Danas je nabavljen fotografski tajmer sa svjetlomjerom PDT 021/01 proizvod nizozemske tvrtke Philips iz 1970-tih godina.
Tvrtka Philips osnovana je 1891. godine te je do danas prerasla u jednu od vodećih svjetskih kompanija za proizvodnju elektronike. Poslovanje je započela proizvodnjom električnih žarulja, a 1916. godine Philips je proizveo i svoju prvu rendgensku cijev. Od 1927. godine Philips započinje proizvodnju radio aparata, a zatim i elektronskih cijevi. U 1930-tim godinama tvrtka već proizvodi medicinsku rendgensku opremu, predstavlja svoj prvi TV prijemnik te pionirski električni aparat za brijanje sa rotirajućim noževima (Philishave). 1963. godine Philips uvodi standard za snimanje zvuka na audio kazetu – Compact Audio Cassette, koji postaje globalni prihvaćen, a 1970-te godine obilježio je inovacijama poput štednih žarulja, optičkih telekomunikacijskih sustava, optičkog diska LaserVision i vrlo uspješnog Compact Disc (CD) sustava razvijenog u suradnji sa tvrtkom Sony. Sa istom tvrtkom je krajem 1990-tih godina razvijen i DVD sustav, a oba standarda doživjela su globalni uspjeh i najbrže rastući proizvod za kućnu elektroniku u povijesti. Philips danas proizvodi širok i raznolik spektar komercijalnih i profesionalnih elektroničkih uređaja i komponenti.
Tajmer Philips PDT 021/01 sadrži elektroničku vremensku sklopku koja može raditi u dva opsega: 1-15 sekundi (opseg x1) i 10-150 sekundi (opseg x10). Vrijeme rada tajmera odabire se desnim potenciometrom (1-15) i sklopkom za odabir opsega rada (x 10). Uređaj se uključuje bijelom sklopkom u gornjem desnom kutu, a tajmer se aktivira bijelim tipkalom u gornjem lijevom kutu.
Na zadnjoj strani su dvije utičnice. Na utičnicu bližu kablovima i tipkalu za tajmer spaja se fotografski aparat za povećavanje koji se koristi kod osvjetljavanja pozitiva. Napon na ovoj utičnici kontroliran je preko elektroničkog tajmera ili ručno. Na utičnicu bližu mrežnoj sklopki spaja se svjetlo za fotografsku tamnu komoru (crveno ili „tamno“ svjetlo). Ovaj napon se uključuje ručno preko bijele sklopke sa simbolom foto-ćelije. Tom sklopkom se može ručno uključiti napon za jednu ili drugu utičnicu (kad jedna radi, druga je ugašena). Ovo se koristi kod postupka mjerenja svjetla i podešavanja tajmera.
Kada je podešavanje tajmera završeno, pritisne se zelena sklopka sa simbolom aparata za povećavanje. Pritiskom zelene sklopke automatski se izbacuje bijela sklopka (i obrnuto). Tako je pritiskom zelene sklopke bijela sklopka izbačena (crveno svjetlo ima napon, a aparat za povećavanje nema) te je tajmer spreman za vremenski kontroliranu aktivaciju napona na utičnici aparata za povećavanje.
Maksimalna snaga trošila na dvjema priključnicama sa zadnje strane može iznositi 1200 W.
Fotoćelija svjetlomjera.
Osim tajmerom uređaj je opremljen i svjetlomjerom sa fotoćelijom raspona osjetljivosti 0,02-3 luksa te svojevrsnim „računalom“ koje pomaže odrediti vrijeme trajanja ekspozicije (osvjetljavanja) s obzirom na odabranu vrstu fotografskog papira i izmjerenu jačinu svjetla koju daje aparat za povećavanje.
