencie włączenia prostownika i przy dużych spadkach napięcia na wyjściu prostownika spowodowanych zwiększonym obciążeniem podczas eksploatacji stroboskopu.
Rezystor R3 ładuje kondensator C2 do napięcia zbliżonego do 300 V wykorzystywanego w układzie zapłonowym lampy. Układ ten składa się z transformatora impulsowego Tl i optotriaka TO. Napięcie z kondensatora C2 doprowadzone jest po włączeniu optotriaka do uzwojenia pierwotnego transformatora Tl (wyprowadzenia 1, 3). Rezystor R6 ogranicza maksymalny prąd jaki popłynie w tym obwodzie. Na uzwojeniu wtórnym transformatora indukuje się impuls wysokiego napięcia wyzwalający błysk lampy.
Przez rezystor R5 napięcie z prostownika podawane jest do przełączanego zespołu kondensatorów. Rezystor ten ogranicza obciążenie prostownika
podczas wyładowań lampy błyskowej. Zwiększanie pojemności kondensatora z jakiego zasilana będzie lampa powoduje zwiększanie energii błysku. Przy ustawieniu przełącznika WŁ2 w pozycji 1 dołączany jest kondensator C3 o pojemności 4,7 u.F. Jest to najmniejszy kondensator umożliwiający uzyskanie najmniejszej energii błysku. Kolejne wartości to 47 u,F (C4) i 440 u.F {równoległe połączenie C5, C6).
Zwiększanie pojemności zwiększa wprawdzie energię błysków ale wydłuża czas regeneracji napięcia na kondensatorze po każdym błysku, a więc ogranicza częstotliwość błysków. Dlatego najmniejsza energia umożliwia korzystanie z największej częstotliwości błysków 50 Hz. Przy energii średniej (póz. 2) częstotliwość ta jest ograniczona do 10 Hz, a przy dużej (póz. 3) do 1 Hz.
Napięcie z zespołu kondensatorów jest kontrolowane za pomocą diody luminescencyjnej D4 zasilanej rezystorem R7. Następnie przez dławik DŁ1 dodatnie napięcie jest doprowadzone do anody lampy L1. Katoda lampy dołączona jest do "minusa" zasilacza. Impulsy wysokiego napięcia, podawane na elektrodę wyzwalającą z transformatora impulsowego powodują jonizację gazu wewnątrz lampy i powstanie błysku przy jednoczesnym dużym poborze prądu z zespołu kondensatorów Następuje rozładowanie aktualnie wykorzystywanego kondensatora. W czasie przerwy między błyskami kondensator jest ładowany z prostownika.
Zasilacz części niskonapięciowej składa się z transformatora sieciowego TR1, prostownika mostkowego
(Graetz´a) PR1 i stabilizatora napięcia US1 wraz z kondensatorami filtrującymi. Dostarcza on napięcia stabilizowanego +5 V.
Na układzie czasowym NE 555 (US2) zrealizowano generator przebiegu prostokątnego o regulowanej częstotliwości. Obwód wyznaczający częstotliwość generatora składa się z rezystorów R16, R1 7, potencjometru P2 i przełączanych kondensatorów C13, C14 iC15. Przełączanie kondensatorów powoduje zmianę zakresu generowanych częstotliwości. Płynną regulację częstotliwości uzyskuje się przez zmianę rezystancji potencjometru P2. Sygnał wyjściowy generatora ma postać krótkich impulsów ujemnych (O V). uzyskiwanych na wyprowadzeniu 3 US2. Rezystor R14 zwiększa wartość maksymalną i stromość impulsów.
Przez rezystor R15 podawane są one do styku W przełącznika źródła sygnału wyzwalającego Wt3. Następnie docierają do bazy tranzystora T2. Pracuje on jako tranzystor przełączający odwracający fazę sygnału wejściowego. Na jego kolektorze wystąpi ciąg krótkich impulsów dodatnich (+5 V). Impulsy te są różniczkowane przez kondensator C11 i rezystancję wejściową T3. Tranzystor T3 jest otwierany dodatnimi "szpilkami" z układu różniczkującego. Dioda D7 zabezpiecza tranzystor przed szpilkami o polaryzacji ujemnej. Otwarcie tranzystora wymusza przepływ prądu od +5 V przez diodę nadawczą optotriaka TO rezystor R13 do masy.
Do korzystania z zewnętrznego sygnału wyzwalającego przełącznik WŁ.3 należy ustawić w pozycji Z.
