Lichtorgel 1980

 
 

4-Kanal-Lichtorgel mit Phasenanschnittsteuerung aus dem Jahr 1980

Home
  In Verbindung mit den entsprechenden Scheinwerfern (in diesem Fall 300W PAR56) kommt dieses Gerät einer "richtigen" Lichtorgel schon recht nahe, wenn es auch gewisse Nachteile hat:
So sind Teile der Schaltung offenbar temperaturabhängig, d. h. mit zunehmender Temperatur wird die Schaltung geringfügig empfindlicher und die Empfindlichkeitseinsteller müssen etwas zurückgedreht werden - wirklich störend ist das aber nicht.
Unschön ist auch, dass die maximale Helligkeit der Lampen nicht einzeln elektronisch einstellbar ist. Am hellsten ist naturgemäß die gelbe Lampe und diese kann auch gedimmt werden, allerdings mit einer höchst antiquierten Methode.

In diesem Beitrag wird gezeigt, wie die Lichtorgel damals realisiert wurde und wie sie noch heute (Juli 2010) funktioniert. Da jedoch auch in der Elektronik meist viele Wege zum Ziel führen, sollen diese Schaltungen keineswegs das Absolutum darstellen, sondern vielmehr als Beispiele oder Anregungen für eigene Kreationen verstanden werden. Die Beschreibung umfasst deshalb auch nur die prinzipielle Funktion der Schaltungen und nicht die Berechnung jedes einzelnen Bauteils.
Da es sich zudem um alte Schaltungen handelt, wurde kein unnötiger Dokumentationsaufwand betrieben, sondern lediglich auf die Lesbarkeit der Pläne geachtet - hierfür bitte ich um Verständnis.



Wichtiger Hinweis!

Nachfolgend werden elektronische Schaltungen beschrieben, welche teilweise für den Betrieb an lebensgefährlicher Netzspannung konzipiert sind. Bei Arbeiten an Stromkreisen mit gefährlicher Netzspannung besteht die Gefahr eines tödlichen elektrischen Schlags.
Diese Beschreibung richtet sich deshalb ausschließlich an Personen, welche sich der Gefahren durch den elektrischen Strom bewusst sind und solche Gefahren aufgrund ihrer Fachkenntnisse erkennen und abwenden können.
Der eventuelle Nachbau und die Inbetriebnahme der Schaltungen erfolgt auf eigene Gefahr!




Blockschaltbild


Da die Schaltung einer "richtigen" Lichtorgel relativ komplex ist, wurde sie in einzelne Funktionsblöcke zerlegt und auf dieser Basis zunächst ein Blockschaltbild erstellt.

Das Blockschaltbild zeigt den prinzipiellen Signalfluss und die elektrische Anordnung der Funktionsblöcke, aus denen dann die einzelnen hier beschriebenen Schaltungen entworfen wurden.
Blockschaltbild
Blockschaltbild

Eingangsempfindlichkeit und Eingangswiderstand

Die Eingangsempfindlichkeit der Lichtorgel wurde auf 100mVeff (Sinus) bzw. ca. 280mVSS (Spitze-Spitze) pro Kanal an 100kΩ festgelegt, d. h. mit dieser Eingangsspannung kann die LO noch ohne Aussteuerungsautomatik betrieben werden. Diese Spannung steht bzw. stand üblicherweise am Tonband-Aufnahmeausgang von Verstärkern zur Verfügung mit dem Vorteil, dass das Signal an dieser Stelle noch nicht vom Lautstärke-Einsteller beeinflusst wurde. Das Eingangssignal der LO ist somit relativ konstant und die verbleibenden Pegelschwankungen können mit einer Aussteuerungsautomatik ausgeglichen werden.
Da ein Musik-Signal nicht sinusförmig ist und die Schaltung sowieso den Spitze-Spitze-Wert eines Signals verzerrungsfrei verarbeiten können muss, werden die Signale nachfolgend meist auch als Spitze-Spitze-Werte angegeben.



