Zábleskový systém pro domácí studio

Popis

Každé zábleskové světlo je samostatnou jednotkou s vlastním napájením ze síťového rozvodu. Elektronika je tvořena několika částmi umístěnými na hlavní desce plošných spojů, a skládá se z napěťového násobiče tvořeného dvěma diodami a kondenzátory, dále řídícího obvodu tvořeného komparátorem z operačního zesilovače, obvodem řízení jasu pilotních žárovek, a na další desce pl. spojů obvodem zapalování výbojky a zábleskovým synchronizátorem.
Záblesková světla jsou napájena ze síťového napětí, které je zdvojeno diodovým násobičem. Vzhledem k tomu, že násobič je schopen dodat až 600V, je nabíjení hlavních kondenzátorů řízeno operačním zesilovačem, zapojeným jako komparátor, porovnávající referenční napětí z transformátrku, které je usměrněné a stabilizované monolitickým stabilizátorem, s napětím na hlavních kondenzátorech, přiváděné přes odporový dělič. Odpojení nabíjení kondenzátorů po dosažení požadovaného napětí (385V) je zajištěno triakem umístěným před napěťovým násobičem. Regulace výkonu je řízena vypínáním jednotlivých provozních kondenzátorů, ale zároveň změnou napětí, na které jsou tyto kondenzátory nabíjeny. Toto je řešeno otočným třípólovým čtyřpolohovým přepínačem, kterým je současně řízen výkon pilotních žárovek. Jsou použity tři kondenzátory SIEMENS 1000uF/385V a jsou odpojovány a nabíjeny podle požadovaného výkonu takto:

1. 1/8 výkon : jeden kondenzátor, napětí 265V, výkon 35Ws (poloha přepínače A+A1/odpor Ra1, B+B1/odpor Rb1)
   
2. 1/4 výkon : jeden kondenzátor, napětí 325V, výkon 53Ws (poloha přepínače A+A2/odpor Ra2, B+B2/odpor Rb2)
   
3. 1/2 výkon : dva kondenzátory, napětí 325V, výkon 105Ws (poloha přepínače A+A3/odpor Ra3, B+B3/odpor Rb3)
   
4. Plný výkon (Full) : tři kondenzátory, napětí 385V, výkon 222Ws (poloha přepínače A+A4/odpor Ra4, B+B4/odpor Rb4)
   

Mechanické provedení

Nejprve se budu věnovat mechanickému provedení jednotlivých světel. Záblesková světla jsou kompletně umístěna do novodurové odpadní trubky průměru 125mm se zahrdlením, kterou koupíme v délce 0,5m. Na světlo samotné použijeme část se zahrdlením, kterou uřízmene na délku 24cm (obr. 1). Celá elektronika je sestavena do kompaktního celku, zasunutého do této trubky, a je tvořena dvěmi kruhovými bočnicemi z 1mm hliníkového plechu, či 3mm překližky o průměru 117mm, spojenými uprostřed závitovou tyčí (dlouhým šroubem) ve vzdálenosti 90mm od sebe. V obou bočnicích jsou po obvodu v jedné polovině vyříznuty vedle sebe tři otvory pro zasunutí kondenzátorů, o průměru 41mm (kondenzátory mají průměr 40,5mm), a nad spojovacím šroubem jsou umístěny úhelníčkové úchyty pro desku plošných spojů o rozměrech 105x90mm (obr. 3). S použitím distančních sloupků délky 40mm jsem na jednu bočnici umístil čelní panel s ovládacími prvky, polepený samolepícím papírem s vytištěným panelem na běžné inkoustové tiskárně, a přelepeným pro ochranu čirou samolepící reklamní fólií (obr. 4, 5). Tento panel pro vytištění najdete ZDE. Vše co se týše mechanické konstrukce vyplývá z přiložených obrázků. Celý takto zhotovený blok elektroniky poté zasuneme do trubky (tělsa světla) a k tělesu uchytíme jedním šroubkem. Do přední strany trubky vyrobíme kruhovou ucpávku, kterou vlepíme lepidlem na novodur až pod vybrání, ve kterém bylo v zakoupené trubce gumové těsnění, které vyhodíme. Tato přední část bude sloužit pro zasouvání různých odrazných adaptérů (parabol) připevněných na prstence uříznuté ze zbytku trubek - můžeme takto vyrobit odrazné rozptylové paraboly, či odrazné deštníky, případněš další zařízení, včetně krytu výbojky. Ta je umístěna na této ucpávce uprostřed, na vyvýšeném nástavci z 60mm novodurové trubky tak, aby spodní část výbojky baly alespoň 1 cm nad okrajem tělesa světla. Opět je to vidět na obrázku 2. Je to z toho důvodu, aby při nasazení nějaké odrazné paraboly nebyla výbojka příliš "utopená" v tělese blesku. O něco jednodušší by mohlo být použití nějakých delších kovových skříněk se čtvercovým průřezem, ale pak by bylo nutné použít trojžilový napájecí kabel a skříňku uzemnit !!

