Logaritmische dokatimer
Een ontwerp voor een dokatimer is niets nieuws. Wel nieuw is dat er gebruik wordt gemaakt van een logaritmische volgorde van de belichtingstijden, terwijl ook de mechanische uitvoering dusdanig is, dat er toch wel gesproken mag worden van een nieuwe benadering.
Door enkele uitgangspunten wat anders te kiezen is het mogelijk gebleken een dokatimer te ontwerpen waarmee het zeer prettig werken is.
Op de eerste plaats is hiertoe de gebruikelijke lineaire volgorde van de belichtingstijden vervangen door een logaritmische. Dit houdt in, dat een volgende tijd steeds wordt verkregen door de voorafgaande met een bepaalde faktor te vermenigvuldigen, dit in tegenstelling tot de lineaire timers, waarbij steeds een gelijk getal wordt opgeteld bij de voorafgaande waarde.
Ten tweede kan door wat extra aandacht te schenken aan de mechanische uitvoering het bedieningsgemak aanzienlijk worden vergroot, waardoor vergissingen nagenoeg worden uitgesloten.
Lineair of logaritmisch?
Bij het maken van een foto met een fototoestel kan men zowel met behulp van de sluitertijd als het diafragma de hoeveelheid licht die op het negatief valt beïnvloeden. Ook het vergrotingsobjektief is voorzien van een instelbaar diafragma. Deze instelorganen zijn zo uitgevoerd, dat iedere volgende stand de hoeveelheid licht verdubbelt. Dit is niet zonder reden gedaan.
Indien er was gekozen voor een lineair verloop van de instelling, zou dit hoogst onhandig zijn geweest. Een voorbeeld kan dit gemakkelijk verduidelijken: Indien er bijv. een lineaire volgorde bestaat van 5 sekonden, 10 sekonden, 15 sekonden enzovoort tot 100 sekonden, dan is de eerste stap (van 5 naar 10 sekonden) een verdubbeling (100%), terwijl de laatste stap (95 tot 100) nog maar 5% groot is en dus een verwaarloosbare invloed heeft op de belichting. De verdeling blijkt dus in de hogere waarden nodeloos fijn te zijn. Dit heeft tevens tot gevolg dat bij een gelijk aantal stappen (in bovenstaand voorbeeld 100 = 20) het omvatte bereik niet erg groot is; dit loopt immers slechts van 5 tot 100 sekonden.
Het logaritmische verloop heeft duidelijk voordelen: alle stappen zijn steeds even groot, zodat het mogelijk is om zonder rekenwerk de juiste belichting te kreëren door een willekeurige kombinatie van diafragma en belichtingstijd. Het totale bereik is bij 20 logaritmische stappen ongeveer 1 op een half miljoen; dit staat toch wel in schrille tegenstelling tot het 1 op twintig bereik van de lineaire instelling!
Omdat vergrotingspapier gevoeliger is voor kleine belichtingsvariaties (harder is) dan filmmateriaal, is het wenselijk om ook halve 'stops' in te kunnen stellen. Een hele 'stop' is een verhouding van 1 op 2, een halve 'stop' is dan 1 op √2. Deze verhouding kan worden benaderd door een vermenigvuldigingsfaktor van 1,4 te kiezen, die technisch gemakkelijk kan worden gerealiseerd. Van een nog fijnere verdeling (¼ 'stop'), die bereikt wordt door ook de deelfaktoren 6 en 8 te benutten, is afgezien omdat dit in de meeste gevallen niet nodig is.
De behuizing
De bruikbaarheid van de dokatimer valt en staat met de mechanische uitvoering. Een geheel gemonteerde print zonder kast werkt op zich natuurlijk korrekt, maar handig is het beslist niet om in het donker op de tast een en ander terug te vinden, om nog maar niet te spreken over het aanrakingsgevaar van de 220 volt!
Het is daarom wenselijk dat het geheel in een veilig kastje wordt ingebouwd en dat de start- en stopdruktoetsen ook in het donker gemakkelijk terug te vinden zijn. Om dit te bereiken wordt er bij dit ontwerp gebruik gemaakt van druk-toetsjes die zijn voorzien van een LED, waardoor de plaats van de toets ook in het donker duidelijk is.