Pegel-Anpassung und Kanalmischung


Der Pegel-Einsteller besteht aus einem linearen Stereo-Poti 2 x 100kΩ, dem 2 Koppelkondensatoren 1μF vorgeschaltet sind.

Dieses Poti repräsentiert den Eingangswiderstand und ist gleichermaßen der Gate-Widerstand zweier Feldeffekt-Transistoren, die auf einen gemeinsamen Drain-Widerstand arbeiten; somit erfolgt eine rückwirkungsfreie Mischung der Stereo-Signale.

Die Ausgangsspannung dieser Stufe beträgt ebenfalls 280mVSS.
Pegel-Anpassung und Kanalmischung
Pegel-Anpassung und Kanalmischung


Aussteuerungsanzeige

Das gemischte Stereo-Signal wird zur Vermeidung grober Übersteuerungen zunächst einer Schaltung zur Aussteuerungsanzeige zugeführt. Übersteuerung erzeugt Oberwellen, welche in einen benachbarten (Lampen)-Kanal fallen und diese Lampe fälschlicherweise ansteuern können.

Da hierfür ein Zeigerinstrument verwendet wird, hat es aufgrund seiner Trägheit einen Vorlauf von 6dB (Faktor 2). Dies ist bzw. war damals ein in der Praxis gängiger Wert und erlaubt auch heute noch eine zufriedenstellende Aussteuerung der Schaltung.
Aussteuerungsanzeige
Aussteuerungsanzeige


Aussteuerungsautomatik (Automatische Verstärkungsregelung, AVR)

Des Weiteren gelangt das gemischte Stereo-Signal an den Eingang einer Aussteuerungsautomatik und außerdem in einen Nebenpfad zur Umgehung der AVR.
Ursprünglich wurde eine Aussteuerungsautomatik mit dem Baustein LM370 verwendet, die auch recht gut funktionierte. Leider war dieser Baustein aus unbekannten Gründen irgendwann defekt und nicht mehr erhältlich, sodass die AVR umgebaut werden musste.


Die aktuelle Schaltung der Aussteuerungsautomatik (auch Dynamik-Kompressor genannt) findet man in den Applikationsbeispielen des Operational Transconductance Amplifier (OTA) LM13700. Es gibt zwar bessere Varianten eines Dynamik-Kompressors mit diesem Baustein, da der Schaltkreis jedoch 2 OTAs enthält, wurden hier praktisch 2 dieser einfachen Kompressoren hintereinander geschaltet.

Das Komprimierungsverhältnis beträgt etwa 13:1, d. h. ein Eingangssignal von 280mVSS +/- 20dB (zwischen 10mVeff und 1Veff bei Sinus) erzeugt eine Ausgangsspannung von 280mVSS +/- 1,5dB (zwischen 84mVeff und 119mVeff bei Sinus).
Aussteuerungsautomatik
Aussteuerungsautomatik (AVR)

Die Schaltung wurde anfangs so ausgelegt, dass bei einem sinusförmigen Eingangssignal von 280mVSS auch ein Ausgangssignal von 280mVSS generiert wird, beim Anlegen eines Musiksignals von 280mVSS ändern sich jedoch die Verhältnisse: Ein Musiksignal hat vergleichsweise mehr Spannungsspitzen und einen kleineren Mittelwert. Da auf den Mittelwert geregelt wird, ist die Ausgangsspannung deutlich größer, als bei einem sinusförmigen Signal. Um diesen Effekt zu kompensieren, wurde nachträglich der 250k-Widerstand in den Ausgang eingefügt.