Odpadní trubka	Umístění nástavce	Držák elektroniky	Držák s kondenzátory
Ovládací panel	Sestavená elektronika	Umístění desky výbojky	Hotová lampa
"Parabola" z květináče	Čelní pohled s parabolou	Nasazená parabola

Elektronika - varianta 1

Nyní se budu věnovat zapojení samotných reflektorů. Jak jsem uvedl v úvodu, po řivedení síťového napětí následuje jako první triak TR1, který odpojuje nabíjení provozních kondenzátorů po dosaženmí nastaveného napětí. Na triak navazuje násobič napětí tvořený diodami D1 a D2- 1N5408, na něž jsou připojeny dva kondenzátory C1, C2 - 47uF/450V spojené sériově se středem přes odpor R4 na síť. Tím dojde k tomu, že jeden kondenzátor se nabíjí kladnou půlvlnou a druhý zápornou půlvlnou a napětí na nich se sčítá, čímž dojde k násobení výstupního napětí. Dále následuje zpomalovací rezistor R3, který zpomaluje nabíjení provozních kondenzátorů, a zabrání vzniku oblouku ve výbojce a jejímu zničení. Dále je zde odporový dělič, ze kterého se snímá napětí z provozních kondenzátorů (R5/R6) pro porovnání na komparátoru, tvořeném operačním zesilovačem IC2- TL071 (MAA741). Toto napětí je přivedeno na vstup OZ č. 2. Odpor R5 je nutné z desky plošných spojů propojit kablíkem s diodovým výstupem z provozních kondenzátorů, ze kterých je tímto odporovým děličem napětí snímáno. Referenční napětí získáváme z transformátoru 230/15V-3W, usměrněné diodovým blokem D3 a stabilizované stabilizátorem IC4- (7812),se přivádí do vstupu č. 3 přes přepínač Př1a a čtyři odpory Ra1-Ra4, které zajistí různou hodnotu nabíjecího napětí podle požadovaného výkonu. Tyto odpory je nutné vybrat přesně, protože hodnoty uvedené v seznamu součástek nemusí přesně odpovídat vzhledem k tolerovanému rozptylu hodnot součástek. Po připojení jednotlivého odporu přepínačem změříme napětí, na které se nabíjí hlavní kondenzátory podle tabulky v úvodu článku, a pokud se nabíjí na vyšší napětí, než je požadované, je nutné hodnotu příslušného odporu zvětšit, a naopak. V případě problémů s přesnou hodnotou je možné použít místo odporů trimry a těmi nastavit přesné hodnoty ( nemusí být zase až tak přesné, protože rozdíly v napětí kondenzátorů 10% nijak zvláště neovlivní celkový výkon, jen by nemělo být překročeno maximální napětí kondenzátorů, tedy 385V). Kontrolu nabíjení zajišťují dvě LED, červená svítí během nabíjení kondenzátorů, po nabití na požadovanou úroveň červená LED zhasne a rozsvítí se zelená LED, signalizující připravenost blesku k použití. Zároveň s přepínáním nabíjecích napětí jsou přepínány provozní kondenzátory týmž přepínačem Př1b (jedná se o otočný přepínač se čtyřmi polohami/třemi póly) tak, že přes diody D5, D6, D7, D10 a D11 jsou napájeny tyto kondenzátory, a to buď jeden, nebo dva, nebo všechny tři. ( Diody D10 a D11 zajistí, aby se při přepnutí z jednoho kondenzátoru na dva, či ze dvou na tři nanabil připojovaný kondenzátor z toho předchozího přes přepínač, čímž by došlo k rychlému skokovému přetížení kontaktů v přepínači a k jejich