Om deze reden is het aan te raden de verbindingen naar de LED's zo te kiezen, dat bij de druktoets die moet worden ingedrukt, de LED brandt. Dit houdt dus in, dat de LED die aangeeft dat de klok de vergroter heeft ingeschakeld, moet worden geplaatst in de stop-toets; de start-toets hoeft nu namelijk niet meer te worden gedrukt (dit zou immers geen effekt meer hebben), maar de stop-toets eventueel wel! Het beste kan overigens voor de LED's een andere kleur gekozen worden dan die van de dokaverlichting; anders zullen ze nauwelijks zichtbaar zijn.
De standenschakelaar, waarmee de gewenste tijd wordt ingesteld, kan het best worden voorzien van een doorzichtige schijf met de tijden erop. Deze schijf kan dan van de onderzijde door een venstertje worden verlicht, zodat steeds de gekozen belichtingstijd in het donker oplicht.
De veiligheid van de dokatimer is natuurlijk een belangrijk aspekt, omdat er in een doka met nattigheid wordt gewerkt en er meestal ook massa-voerende punten (kranen etc.) in de ruimte zijn. De kast van de dokatimer moet daarom bf geaard worden (bij een metalen kast), Of geheel uit isolerend materiaal bestaan. Een mogelijke tussenoplossing is om de timer met batterijen te voeden, waarbij dan wel de stroom door de diverse LED's drastisch moet worden beperkt tot enkele milli-ampères om de batterij te sparen.
Werking
Aan de hand van het blokschema uit figuur 1 kan de werking van de doka-timer worden verduidelijkt.
Figuur 1. Het blokschema van de dokatimer. Met behulp van een oscillator en een voordeler worden klokpulsen opgewekt die de teller (aangeduid met :2n) sturen. Het blok met de start/stop-toetsen zorgt voor de besturing van de teller.
Het schema valt eigenlijk uiteen in drie delen: Een gedeelte dat de klokimpulsen voor de teller opwekt, de teller zelf en tenslotte de start/stop-schakeling met het relais dat de lamp van de vergroter en de dokaverlichting moeten schakelen. De klokimpulsen worden gemaakt met behulp van een oscillator, waarvan de uitgangsfrekwentie naar keuze door 5 of door 7 kan worden gedeeld. Dit levert precies de gewenste faktor 1,4 (= 7/5) op. Dit signaal wordt nu zowel aan de binaire deler als aan de start/ stop-schakeling toegevoerd.
In rust wordt de binaire deler via de resetingang door de start/stopschakeling geblokkeerd. Zodra de startdrukknop wordt bediend, wordt deze reset op de eerste positieve flank van de klokimpulsen opgeheven, zodat de deler kan gaan tellen. Met S2 is de gewenste uitgang (deelfaktor) gekozen; deze uitgang wordt 'hoog' zodra de gewenste stand van de teller is bereikt. De start/ stop-schakeling wordt hierna weer in de rustpositie teruggebracht en de teller wordt weer gereset. De toestand van de start/stop-schakeling wordt met behulp van een relais vertaald in het al dan niet branden van de lamp in de vergroter.
Het schema
De oscillator (figuur 2) is opgebouwd rond de poorten N1 en N2. Met P1 kan de frekwentie op de juiste waarde worden gebracht (10 Hz). R1 is toegevoegd om de invloed van de omgevingstemperatuur op de frekwentie zoveel mogelijk te beperken.
Figuur 2. Het volledige schema van de doka-timer. Voor de keuze van de belichtingstijd wordt een kombinatie van een 12-standen schakelaar en een tumblertje gebruikt. In figuur 2a is de alternatieve oplossing met een 24-standen 2-deks schakelaar gegeven.
De variabele deelfaktor 5 of 7 wordt gerealiseerd met IC1, een 4017 die maximaal door 10 deelt en decimale uitgangen heeft; dat wil zeggen dat alle tien de uitgangen 0 t/m 9 direkt beschikbaar zijn zonder dat hiervoor nog een extra dekoder nodig is.
Uitgang n wordt na n klokpulsen 'hoog' en via de poorten N3 en N4 wordt de teller ogenblikkelijk gereset en begint dus weer bij nul te tellen. Dit resetten is noodzakelijk omdat de teller anders steeds tot 9 zou doortellen alvorens weer bij 0 te beginnen, en dat is immers niet de bedoeling!