Die AVR funktioniert zwar, kann aber trotzdem nicht zum Nachbau empfohlen werden. So wurden die Widerstände weitgehend empirisch ermittelt, um die Schaltung auf ein maximales Komprimierungsverhältnis zu optimieren. Aufgrund der Exemplarstreuungen könnten nach Einsetzen eines anderen OTAs auch andere Widerstände erforderlich sein.
Als weiterer Nachteil sei erwähnt, dass die Schaltung bei tiefen Frequenzen leicht zur Übersteuerung und somit zur Generierung von Oberwellen neigt.
Ein grundsätzlicher Nachteil von Dynamik-Kompressoren ist, dass bei Musik-Signalen mit überbetonten Frequenzbereichen auf diese Bereiche geregelt wird und die restlichen Frequenzen entsprechend weniger berücksichtigt werden. In der Praxis ist das zwar kaum wahrnehmbar, aber die Aussteuerungsautomatik kann deshalb wahlweise ein- oder ausgeschaltet werden.



Nachverstärker mit Höhenanhebung

Bevor das Musik-Signal zu den Filtern gelangt, durchläuft es einen Nachverstärker mit Höhenanhebung. Obwohl dieser Verstärker ein recht einfaches Schaltungsdetail darstellt, bedarf die Festlegung der erforderlichen Spannungsverstärkung einiger Überlegungen:
Das Musik-Signal besteht aus der quadratischen Addition aller vorhandenen Frequenzanteile. Durch die Filterung wird das Musik-Signal insgesamt 4 Bereichen zugeordnet mit der Folge, dass am Ausgang eines jeden Filters nur ein Teil des ursprünglichen Signales zur Verfügung steht.

Die den Filtern nachgeschalteten Steuerstufen der LO benötigen ihrerseits zur Vollaussteuerung ein Signal von 2,8VSS (1Veff bei Sinus), welches von den Filtern geliefert werden muss. Die Spannung am Eingang der Filter muss also um einen bestimmten Wert größer sein, und zwar um den Faktor Wurzel aus Anzahl der Kanäle = 2.
Der Nachverstärker hebt das Signal deshalb von 280mVSS (100mVeff bei Sinus) auf 5,6VSS (2Veff bei Sinus) an und hat bei niedrigen Frequenzen somit eine Spannungsverstärkung von vu = 20 (26dB).

Gleichermaßen bewirkt der Nachverstärker eine Höhenanhebung, die darin begründet ist, dass besonders die hohen Frequenzanteile in Unterhaltungsmusik statistisch betrachtet weniger stark vertreten sind. Dazu existieren seit vielen Jahren sogenannte Amplitudenstatistiken, inwieweit diese für moderne Musik allerdings noch zutreffen, sei dahingestellt.
Im vorliegenden Fall setzt die Höhenanhebung bei ca. 3kHz ein und folgt bis 16kHz etwa einem Hochpass 1. Ordnung; diese Einstellung hat sich in langjähriger Praxis als zufriedenstellend erwiesen.


Nachverstärker mit Höhenanhebung
Nachverstärker mit Höhenanhebung
 
Frequenzgang des Nachverstärkers
Frequenzgang des Nachverstärkers



Aufteilung des Niederfrequenzspektrums und Zuordnung der Lampen-Farben

Sinnvoll ist eine Lichtorgel mit 3 oder 4 Kanälen. Mehr Kanäle sind zwar möglich, erfordern aber entsprechend steilflankige Filter, wenn nicht immer mehrere Lampen im nahezu gleichen Rhythmus leuchten sollen.

Relativ einfach ist die Aufteilung des Niederfrequenzspektrums in 4 gleich große Bereiche:
Betrachtet man den Bereich zwischen 20Hz und 20kHz als hörbaren Frequenzbereich und geht davon aus, dass sehr niedrige und sehr hohe Frequenzen nur selten auftreten, dann bleibt als sinnvoller Frequenzbereich etwa 25Hz bis 16kHz (ca. 9,5 Oktaven). Mit Hilfe von Logarithmenpapier und einem Lineal kann man aus dieser Vorgabe 4 gleich große Bereiche abmessen und erhält somit die -3dB-Grenzfrequenzen (fg) der einzelnen Filter; im vorliegenden Fall betragen sie 126Hz, 632Hz und 3180Hz.