Za ovaj uređaj nisam pronašao upute za rad, no imamo svega dva potenciometra za namještanje i korekciju vremena osvjetljavanja pozitiva (ekspozicija). Potenciometrom desno (1-15) namješta se vrijeme s obzirom na intenzitet svjetla koje daje baca sam aparat za povećavanje (izmjereno fotoćelijom), a potenciometrom lijevo se dodatno korigira to vrijeme s obzirom na tip, odnosno osjetljivost upotrijebljenog fotografskog papira (EZ = ekstra meki, Z = meki, S = poseban, N = normalan, H = tvrdi, EH = ekstra tvrdi).
Kao što se vidi tajmer je elektronički, odnosno izveden sa tranzistorima. Tipično za 1970-te godine montaža elemenata je prilično tijesna tako da se čak ni ovaj relativno jednostavni sklop ne može rastaviti i servisirati bez demontaže mrežnih dijelova (kablovi, sklopke, utičnice) i odlemljivanja više poveznih žica.
Da stvar bude gora, elementi su montirani na dvije tiskane pločice zalemljene jedna preko druge. Jedna pločica sadrži glavninu elemenata, a na drugoj pločici su tinjalice sa pripadajućim otpornicima za ograničenje struje, koje služe za osvjetljenje oznaka na dva potenciometra za podešavanje tajmera. Problem je što se pločica sa tinjalicama mora odlemiti ako se želi pristupiti tiskanim vezama i lemnim mjestima na glavnoj pločici.
Iz svega ovoga bi bilo vrlo teško nacrtati elektroničku shemu u cilju shvaćanja rada ovog uređaja. Srećom, na Internetu se može naći originalna tvornička shema.
Naš sklop je pomalo neobičan jer se za napajanje elektronike ne koristi mrežni transformator. Ispravljanje mrežnog napona je poluvalno preko diode D1, filtriranje napona je preko RC mreže C3/R27, a snižavanje napona se dalje vrši isključivo padom napona preko serijski vezanih otpornika ili preko otporničkih djelitelja napona. Ovo je inače bilo uobičajeno kod cijevnih uređaja te je ovaj sklop dobar primjer kako se sa cijevnog dizajna prelazilo na tranzistorsku tehniku.
Snižavanje napona pomoću otpornika je energetski vrlo neučinkovito jer se „višak“ snage beskorisno troši na samom otporniku koji se onda u radu može i prilično zagrijavati te mora biti dizajniran za određenu snagu. Drugi problem je što za stabilan napon mora i potrošnja struje u tom krugu biti konstantna. Međutim, u 1970-tim godinama poluvodički regulatori napona su još uvijek bili skupi i gdje god su struje i naponi bili dovoljno mali stavljao se (jeftin) otpornik za stvaranje pada napona.
Prema natpisima na shemi, otpornik za stvaranje pada napona 270 V na 45 V ima otpor 47 kΩ i snagu 2 W. To znači da je potrošnja struje u ovom krugu napajanja 4,8 mA dok je stvarna snaga na otporniku oko 1 W. Otpornik za stvaranje pada napona 270 V na 41,5 V pak ima otpor 13 kΩ i snagu 10 W. To znači da je potrošnja struje u ovom krugu napajanja 17,5 mA dok je stvarna snaga na otporniku oko 4 W. Vidimo kako su ovdje ugrađeni otpornici za dvostruko veće nominalne snage nego će ih disipirati u radu, što je svakako poželjno i uobičajeno kako bi se isti što manje zagrijavali (bolje hladili) i kako bi im time otpor ostao konstantan i životni vijek bio što duži.
Kod popravaka i mjerenja na ovom uređaju treba imati u vidu da je ovdje zajednička masa elektroničkog sklopa izravno na mrežnom naponu (faza ili nula), odnosno nema galvanskog odvajanja sklopa od mreže.
Sada ćemo malo uvećati i bolje analizirati glavni dio elektroničke sheme. Ovdje možemo razlučiti dva osnovna sklopa: svjetlomjer sa diferencijalnim pojačalom TS1 i TS2 te tajmer (vremenska sklopka) sa tranzistorima TS3 i TS4.