De gekozen uitgang van IC1 geeft zo kontinu de klokimpulsen af voor de rest van de timer.
In rust zijn beide flipflops (IC2) en de binaire deler (IC3) gereset. Wordt nu S3 bediend, dan wordt er via C2 een korte positieve impuls op de set-ingang van de rechter FF gegeven, waardoor zijn Q-uitgang 'hoog' wordt. Het netwerk C2/R4, dat van de startimpuls een korte eenmalige impuls maakt, is toegevoegd om te voorkomen dat bij korte tijden de timer opnieuw wordt gestart als de startdrukknop langer wordt ingedrukt dan de ingestelde tijd. Van de linker flipflop is door het drukken op de startknop de D-ingang 'hoog' geworden. Bij de eerste positieve flank van de klokimpulsen, wordt deze '1' op de D-ingang getransporteerd naar de Q-uitgang. Hierdoor wordt de reset van de binaire deler opgeheven via Q en alle volgende klokpulsen laten de deler vanaf nul verder tellen.
In tegenstelling tot het IC4017 bestaat de hier toegepaste deler van het type 4040 uit een twaalftal achter elkaar geplaatste twee-delers waarvan de uitgangen rechtstreeks naar buiten zijn gevoerd.
Uit het tijd-diagram van figuur 3 blijkt hoe deze uitgangen zich gedragen. Hoewel ter wille van de eenvoud alleen de eerste vier uitgangspanningen zijn weergegeven, is het wel duidelijk hoe de andere uitgangspanningen verlopen, n.l. met een steeds verdubbelde periodetijd. In figuur 3 is S2 op uitgang 4 aangesloten, zodat zodra deze uitgang 'hoog' wordt, de hele zaak inklusief de binaire deler zelf wordt gereset.
Figuur 3. Het tijddiagram dat de spanningen op een aantal belangrijke punten weergeeft. Het linker gedeelte geeft de pulsvolgorde met S2 in de stand 4 sekonden. In het rechter gedeelte is de startimpuls langer dan de ingestelde tijd van 0,5 sekonde, toch geeft de schakeling maar 1 uitgangspuls.
Figuur 4. De print en de komponentenopstelling van dokatimer. De hele schakeling inklusief de voeding zijn hierop opgenomen. Alleen de voedingstrafo, het relais en de bedieningsorganen moeten extern worden aangebracht.
| R1 | 820 k |
| R2 | 270 k |
| R3,R4 | 100 k |
| R5,R6 | 22 k |
| R7 | 560 Ω |
| R8 | 390 Ω (zie tekst) |
| R9 | 390 Ω*) |
| C1 | 150 n |
| C2 | 10 n |
| C3 | 470 µ/25 V |
| C4 | 10 µ/16 V tantaal |
| D1,D2,D11,D12 | LED |
| D3 | zener 10 V/400 mW |
| D4,D5,D6,D7 | 1 N4001 of ekwivalent |
| D8 | 1N4148 of ekwivalent *) |
| D9 | 1N4148 of ekwivalent |
| D10 | DUS |
| T1,T2 | BC547 |
| IC1 | CD4017 |
| IC2 | CD4013 |
| IC3 | CD4040 |
| IC4 | CD4011 |
| S1 | tumbler 2 x wisselkontakt |
| S2 | draaischakelaar 12 standen, 1 moederkontakt |
| S3,S4 | druktoets 'Digitast' (Schadow) met wisselkontakt en LED |
| Z1 | glaszekering 100 mA traag en zekeringhouder |
| Rel | 12 V/< 50 mA *) |
| Re2 | relais 12 V/< 50 mA met 1 wisselkontakt geschikt voor 220 V ~ |
| Tr | voedingstransformator 12 V/100 mA |
| 2 stuks inbouwwandkontaktdozen | |
| Plexiglazen schijf | |
| Wrijfletters |
*) wordt vervangen door een doorverbinding als Re2 een wisselkontakt heeft.
De juiste tijdimpuls kan van flipflop 1 worden afgenomen, terwijl flipflop 2 een iets langere (onjuiste) tijd geeft omdat hierbij de tijd is opgeteld die ligt tussen het indrukken van S3 en de eerste positieve flank van de klokpuls. De uitgangen van de CMOS-IC's zijn te hoogohmig om direkt een relais of LED te kunnen sturen, en daarom is er in iedere uitgang een transistor (T1 resp. T2) geplaatst.