Hinsichtlich der Zuordnung von Tonhöhen und Lampenfarben mag es unterschiedliche Ansichten geben, bei professionellen Geräten ist aber häufig der physikalisch bedingte Zusammenhang über die Wellenlänge anzutreffen:
Niedrige Frequenzen haben eine lange Wellenlänge, und bezogen auf langwelliges (sichtbares) Licht entspricht das der Farbe rot. Umgekehrt haben hohe Frequenzen eine kurze Wellenlänge, und bezogen auf kurzwelliges (sichtbares) Licht entspricht das der Farbe blau (bis violett). Tiefe, mitteltiefe, mittelhohe und hohe Frequenzen wären dann den Farben rot, gelb, grün und blau zuzuordnen.
Die räumliche Anordnung der Lampen könnte sich z. B. an einer Klaviatur orientieren: Links der Bass bzw. die rote Lampe und rechts die Höhen bzw. die blaue Lampe (siehe auch das Bild am Ende der Beschreibung).



Steilflankige Filter und Trennung von der Signalquelle

Die Wirkung einer Lichtorgel steht und fällt erheblich mit der Qualität der Kanaltrennung, und hierin kann man nicht genug Aufwand investieren. Ursprünglich wurden in dieser LO Butterworth-Filter 3. Ordnung verwendet, da sie mit nur einem Operationsverstärker pro Flanke auskommen.


Diese Filter wurden später ersetzt durch Tschebyscheff-Filter 4. Ordnung mit 0,5dB Welligkeit. Die neuen Filter benötigen zwar 2 Operationsverstärker (1 Doppel-OP) pro Flanke, aber gerade im Bereich der Grenzfrequenzen bieten Tschebyscheff-Filter 4. Ordnung eine deutlich höhere Flankensteilheit und somit bessere Kanaltrennung.
Die Frequenzgänge dieser Filter zeigt das nebenstehende Diagramm. Man kann davon ausgehen, dass die Filter handelsüblicher Low-Cost-Geräte mit den hier verwendeten Filtern nicht annähernd vergleichbar sind.
Filterkurven der einzelnen Pässe
Filterkurven der einzelnen Pässe

Die Berechnung solcher Filter ist nicht trivial und soll an dieser Stelle nicht weiter erläutert werden. Berechnungshinweise findet man in der einschlägigen Elektronik-Literatur wie z. B. dem Standard-Werk "Halbleiter-Schaltungstechnik" von U. Tietze und Ch. Schenk.
Bei den Tiefpässen können zur Vereinfachung alle Widerstandswerte gleichgesetzt werden, während die Kondensatorwerte anhand vorgegebener Gleichungen und Koeffizienten zu berechnen sind. Das Ergebnis sind jedoch Werte, die in den allermeisten Fällen nicht erhältlich sind und aus Einzelwerten zusammengesetzt werden müssen. Dieses Verfahren ist deshalb nur geeignet, wenn man auf eine ausreichende Anzahl an Kondensatoren zurückgreifen kann.
Bei den Hochpässen ist es einfacher, da hier die Kondensatoren vorgegeben werden und die Widerstände zu berechnen sind.
Bandpässe ergeben sich aus einer Reihenschaltung von Tief- und Hochpässen.


Tiefpass
Tiefpass (rote Lampe)
fgo = 126Hz
 
Bandpass 1
Bandpass 1 (gelbe Lampe)
fgu = 126Hz / fgo = 632Hz

Bandpass 2
Bandpass 2 (grüne Lampe)
fgu = 632Hz / fgo = 3180Hz
 
Hochpass
Hochpass (blaue Lampe)
fgu = 3180Hz

Elementar für die Funktion solcher Filter ist die Genauigkeit der frequenzbestimmenden Bauteile. Alle Widerstände und Kondensatoren wurden deshalb auf eine Toleranz von max. 1% selektiert, was wiederum den Zugriff auf ein entsprechendes Messgerät voraussetzt.