přepálení. ) Třetí pól otočného přepínače Př1c je použit na současnou změnu výkonu pilotních žárovek, která odpovídá změně výkonu blesku. Tento pól přepínače Př1c je připojen středem k bodu "C" a jednotlivými polohami k odporům Rc1-Rc4, kterými je ovládán integrovaný stmívač IO3 U2008B (U208B), který přes triak Tr2 ovládá jas pilotních žárovek. Trimrem R12 nastavíme jas žárovek při přepnutém výkonu na nemenší výkon. Jako pilotní žárovky jsem použil na každé světlo dvě halogenové žárovky 230V/60W, které jsou umístěny po stranách výbojky. Prakticky lze použít jako pilotní žárovky jakékoliv žárovky, jakéhokoliv výkonu, podle použitého triaku, který je vhodné předimenzovat, aby se příliš nezahříval a aby nebylo nutné použít velký chladič. Obě záblesková světla jsou opatřena zábleskovým synchronizátorem pro spínání zábleskem, a zároveň jsou na obou světlech vyvedené konektory pro připojení synchrokabelu pro odpalování z fotoaparátu, takže jeden blesk můžeme připojit kabelem ke středovému kontaktu fotoaparátu, a druhý se odpálí automaticky prostřednictvím zábleskové synchronizace, případně můžeme oba blesky odpalovat bleskem nasazeným na fotoaparátu. Synchronizace je běžné zapojení se dvěma fotodiodami, tranzistorem a tyristorem. Záblesková synchronizace je sestavena společně se zapalovacím obvodem na kruhové desce v novodurovém nástavci pod výbojkou, a výbojka samotná (FT-218) je také zapájena přímo do této desky plošných spojů. Vývody na základní desce označené písmenem "V1", V2" atd. jsou propojeny se stejně označenými vývody na desce výbojky. Tato deska je upevněna na dvou kovových distančních sloupcích, na které jsou dvoulinkou přivedeny oba póly od hlavních kondenzátorů. Přišroubováním desky na tyto distanční sloupky dojde k propojení obou desek. Pozor na polaritu ! Zde je z hlavních kondenzátorů napájeno zapalovací trafo ZTR32 přes odporový dělič R14/R15 (kde je 190.5V) ze zapalovacího kondenzátoru C10. Spouštění zajišťuje tyristor otevíraný buď ze zábleskového synchronizátoru přes T3, nebo ze synchronizačního konektoru, připojeného kabelem k fotoaparátu, z děliče R16/R17, kde je napětí cca 12V. Tento synchronizační konektor je ještě možné přemostit tlačítkem pro ruční odpalování blesku. Při zapojování konektoru pozor na polaritu ! Přívod od R16,17 musí být vyveden na středový kontakt fotoaparátu, přívod na G tyristoru na kolejničku bleskových sáněk fotoaparátu ! Fotodiody jsou aktivní stranou vyvedeny směrem do strany, skrz novodurový nástavec s deskou výbojky, nebo dopředu souběžně s výbojkou, a jsou uchyceny k pájecím špičkám, zapájeým do této kruhové desky. R19 odděluje zapalovací obvod od síťové země, což je nutné z důvodu bezpečnosti při propojení blesků synchrokabelem s fotoaparátem.
Pilotní žárovky jsem použil dvě, umístěné naproti sobě vedle nástavce s výbojkou. Jedná se o halogenové žárovky 60W do patice G9 s matovou baňkou 60W/230V zn. "Massive". Pokud nebudete výkon pilotek regulovat, stačí použít 40W žárovky.