De print
Het opbouwen van de print aan de hand van de komponentenopstelling zal geen problemen opleveren. Wel verdienen enkele aansluitpunten enige nadere beschouwing.
De LED's D11 en D12 worden aangebracht onder de schaal zodat, afhankelijk van de stand van S1, D11 of D12, de cijfers die de belichtingstijd aangeven, worden verlicht. Hoewel in het proefmodel gewone ronde LED's zijn gebruikt, zou het mooier zijn hiervoor rechthoekige typen aan te schaffen, omdat die de cijfers meer gelijkmatig verlichten. Op deze wijze wordt een duidelijke indikatie verkregen van de belichtingstijd, waardoor de ingestelde tijd ook in het donker uitstekend af te lezen is.
Als alternatieve mogelijkheid is in figuur 2a een 24-standen-schakelaar met 2 moederkontakten getekend, die de kombinatie van S1a en S2 kan vervangen. S1a wordt dan op het rechter gedeelte van de 24-standen-schakelaar aangesloten, terwijl S1b en D12 dan kunnen vervallen. S2 wordt vervangen door het linker deel van figuur 2a. Alleen D1 1 blijft dan over als verlichting onder de schijf met belichtingstijden.
Indien er voor S1 een type wordt genomen met een middenstand die geen kontakt maakt, worden er in die stand geen klokimpulsen doorgegeven, waardoor de timer dus een oneindig lange tijd geeft. Dit kan handig zijn bij het scherpstellen van de vergroter.
Op de print zijn de uitgangen dubbel uitgevoerd. Als T1 geleidt, spert T2 en omgekeerd. Dit is gedaan om ieder relais, ongeacht of dit nu maak- of verbreekkontakten bezit, te kunnen toepassen.
In de meeste gevallen zal het geen problemen opleveren een relais met wisselkontakten op de kop te tikken dat dan op de plaats van Re2 wordt aangesloten. De dokaverlichting wordt met het rustkontakt verbonden en de vergroter met het maakkontakt. Relais Re1 en D8 zijn dan overbodig en de aansluitpunten kunnen op de print eenvoudig worden doorverbonden met een stukje draad. Weerstand R8, die kan j vervallen als er twee relais (Re1 en Re2) worden gebruikt, moet in dit geval de stroom door D1 beperken, terwijl R9 een doorverbinding wordt omdat het relais Re2 een voldoende hoge inwendige weerstand bezit.
De LED's D1 en D2 worden in de start-resp. in de stop-druktoets gemonteerd. Om beschadiging van de LED's te voorkomen, mag de stroom niet groter worden dan de maximale LED-stroom; die is meestal zo'n 50 mA. R8 (R9) bepaalt samen met Re1 (Re2) deze stroom, die met behulp van de wet van Ohm gemakkelijk kan worden bepaald. De dubbel uitgevoerde uitgangen zullen ook zeer handig blijken te zijn voor degenen die willen experimenteren met elektronische triac-schakelaars, die met behulp van opto-couplers kunnen worden gestuurd ter vervanging van het mechanische relais. Hiervoor worden echter in dit artikel geen aanwijzingen gegeven omdat dit te ver zou voeren.
Foto 1. De dokatimer, ingebouwd in een stevig kastje. In de achterwand zijn inbouwwandkontaktdozen bevestigd waarop de vergroter en de dokaverlichting aangesloten worden.
Foto 2. Hier is duidelijk te zien hoe de tijden-schijf is uitgevoerd. De knop is voorzien van een zelfgemaakte schijf uit plexiglas waarop met z.g. wrijfletters de tijden zijn vermeld. Een van de beide LED's onder de schijf licht op en geeft zo aan welke de gekozen tijd is.
Foto 3. Deze foto geeft een indruk van de montage en de bedrading van de dokatimer. De druktoetsjes zijn eenvoudig met tweekomponentenlijm vastgelijmd, terwijl de miniatuurtrafo en het relais op een apart stukje gaatjesbord zijn ondergebracht.
Foto 4. De opgebouwde print. Alle aansluitpunten zijn voorzien van 1,3 mm paaltjes waaroverheen busjes passen waaraan dan de draden zijn bevestigd.