Es geht aber auch anders.
In der Beschreibung der Lichtorgel 2010 LC werden z. B. Filter 2. und 4. Ordnung beschrieben, deren Kondensatoren vorgegeben sind und bei denen ausschließlich die Widerstände berechnet wurden.



Steuerstufen mit Linearisierung und Empfindlichkeitseinstellern

In den Steuerstufen wird aus dem gefilterten Musik-Signal eine Steuerspannung für die Leistungsstufen generiert, und dies soll etwas näher erläutert werden:

Zunächst gelangt das Signal an den Eingangsverstärker der Steuerstufen, dessen Verstärkung mit dem Trimmpoti P10 einstellbar ist. Die Verstärkung ist jedoch nicht konstant, sondern abhängig von der Höhe des Eingangssignales (und somit von der Lautstärke). Mit zunehmendem Eingangssignal wird bei der negativen Halbwelle irgendwann die Diode D4 leitend und schaltet den Widerstand R58 parallel zu R57. Dadurch steigt die Verstärkung der negativen Halbwelle stark an, wobei der Einsatzpunkt mit dem Trimmpoti P11 einstellbar ist. Dass das Signal dadurch stark verzerrt wird, ist ohne Bedeutung; an dieser Stelle muss aus dem Musik-Signal nur noch eine Steuer-Gleichspannung erzeugt werden.

Die lautstärkeabhängige Verstärkungserhöhung soll eine grobe Anpassung von Lautstärkeeindruck und Helligkeitseindruck bewirken:
Nach dem Weber-Fechner-Gesetz verhält sich die subjektive Stärke eines Sinneseindrucks proportional zum Logarithmus der objektiven Intensität des physikalischen Reizes. Dieser Zusammenhang ist zwar besonders hinsichtlich der Lautstärkeempfindung nur eingeschränkt gültig, er wird aber hier für beide Sinnesempfindungen angenommen.
Wird ferner angenommen, dass die Intensität des physikalischen Reizes proportional seiner erzeugenden elektrischen Größe (hier die Spannung) ist, dann scheint Proportionalität zwischen Musik-Signal und Lampenspannung sinnvoll, um Lautstärkeeindruck und Helligkeitseindruck aneinander anzupassen.
Zumindest für die Helligkeit einer Glühlampe trifft die 2. Annahme jedoch leider nicht zu. So leuchtet eine 230V-Lampe z. B. erst ab einer Spannung von etwa 40 bis 50V und bleibt bei leisen Musikpassagen dunkel. Die Intensität ist zudem nicht proportional zur Lampenspannung und die Lampenspannung nicht proportional zum Phasenanschnittwinkel.
Es ist schwierig, diese unübersichtlichen Abhängigkeiten analytisch zu erfassen, und ob das überhaupt gelingen kann, ist fraglich. Am einfachsten ist es, sich mit einem proportionalen Zusammenhang zwischen Musik-Signal und Lampenspannung zufriedenzugeben und die Schaltung entsprechend auszulegen.


Hierzu wird die effektive Lampenspannung in Abhängigkeit des Musik-Signals gemessen und der gekrümmte Verlauf nach Möglichkeit etwas "geradegebogen".
Im vorliegenden Fall zeigte sich im interessierenden Bereich ein Verlauf, welcher weitgehend der Funktion zwischen Lampenspannung und Anschnittwinkel folgt und man erkennt, dass etwa im oberen Drittel des Aussteuerungsbereiches die Lampenspannung und somit die Helligkeit kaum noch zunimmt.
Diese Abflachung wird durch die Verstärkungserhöhung praktisch "hochgeklappt" und hierdurch ergibt sich insgesamt ein weniger gekrümmter Verlauf.
Lampenspannung als Funktion des Musik-Signals
Lampenspannung als Funktion des Musik-Signals

Mit mehreren Dioden-Widerstandsnetzwerken könnte die Linearisierung auch noch deutlich verbessert werden. In diesem Gerät wurde jedoch nur eine einzige Linearisierungsdiode verwendet und mit dieser einfachen Maßnahme wurde ein zufriedenstellendes Ergebnis erzielt.
Dass die Lampen bei leisen Musikpassagen dunkel bleiben, ist nicht störend - ganz im Gegenteil. Erst dann, wenn eine bestimmte Frequenz deutlich wahrgenommen wird, dann soll auch die dazugehörige Lampe leuchten. Der gesamte Helligkeitsbereich wird mit einem Dynamikumfang von 12 bis 14dB abgedeckt.