Sygnał wyzwalania zewnętrznego regulowany jest za pomocą potencjometru P1. Rezystor R8 i kondensator C10 tworzą filtr dolnoprzepustowy. Dioda D5 ogranicza ujemne połówki napięcia wejściowego. Dodatnie przez
diodę D6 doprowadzane są do bazy tranzystora T1. Pracuje on jako wzmacniacz ograniczający. Na kolektorze T1 uzyskujemy ujemne impulsy prostokątne odpowiadające dodatnim szczytom sygnału wejściowego. Dalsza ich droga jest taka sama jak impulsów z generatora.
Montaż i uruchomienie
Przy kompletowaniu podzespołów zwracam uwagę na odpowiednio duże moce wykorzystywanych w części wysokonapięciowej rezystorów. Rezystory te w trakcie pracy układu będą znacznie się nagrzewały i wymagają odpowiedniego montażu. Lampę błyskową jak i transformator impulsowy można odzyskać ze starej lampy błyskowej. Lampy takie wyszły z użycia po rozpowszechnieniu się aparatów fotograficznych zawierających małe lampy błyskowe.
Przełączniki WŁ3 i WŁ4 nie muszą spełniać specjalnych wymagań. WŁ1 powinien być solidnym wyłącznikiem sieciowym przewidzianym dla napięcia 220 V odłączającym oba przewody. Zwracam uwagę, że w sprzedaży znajduje się ostatnio dużo przełączników z "dalekiego wschodu" na napięcia 120V. Przy 220 V mogą one być niebezpieczne dla użytkownika. Wysokie wymagania musi spełniać także przełącznik WŁ2. Dotyczy to zwłaszcza prądu (2 A) jak i napięcia. Polecam użycie trzech segmentów sieciowych Isostat.
Określenia wymaga sposób podłączenia jak i mocowania lampy błyskowej. Do zasilania anody i katody wskazane są styki ze sprężynującego materiału przewodzącego. W ostateczności może to być spiralka nawinięta srebrzanką na wyprowadzeniu lampy. Do blaszki elektrody sterującej można dolutować krótki odcinek przewodu. Długość przewodów łączących lampę z płytką nie powinna przekraczać 10 cm. Za lampą wskazany jest ekran odblaskowy.
Obudowa urządzenia powinna skutecznie uniemożliwiać dostęp do części wysokonapięciowej. Proponuję umieszczenie płytki niskonapięciowej w pobliżu płyty czołowej, a płytki wysokonapięciowej w pobliżu płyty tylnej. W ściance bocznej obudowy wykonać otwór na świecenie lampy błyskowej. Otwór ten zasłonić przezroczystą płytką z plexi.
W sytuacji braku transformatora impulsowego z "demobilu" niezbędne może okazać się jego wykonanie we własnym zakresie. Proponuję wykorzystać do tego celu karkas z rdzeniem transformatora sterującego TS13 stosowanego dawniej w odbiornikach telewizyjnych Vela i Neptun 150. Należy usunąć stare uzwojenia. W karkasie wywiercić po przeciwnych stronach jak najbliżej rdzenia dwa otwory o średnicy 1 mm, które posłużą do wyprowadzenia na zewnątrz karkasu doprowadzeń uzwojenia pierwotnego. Uzwojenie pierwotne nawinąć drutem nawojowym w emalii o średnicy 0,3 mm w formie jednej warstwy o ilości 20 zwojów. Uzwojenie to starannie zaizolować za pomocą estrofolu. Na nim nawinąć 800 zwojów drutu nawojowego o średnicy 0,1 mm zachowując ten sam kierunek nawijania. Początek uzwojenia wtórnego wyprowadzić przez ten sam otwór gdzie znajduje się początek uzwojenia pierwotnego. Wskazane jest izolowanie kolejnych warstw po 100 zwojów i zaimpregnowanie transformatora lakierem eiektroizolacyjnym. Wyprowadzenia podłączyć zgodnie ze schematem i rys. 4. Bardzo ważne jest staranne wykonanie transformatora z uwagi na wysokie napięcie wtórne (10 kV).
Istotny dla działania lampy jest rodzaj kondensatora C2. Powinien być to kondensator poi i węglanowy lub styrofleksowy na napięcie co najmniej 400 V.
Rezystory R2 i R5 należy zamontować na wysokość 10 mm nad powierzchnią płytki. Pozostałe rezystory i dioda D3 na płytce wysokonapięciowej powinny być zamontowane na wysokości 5 mm nad powierzchnią płytki. Można uzyskać to przez odpowiednie kształtowanie doprowadzeń, które powinno uniemożliwiać przemieszczanie się elementów po ewentualnym roztopieniu spoiwa.
Kondensatory elektrolityczne zamontować jak najbliżej powierzchni płytki drukowanej o ile pozwalają na to ich wyprowadzenia. Obwody sieci prowadzić przewodami w podwójnej izolacji. Połączenia punktów C i D wykonać przewodem w pogrubionej izolacji.