Svjetlomjer
Krenimo prvo od svjetlomjera. To je u osnovi balansno diferencijalno mjerno pojačalo sa instrumentom (galvanometrom) vezanim u kolektorske krugove dva tranzistora. Oba tranzistora TS1 i TS2 su jednaka, kolektorski otpornici su za oba tranzistora jednaki te dijele zajednički emiterski otpornik. Zbog zajedničkog emiterskog otpornika ovakva izvedba diferencijalnog pojačala se slikovito naziva „long tail ili long tailed pair“. Ovakvo pojačalo ima vrlo široku primjenu. U našim objavama susretali smo ga primjerice kod cijevnih voltmetara kao mjerno pojačalo, kod osciloskopskih otklonskih pojačala, kod audio pojačala i drugo. Kod push-pull audio pojačala long tail se koristi za okretanje faze signala (phase splitter) jer izlazu dva protufazna napona (koliko jedan postaje negativan, toliko drugi postaje pozitivan). Također se u audio pojačalima bez izlaznog kondenzatora koristi za poništavanje DC pomaka (istosmjerne komponente napona) koji bi se mogao pojaviti na izlazu za zvučnike.
Kod diferencijalnog pojačala sa istim vrijednostima kolektorskih i emiterskog otpornika, te uz istu struju (napon) na bazama tranzistora, također bi i kolektorske struje morale biti jednake. To onda znači da u tim uvjetima nema razlike potencijala na spojenom galvanometru i on pokazuje nulu. Naravno, u praksi elektronički elementi nisu idealni i uvijek postoji neka razlika potencijala (drift) čak i u potpuno simetrično konstruiranom diferencijalnom pojačalu, zbog same tolerancije upotrijebljenih elektroničkih elemenata. To se onda kompenzira promjenjivim otpornicima, obično u krugu baze tranzistora.
U našem slučaju imamo niz fiksnih i promjenjivih (kalibracijskih) otpora na bazama oba tranzistora kojima se kalibrira diferencijalno pojačalo i dovodi u ravnotežu pod specificiranim uvjetima. Tranzistor TS2 je mjerni i na njegovu struju utječe napon koji generira foto-ćelija. Tvornički je preko djelitelja napona na bazama tranzistora podešen balans kolektorskih struja s obzirom na karakteristike upotrijebljene foto-ćelije, tolerancije upotrijebljenih elemenata i same parametre mjerenja. Nama najzanimljiviji element je ovdje dvostruki potenciometar R12/R13 (dva potenciometra na zajedničkoj osovini) koji su mjerni potenciometri za pojedini mjerni opseg (x1 i x10). To su potenciometri sa skalom kalibriranom u sekundama (1-15).
Ovisno o jačini svjetla iz aparata za povećavanje, foto-ćelija će generirati veći ili manji napon na bazi desnog tranzistora. To će pojačalo više ili manje izbaciti iz ravnoteže, te se ponovna ravnoteža uspostavi potenciometrima R12/R13. Što je svjetlo jače, to će biti potrebno namjestiti manju vrijednost otpora na potenciometru, kako bi se kazaljka galvanometra dovela na nulu. Isti taj potenciometar sa svojom namještenom vrijednosti zatim služi za određivanje vremena rada tajmera. Tako se automatski, na osnovu izmjerenog svjetla, namješta vrijeme rada tajmera, odnosno duljina trajanja ekspozicije.
Tajmer
Vremenska sklopka ili tajmer je u osnovi jednostavna izvedba tranzistorskog tajmera gdje se rad tranzistora kao tranzistorske sklopke kontrolira naponom koji drži nabijeni kondenzator na bazi tranzistora. Kondenzator se prvo nabije na neku točno određenu vrijednost napona, a zatim se linearno prazni preko odgovarajućih kalibracijskih otpornika i preko baze tranzistora. Kad se nakon nekog vremena kondenzator isprazni na napon ispod praga okidanja tranzistora, tranzistorska sklopka se zatvara.