Vom Transistor T7 gelangt das Signal auf den Empfindlichkeitseinsteller P13, dessen Arbeitsbereich mit den Trimmpotis P12 und P14 einstellbar ist. Die Justage ist zwar lästig, bietet aber maximale Flexibilität. So können z. B. alle Empfindlichkeitseinsteller so justiert werden, dass die Lichtorgel bei deren Mittelstellung optimal arbeitet. Dreht man weiter nach rechts, dann beginnt bei abgeschaltetem Musik-Signal der Dimmerbetrieb der Lampen.

Am Emitter des Transistors T8 liegt schließlich eine vom Musik-Signal abhängige Steuer-Gleichspannung, und hier muss man sich entscheiden, wie diese Spannung sicher in die an gefährlicher Netzspannung liegende Leistungsstufe übertragen werden soll. Da optoelektronische Komponenten damals noch nicht preisgünstig in der heutigen Vielfalt erhältlich waren, werden in dieser LO herkömmliche 1:1-Übertrager verwendet.

Problematisch ist hierbei, dass Übertrager nur Wechselspannungen verarbeiten können und die Steuer-Gleichspannung deshalb vorher noch in eine proportionale Steuer-Wechselspannung umzuwandeln ist. Dies geschieht mit Hilfe eines 10kHz-Rechtecksignals (Hilfs-Wechselspannung) und eines Operational Transconductance Amplifier (OTA).
Die Hilfs-Wechselspannung wird über Transistor T9 an den Eingang des OTAs geführt und die Steuer-Gleichspannung an dessen Steuereingang. Am Ausgang des OTAs ergibt sich somit eine Wechselspannung, deren Amplitude von der Höhe der Steuer-Gleichspannung abhängig ist. Diese Steuer-Wechselspannung wird schließlich in die Leistungsstufen der Lichtorgel übertragen.

Zur Erzeugung des 10kHz-Rechtecksignals kann jeder Generator verwendet werden, der eine halbwegs symmetrische Kurvenform erzeugt; im vorliegenden Fall kommt der Funktionsgenerator-Schaltkreis 8038 zum Einsatz.


Steuerstufe für einen Kanal
Steuerstufe für einen Kanal
 
Rechteck-Generator
Rechteck-Generator mit 8038



Übertragung der Steuer-Wechselspannung in die Leistungsstufen

Ab hier wird es gefährlich, und bei der Auswahl der Übertrager sollte man sich auf keine Kompromisse einlassen.

Diese Übertrager stellen - wie auch der Netztransformator - die Schnittstelle zwischen gefährlicher Netzspannung und berührbarer Kleinspannung dar (der NF-Eingang der Lichtorgel ist berührbar) und müssen deshalb die Bedingungen der sicheren Trennung erfüllen. Dazu gehört die Einhaltung bestimmter Aufbauvorschriften nach VDE (z. B. Verwendung geeigneter Materialien, Dicke der Isolierung, ausreichende Luft- und Kriechstrecken usw.) sowie eine Hochspannungsfestigkeit von (je nach Norm) mindestens 3000V zwischen den Wicklungen.



Leistungsstufen mit Phasenanschnittsteuerung

Die Schaltung entspricht im Wesentlichen einem einfachen Dimmer, bei dem das Einstellpoti durch die Kollektor-Emitter-Strecke eines bipolaren Transistors ersetzt wurde. Da ein Transistor nur eine Polarität verarbeiten kann, befindet er sich im Querzweig eines Brückengleichrichters aus 4 Dioden 1N4007.