Protože někteří požadují při uvedeném výkonu co nejjednodušší konstrukci, vytvořil jsem ještě jednodušší variantu, kde je vynechána regulace pilotních žárovek, a při změně výkonu výbojky není regulováno napětí, ale pouze jsou připojovány hlavní kondenzátory, které jsou nabíjeny konstantním napětím. O této variantě se dočtete níže. Při oživování se nesnažte zjišťovat rukou teplotu triaků dotykem na chladící plochu - vždy je spojena s jedním z vývodů, a je na ní přítomno nebezpečné napětí !!!

DESKY PLOŠNÝCH SPOJŮ bohužel jen ručně kreslené :

Základní deska

Deska výbojky a zapalovacích obvodů

Elektronika - jednodušší varianta 2

Pokud je toto zapojení pro někoho příliš složité, je možné, jak jsem uvedl výše, je zjednodušit. Musíme si uvědomit, co od podobného zařízení očekáváme. Pokud netrváme na velkém rozsahu regulace výkonu, Je možné vynechat regulaci napětí a ponechat pouze přepínání kondenzátorů, tak, že bod A propojíme přímo - nikoliv přes přepínač- s odporem A4, který nahradíme trimrem a ostatní tři odpory vynecháme. Tímto trimrem poté napevno nastavíme nabíjecí napětí na 385V, které bude v rámci regulace výkonu neměnné. Regulace výkonu potom bude tím pádem třístupňová, a to po třetinách, tedy 222Ws, 148Ws a 74 Ws. I to je však podstatně více, než u prodávaného blerskového reflektoru Compactron 250Ws, který nemá vůbec výkon regulovaný, a to ani výbojky, ani pilotní žárovky. I takto je možné blesk zkonstruovat paralelním spojením kondenzátorů, a vynecháním diod D5 - D11, takže blesk pojede trvale na plný výkon. Dalším zjednodušením může být vynechání regulace pilotní žárovky, tedy celého obvodu kolem IO3 ve spodní části desky pl. spojů, včetně triaku, a žárovky napojíme přímo na vypínač. Pokud regulaci pilotek ponecháme, použijeme pouze tři odpory Rc, a to v následujících hodnotách: Rc1-470R, Rc2-12k, Rc3-47k. I bez této regulace však získáme možnost při komponování záběru sledovat stíny, avšak bez změny intenzity. Na toto zjednodušené zapojení je použita stejná deska plošných spojů, pouze jsou některé součástky vynechány, případně zapojeny jinak, jak vyplývá ze schematu vlevo. Na obrázcích výše je vidět právě tato jednodušší varianta, avšak s regulací pilotek.
Taktéž můžeme použít úplně jiný způsob regulace pro zjednodušení, a to regulaci nabíjecího napětí. Provozní kondenzátory poté spojíme paralelně, a vynecháme všechny diody D5,6,7,10,11,12,13a14, a přepínač 1a. Místo přepínače 1b a odporů Ra1-Ra4 použijeme potenciometr cca 15k. Potom je nutné k potenciometru přidat do série ještě trimr a místo R13 použít také trimr. Těmito trimry nastavíme pásmo regulace nabíjení, aby v krajních polohách potenciometru kondenzátory nabíjely od min. 265V do max. 385V Takto můžeme regulovat výkon plynule od cca 1/3 do maxima.