Vremensku bazu tajmera dakle određuju kondenzator i otpornik na bazi tranzistora. U našem slučaju otpornik je jedan od potenciometara 1-15 (x1 ili x10) koji smo gore opisali, a kondenzatori su na shemi označeni sa C1 i C1a. Kondenzator C1a (crtkano nacrtan) od 5 µF se ovdje koristi po potrebi za kompenzaciju standardne velike tolerancije vrijednosti elektrolitskog kondenzatora od 25 µF kako bi se postigao željeni vremenski raspon rada tajmera. Ovi kondenzatori se pune naponom koji se dobiva preko djelitelja napona sa otpornicima R16, R17, R18, R31 i R32. Dva od ovih otpornika su promjenjiva i služe za kalibraciju i korekciju napona do kojeg se nabija kondenzator.
Djelitelj napona se napaja sa ispravljenim mrežnim naponom od 270 V tako da se na izlazu dobivaju naponi za punjenje kondenzatora raspona 37-185 V ovisno o položaju potenciometra. To su relativno visoki naponi pa su sami kondenzatori C1 i C1a nominalnih vrijednosti 350 V. Visok napon, odnosno veliki raspon napona na kondenzatoru poboljšava „rezoluciju“ i time preciznost tajmera. Na skali tajmera 1-15 možemo primijetiti kako podjele nisu posve linearne, što znači da se kondenzator ne prazni posve linearno. To je normalno ako se za čitav opseg rada ne može osigurati posve konstantna struja pražnjenja. Međutim, ako uređaj promatramo sa konstrukcijske strane to može biti problem jer se neće za svaki uređaj crtati zasebna kalibrirana skala. Zato i ovaj RC krug koji određuje vremensku konstantu tajmera ima više kalibracijskih potenciometara kojima se dinamička karakteristika pražnjenja kondenzatora prilagođava otisnutoj skali.
Iako se shema na prvi pogled čini jednostavnom, ovo je ipak prilično neuobičajeni dizajn tajmera. Razlog za to najviše leži u činjenici da zbog izostanka mrežnog transformatora ovdje koristimo relativno visoke napone napajanja (do 46 V) koje je otpornicima potrebno dovesti na nominalne vrijednosti za upotrijebljene tranzistore. Maksimalni nominalni naponi za tranzistore BC149c su Vce=20V, Vcb=30V, Veb=5V. Za tranzistor BSX21 te vrijednosti su Vce=80V, Vcb=90V, Veb=5V.
Relej ima dvije 2-položajne sklopke. Jedna sklopka prebacuje kondenzator na punjenje za vrijeme dok relej nije aktiviran ili prebacuje kondenzator na pražnjenje preko baze tranzistora kada je relej aktiviran (kada tajmer radi). Druga sklopka spaja bazu tranzistora spaja na masu kada relej ne radi (da ne dođe do neželjenog okidanja tranzistorske sklopke) ili uključuje mrežni napon za utičnicu aparata za povećavanje kada je relej aktiviran. Relej je inače dizajniran za napon svitka 42 V, a kontakti mogu izdržati struju do 5 A.
U početnoj poziciji baza tranzistora TS3 spojena je preko otpornika R20 od 10 kΩ na masu. Naponi na bazi i emiteru su jednaki te tranzistor ne vodi. Kada se pritisne tipkalo za start releja SK-D, bazi tranzistora (paralelno otporniku R20) se pridodaje napon iz kondenzatora C1 te tranzistor provede. Posljedično tome se uključi relej koji isključuje iz kruga baze otpornik R20 te spaja paralelnu kombinaciju C1 i potenciometra R12 ili R13 ovisno o odabranom mjernom opsegu. Kondenzator se donekle linearno prazni preko R12/R13 i spoja BE tranzistora. Kad se tranzistor isprazni, baza ostaje spojena na masu samo preko R12/R13 čime je napon na istoj ispod praga vođenja te se tranzistori i relej isključuju.
Dioda D2 ovdje sprječava punjenje kondenzatora povratnim krugom preko baze tranzistora kada tajmer radi. Dioda D3 je zaštitna i štiti tranzistor TS3 od pojave prevelikog reverznog napona Vbe (emiter pozitivniji od baze) koji bi mogao bitno narušiti rad tranzistora, a kod većih reverznih napona (iznad 6 V) lako dođe i do njegovog uništenja.