Die eingespeiste Steuer-Wechselspannung wird gleichgerichtet, gesiebt und an die Basis des Transistors geführt; hierdurch erfolgt die Helligkeitssteuerung der Lampen.

Mit der Größe des Kondensators und der Widerstände kann dem Leuchten der Lampen eine gewisse Trägheit gegeben werden - sofern die Lampen nicht schon selbst träge genug sind. Die Wahl dieser Werte obliegt deshalb teilweise dem subjektiven Empfinden des Erbauers.
Leistungsstufe
Leistungsstufe



Festlegung der Lampen-Leistung und Absicherung der TRIACs

In vielen Dimmer-Schaltungen werden 6A-TRIACs verwendet, die bei 230V Netzspannung theoretisch eine Leistung von nahezu 1500W schalten können - ein 6A-TRIAC sollte deshalb eigentlich ausreichen.

Bei Glühlampen ist jedoch zu bedenken, dass der Kaltwiderstand des Glühfadens nur einen Bruchteil des Warmwiderstandes beträgt und z. B. beim Einschalten einer 500W-Lampe Impulsströme von über 40A auftreten können. Diese Ströme fließen zwar nur für wenige Millisekunden und werden zusätzlich durch die schaltungstechnisch bedingte Trägheit infolge der Glättungskondensatoren usw. bedämpft, aber um seriös zu beurteilen, ob ein 6A-TRIAC solche Impulse übersteht, muss das Joule-Integral des TRIACs mit dem Joule-Integral des Einschaltvorgangs der Lampe verglichen werden - und diese Werte müssen dazu erst einmal bekannt sein.
Da das meistens nicht der Fall ist, wurden in dieser Lichtorgel von vornherein 16A-TRIACs eingesetzt, die auch bei Belastung mit 500W-Lampen ausreichend Reserve bieten.

Problematisch ist die Absicherung der TRIACs (und Halbleiter allgemein) mittels Schmelzsicherungen.
Da Halbleiter bei Überlastung sehr schnell zerstört werden, kommen zu deren Schutz oftmals superflinke Sicherungen zum Einsatz. Beim Einschalten von Glühlampen kann es aus oben aufgeführten Gründen jedoch passieren, dass die Sicherung geschmolzen ist, bevor die Lampe leuchtet.
Letztendlich kann man die Eignung einer Sicherung wieder nur durch einen Vergleich aller beteiligten Joule- bzw. Schmelzintegrale abschätzen: Das Joule-Integral des Halbleiters muss größer sein, als das Schmelzintegral der Sicherung, und das Schmelzintegral der Sicherung muss größer sein, als das Joule-Integral des Einschaltvorgangs der Lampe.
Im vorliegenden Fall werden flinke 4A-Sicherungen verwendet, die sich zumindest beim Betrieb mit 300W-Lampen bewährt haben.



Gleicher Helligkeitseindruck aller Lampen bei voller Leistung

Das wäre wünschenswert, ist aber aufgrund der unterschiedlich stark vorhandenen Spektralanteile bei einer Glühlampe erst einmal nicht so; erfahrungsgemäß überstrahlt die gelbe Lampe meist alle anderen.

Die einfachste Methode zur Anpassung der Helligkeiten wären unterschiedliche Lampen-Leistungen, aber diese Vielfalt an unterschiedlichen Lampen steht leider nicht zur Verfügung.
Wenn man Scheinwerfer mit Farbfiltern verwendet, dann können die unterschiedlichen Helligkeiten durch Vorsetzen mehrerer Filterfolien angepasst werden; dadurch erhält man auch sattere Farben.
Elegant wäre die Anpassung auf elektronischem Wege, dies ist bei dieser Lichtorgel jedoch nicht ohne Weiteres möglich.
Deshalb beschränkt sich die Anpassung der Helligkeit hier nur auf die Dimmung der gelben Lampe, und zwar mittels eines ordinären Vorwiderstandes, der in den Stromkreis der gelben Lampe eingeschleift werden kann. Diese Methode ist zugegeben antiquiert, aber sie wirkt.