Seznam součástek

Galvanické oddělení od fotoaparátu

Tyto blesky jsou běžné elektrické zařízení, a jako takové podléhá všem fyzikálním dějům, odehrávajícím se v elektrických zařízeních, včetně všemožným poruchám. Narážím teď na skutečnost, že v případě závažné poruchy, či závady na zařízení blesku ( například proražení transformátoru ) by teoreticky bylo možné, že by mohlo dojít k poškození fotoaparátu. To se však netýká jen těchto zábleskových světel, ale všech, pochopitelně i továrních. Proto jsem pro ty úzkostlivé navrhl ještě jeden doplněk, kterým je možné jakékoliv takovéto studiové blesky napájené ze sítě galvanicky oddělit od fotoaparátu, takže v případě jakékoliv události ve "střevech" bleskových světel se na středový kontakt fotoaparátu nemůže dostat absolutně žádné napětí, které by jej ohrozilo. Jedná se o oddělení optickým členem MOC3020. Oddělovač je vestavěn do miniaturní plastové krabičky připevněné na botku ze starého blesku, či zakoupenou "kostku" (redukci) se středovým kontaktem. Na primární straně, tedy na straně fotoaparátu je miniaturní baterie 11A ( 6V ), z níž z + vede odpor 1k5 na střední kontakt sáněk v botce, a z kolejničky pokračuje do vývodu č.1 MOC3020. Vývpd č. 2 je připojen na - baterie. Z krabičky vyvedeme kabel ( např. kulatý stíněný, či běžnou dvoulinku ) podle požadované délky ( já mám 5m ) a na konec kabelu konektor, který bude zasunut do blesku. Opět dodržíme polaritu. Střední kolík konektoru ( CINCH ) bude připojen na vývod č.4 a zemní dutinka konektoru na vývod č.6 obvodu MOC3020.

Takto docílíme toho, že ať už budou elektrické podmínky v blesku jakékoliv, na synchrokontaktu fotoaparátu bude vždy napětí 6V, a v případě expozice středovým kontaktem fotoaparátu poteče krátkodově jen minimální proud, a to 4 mA, ovládající LEDku v optočlenu, takže přenos synchronizačního impulzu z fotoaparátu do bleskové jednotky se děje opticky, bez jakéhokoliv galvynického propojení. O baterii nemusíme mít obavy, vzhledem k proudové spotřebě a velmi krátkému okamžiku, kdy proud poteče, v tomto adaptéru vydrží několik let. Vypínač zde není nutný, protože obvod je uzavřen jen v okamžiku expozice. Reakční doba obvodu postačí pro expoziční časy do 1/125s. Kratší se však při práci ve studiu nevyužijí.

Dokončení

Mezi důležité dokončovací práce patří bezesporu povrchová úprava. Již mnohokráte jsem se potýkal s povrchovou úpravou novodurových dílů, na které nechytají dobře téměř žádné nátěry. Existuje ale jedna možnost, jak se dopracovat k dokonalému profesionálně vyhlížejícímu povrchu, a tím jsou sprejové barvy BODY, které vytvoří na povrchu strukturu krupice, tedy stejný povrch, jako mají profesionální světla Compactron. Tyto spreje existují ve třech provedeních, a to černý matný, šedý matný a čirý. Jedná se o barvy na bázi kaučuku, takže zůstávají pružné, a na novodur dobře přilnou. Taktéž je možné je po dokonalém zaschnutí přestříkat jakoukoliv barvou, čímž získáme jakýkoliv barevný odstín se strukturou krupice. Zatím nikdo, komu jsem světla ukázal, nepoznal, že se jedná o novodurové odpadní trubky - každý si myslel, že to jsou tovární studiové blesky.