Płytki proponuję uruchamiać oddzielnie. Do uruchamiania niezbędny jest multimetr, a zalecany oscyloskop. Dla bezpieczeństwa wskazane jest zastosowanie transformatora bezpieczeństwa oddzielającego 220/220 V. W przeciwnym przypadku pozostaje tylko "wzmożona ostrożność".
Na płytce wysokonapięciowej
nie montować optotriaka. Po sprawdzeniu poprawności połączeń dołączyć zasilanie i sprawdzić poprawność napięć. Odczekać około 30 min dla uformowania się kondensatorów elektrolitycznych. Wyłączyć zasilanie i sprawdzić brak nadmiernego nagrzewania się elementów. Po ponownym włączeniu zasilania sprawdzić działanie lampy błyskowej przez zwarcie styków 4 i 6 przewidzianych do montażu optotriaka. Zwieraniu styków powinny towarzyszyć błyski lampy. Zabiegi te należy powtórzyć dla każdego z dołączanych kondensatorów C3, C4, C5 i C6. Po wyłączeniu zasilania zamontować optotriak i przejść do uruchamiania płytki niskonapięciowej.
Do zacisków C i D dołączyć diodę luminescencyj-ną. W pierwszej kolejności sprawdzić napięcie zasilające, które powinno wynosić +5 V. Przełącznik Wt1 ustawić na wyzwalanie wewnętrzne. Powinna migać dołączona dioda luminescencyjna. Oscyloskopem sprawdzić występowanie przebiegu prostokątnego na wyprowadzeniu 3 US2. Sprawdzić zakresy zmian częstotliwości przy regulacji płynnej potencjometrem P2 i skokowej przełącznikiem Wh4. Po ustawieniu najwyższej częstotliwości (100Hz) sprawdzić występowanie przebiegów o odwrotnej fazie na kolektorze tranzystora T2. Na kolektorze T3 powinien występować ciąg ujemnych "szpilek". Przełączyć wyzwalanie na zewnętrzne i wyłączyć zasilanie.
Zamontować optotriak i połączyć punkty A, B, C, D obu płytek. Potencjometr P1 ustawić w środkowe położenie. Włączyć zasilanie i sprawdzić multimetrem poprawność napięć. Zwieranie wejścia wyzwalania zewnętrznego do +5 V powinno powodować błyskanie lampy. Po ustawieniu niskiej energii błysków przełącznikiem WŁ2 przełączyć na wyzwalanie wewnętrzne. Sprawdzić błyski przy różnych częstotliwościach. Podobne zabiegi wykonać po zwiększeniu energii błysków pamiętając o obniżeniu ich częstotliwości. Sprawdzić nagrzewanie elementów i ewentualnie poprawić ich montaż.
Maksymalna częstotliwość błysków nie powinna przekraczać 50 Hz. Czas pracy lampy z maksymalną częstotliwością nie powinien przekraczać 1 min. Ograniczenia te wynikają z właściwości lampy błyskowej IFK-120.

Wykaz elementów - płytka wysokonapięciowa
TO -MOC 3021
D1 -1N4148
D2, D4 - LED
D3 -1N4007
L1 -IFK-120
R6 - 3,3 n/2 W
R2 - 22 Q/8 W
R5 -2200/10 W
R1 - 33 kQ/ 2 W
R7 - 47 kQ/ 2 W
R3 -1,5 MQ/1 W
C2 -33 nF/630 YKFMP-010
C3 -4,7 u.F/350 V04/U
C4 - 47 u.F/350 V
C1 -100uJ/350V
C5, C6 -220 u.F/350 V
Dt1 - 20 uH (DR 20/4)
Tl - transformator impulsowy,
patrz opis w tekście
B1 -WTAT 1A/250V
Wh 1, Wt2 - g4x segment sieciowy Isostat

Wykaz elementów - płytka niskonapięciowa
US1 - LM 7805
US2 -NE555
T1,T2, T3 -BC548B
D5, D6, D7 - 1N4148
PR1 - GB008
R13 -100Q/0,125 W
R12, R14 -1kft/0,125W
R16, R17 -5,1 ka/0,125 W
R8, R9, R10,
R11,R15 -10 kO/0,125 W
P1 -10kQAPR-185
P2 -220kQAPR-185
C11,C12 - 10nF/50V KFPf
C8 - 100 n F/63 V MKSE-20
C10 - 1 u.F/63 V MKSE-20
C15 - 1 u.F/50 V04/U
C14 -IOu.F/25 Y04/U
C9, C13 - 100 uf/16 V 04/U
C7 -470uF/16 V04/U
TR1 -TS2/14
WŁ3 - przełącznik 2 - pozycyjny
WŁ4 - przełącznik 3 - pozycyjny