Dieser Vorwiderstand sollte - je nach Lampen-Leistung - eine Leistung von 50 bis 100W haben. Er muss die umgesetzte Wärme abgeben können und vor allem muss er berührungssicher eingebaut werden, da er ebenfalls an gefährlicher Netzspannung liegt.



Funkentstörung

Ein Phasenanschnitt erzeugt Oberwellen, die sich in benachbarten Geräten störend bemerkbar machen können (Funkstörungen).
Wenn auch die Oberwellen einer 100Hz Grundschwingung schlimmstenfalls noch im Kurzwellenbereich hörbar sind, so gibt es doch gesetzliche Vorgaben, die meistens mit einer einfachen Entstörung aus Drossel und Kondensator einzuhalten sind. Der Aufwand ist also gering, wichtig ist nur, dass hierfür ein spezieller Funkentstör-Kondensator (X2) verwendet wird.
Andere Kondensatoren sind möglicherweise nicht dafür geeignet und könnten platzen bzw. abbrennen und das Innenleben eines Gerätes nachhaltig verschmutzen.



Aufbauhinweise

Die komplette Schaltung der Lichtorgel wurde auf Lochraster-Leiterplatten untergebracht. Dies ist zwar nicht sehr professionell, aber wenn die Lötstellen in Ordnung sind, dann funktioniert eine solche Schaltung sehr zuverlässig.

Die Versorgungsspannungen +6V und +12V sind etwas niedrig; mit höherer Versorgungsspannung (z. B +12V und +24V) ließe sich die Schaltung höher aussteuern und manche Verzerrungen wären evtl. vermeidbar. Mit einer symmetrischen Versorgung +/-12V gegen Masse ließen sich zudem vermutlich einige Koppelkondensatoren einsparen.

Da der Netzschalter nicht für die Belastung mit insgesamt 2000W ausgelegt ist, wird der Lampenkreis über Relais geschaltet.
Was die elektrische Sicherheit der LO grundsätzlich betrifft, so wurde auf die Anforderungen an die Übertrager und den Netztransformator bereits hingewiesen.
Auf denjenigen Leiterplatten, wo gleichzeitig Netzspannung und Kleinspannung vorhanden sein müssen, sind zwischen Netzspannungs- und Kleinspannungskreis Abstände von (je nach Norm) mehreren Millimetern einzuhalten.

Netzspannung führende Leitungen dürfen nicht an Teilen des Kleinspannungskreises anliegen, da hiermit fast immer die Bedingungen der sicheren Trennung verletzt werden. Diese Leitungen sind sorgfältig von Kleinspannung getrennt zu verlegen und mit Kabelbindern zu fixieren.

Liegen Netzspannung führende Leitungen an metallischen Gehäuseteilen an, so sind diese Gehäuseteile tragfähig mit Schutzleiter zu verbinden. Besteht das Gehäuse aus Metall, so ist es sowieso zuverlässig und mit ausreichendem Querschnitt an den Schutzleiter des Versorgungsnetzes anzuschließen.

Die Verbindung zu den Lampen erfolgt über einen 6-poligen Industrie-Steckverbinder (Hirschmann) und 6-poliges Netzkabel (4xLampe + gemeinsamer Rückleiter + Schutzleiter).
Die Verbindung zu einem externen Vorwiderstand zwecks Dimmung der gelben Lampe wird ebenfalls über einen Hirschmann-Industrie-Steckverbinder (2-polig + Schutzleiter) hergestellt.


Lichtorgel mit Phasenanschnittsteuerung
Die 4-Kanal-Lichtorgel mit Phasenanschnittsteuerung ...
 
Scheinwerfer
... und die zugehörigen 300W-Scheinwerfer (PAR56)

Home