Oživení a ovládání

Při oživování budete mít možná problémy s bleskovou synchronizací fotodiodami. Zde jsem záměrně použil tranzistor Tesla KC 237A s malým h21e, protože u mnohých moderních tranzistorů dochází k tomu, že napětí tvořené fotodiodami běžným okolním světlem přidržovaly tranzistor pootevřený, což rapidně snižovalo napětí na odporovém děliči natolik, že již při příchodu světelného impulzu (záblesku) toto napětí nestačilo spustit starovací tyristor. V takovém případě by bylo nutné zmenšit hodnoty odporového děliče R16/17 ve stejném poměru ( např. 6M8/330k), případně ještě zmenšit hodnotu R19. Pokud by nedošlo po nabití k záblesku a na výbojce by přesto bylo správné napětí, je třeba změřit napětí na kolektoru ranzistoru T3, které by se mělo za běžných světelných podmínek (za různých světelných podmínek se napětí mění, protože je ovlivněno fotodiodami) být cca kolem 10V. Pokud by kleslo pod 4,5V, bude nejspíše nutné provést výše uvedenou úpravu hodnot součástek. Jinak s tímto zapojením nebyly žádné jiné problémy - postavil jsem čtyři kusy, a všechny pracovaly ihned po zapojení. Jen je třeba jisté pečlivosti, protože máme na jedné desce kromě malého napětí, i napětí síťové a vysoké stejnosměrné napětí o velmi vysoké energii, takže je vhodné zapojení několikrát zkontrolovat, abychom si nepustili některé z těchto nebezpečných napětí do řídící elektroniky. Hlavně při zkouškách po každém záblesku před dalšími pracemi odpojte síťový přívod a odporem cca 330R/10W vybijte kondenzátory od zbytkového napětí (zůstává na nich cca 70V).
Při zkouškách se ukázalo jako vhodné blesk ještě doplnit vypínačem pilotních žárovek, aby bylo možné je před zábleskem vypnout, aby nemohly svojí barevnou teplotou narušit barevné složení scény. Stačí přerušit spojovou cestu na plošném spoji, vedoucí po pravé straně shora dolů k triaku a napojit vypínač. Na schematu a DPS s vypínačem ještě nebylo počítáno, ale na obrázku pro polepení panelu je již na tento vypínač místo.
Další možností je drobnou úpravou rozšířit možnosti tohoto přístroje na použití v exteriérech, externím nabíjením provozních kondenzátorů z z externího nabíječe blesků, jehož konstrukci také najdete na těchto stránkách, a sice ZDE. Celá úprava spočívá v tom, že od středového kontaktu přepínače kondenzátorů vyvedeme kablík na konektor společně s kablíkem od společného "mínus" pólu kondenzátorů. V tomto případě nebude fungovat řízení nabíjecího napětí a řízení pilotních žárovek. Bude však fungovat přepínání nabíjení kondenzátorů, které se budou nabíjet na napětí, nastavené v tomto externím nabíječi. Funkce světelné synchronizace zábleskem bude pochopitelně zachována, protože stejně jako zapalování výbojky, je napájena z hlavních kondenzátorů. Jako propojovací konektor použijte CINCH, nikoliv Jack, který při nechtěném povytažení skratuje. Taktéž je možné použít konektoru napájecího, nebo na reprobedny.
Přístroj se ovládá velmi jednoduše. Po zapnutí se rozsvítí červená LED oznamující nabíjení, a po nabití kondenzátorů - podle polohy přepínače výkonu - se rozsvítí zelená LED, signalizující připravenost k záblesku. Zároveň svítí pilotní žárovky jasem, odpovídajícím nastavení přepínače výkonu, podle nichž můžeme realizovat kompozici - sledovat stíny na objektu.
Přepínač výkonu lze přepínat za plného provozu, i během nabíjení. Pouze pokud budeme přepínat z většího výkonu na menší po nabití, musíme po přepnutí ručně odblýsknout, aby se vybily kondenzátory, protože po přepnuití na menší výkon zůstává plné napětí, a to i na kondenzátoru, který odpojíme, takže výbojka by z něj byla napájena. Toto by bylo teoreticky možné řešit sice přepínáním až za kondenzátory, ale zde již tečou velké proudy, a případné propojení dvou sousedních kontaktů při přepínání by vedlo ke skokovému vyrovnání napětí z nabitého kondenzátoru do vybitého, a ke zničení vnitřních kontaktů přepínače silným zábleskem mezi kontakty. Toto nebezpečí by šlo vyloučit použitím přepínačů Isostat, ale ty se dnes už velmi těžko shání. U otočného přepínače to ale rozhodně nedoporučuji.