Što se tiče samog izlaznog tranzistora za relej, shema je vrlo specifična. Uobičajeno se ovdje koristi neki tranzistorski par u Darlingtonovom spoju kako bi se povećala izlazna struja kruga, a relej je u kolektorskom ili emiterskom krugu izlaznog tranzistora. U našem slučaju pak su tranzistori u spoju dvostupanjskog istosmjernog (izravno spregnutog) pojačala sa zajedničkim emiterom, a relej je premošten između emitera i kolektora izlaznog tranzistora. To znači da u normalnom radu, kada tajmer (relej) nije aktiviran, izlazni tranzistor mora biti zatvoren (mora voditi) i time kratko spojiti svitak kako kroz njega ne bi tekla struja.
Naš primjerak fotografskog tajmera Philips PDT 021/01 nije u funkciji. Vidno su dotrajali svi elektrolitski kondenzatori. Mjerili smo napon na kondenzatorima za vremensku konstantu i našli da se isti vrlo sporo pune i vrlo brzo prazne. Nažalost, zbog same konstrukcije sklopova gdje je pristup elementima i tiskanim vezama vrlo ograničen, a i zbog prisutnosti izravne mrežne linije na većini elemenata, ovdje nismo mogli vršiti druga mjerenja. Svakako bi bilo potrebno zamijeniti sve elektrolitske kondenzatore kako tijekom dužeg testiranja ne bi došlo do kratkih spojeva, eksplozija i slično. Ovom uređaju, iako je tranzistorski, potrebno je pristupiti istim oprezom kao da se radi o cijevnom uređaju sa normalno prisutnim visokim naponima.
Tranzistorske sklopke mogu biti izvedene na puno načina, sa jednim tranzistorom ili sa različitim kombinacijama raznih tipova tranzistora. Sve ovisi o obliku ulaznog (okidnog) signala i o karakteristikama trošila koje se spaja na sklopku. U našem slučaju pak je shema nešto složenija zbog visokih napona napajanja i potrebe održavanja konstantne struje sklopova koji se napajaju preko pada napona na otpornicima i otporničkim djeliteljima napona.
Činilo se da će ovo biti jednostavan tranzistorski sklop, no za potpuno razumijevanje rada istog najbolje bi bilo izvršiti mjerenja na njemu (nakon popravka) ili barem izvesti elektroničku simulaciju same sheme. Tu treba biti svjestan činjenice da elektronički simulatori nisu svemogući i uglavnom vrše idealne (teoretske) proračune. Kad bi pak testiranje radili na samom sklopu, onda bi jednu sondu osciloskopa postavili na bazu ulaznog tranzistora, a druge dvije na kolektore izlaznih tranzistora i tu bi lijepo vidjelo kako se procesuira signal od ulaza prema izlazu u čitavoj vremenskoj domeni. Jasno bi se vidjela naponska krivulja punjenja i pražnjenja kondenzatora na ulazu te okidanje oba tranzistora na određenim naponskim razinama na njihovim kolektorima.
Pretpostavljam da ovaj sklop više radi kao pojačalo nego kao sklopka, a s obzirom da nema posebne stabilizacije napona sve je proračunato za točno određeni napon napajanja. Tako je naša inačica PDT 021/01 predviđena za mrežno napajanje 220 V, a novija inačica PDT 021/02 je predviđena za mrežno napajanje 240 V. Postojale su i druge inačice, primjerice PDT 021/03 za rad na 110 ili 220 V, te inačica PDT 021/09 za rad na mrežnom naponu 120 V.
U svakom slučaju razlika napona napajanja od 10% može činiti veliku razliku na visokim radnim naponima za koje je proračunat elektronički sklop te promijeniti njegove karakteristike i točnost. Također, porast napona od 10% može već prilično povećati disipaciju snage na otpornicima za regulaciju napona.