Urządzenie do odmierzania czasu i taktu pracy przy różnych procesach W procesie powstawania fotografii, od zdjęcia aż do gotowego obrazu, ważną rolę odgrywa szereg czynności o różnym czasie trwania. W celu zrealizowania bardzo krótkiego czasu naświetlania filmu, który w normal­nych warunkach wynosi 0,001 do 1/30 s z góry decydujemy się na to, żeby nawet w najtańszych aparatach fotograficznych stosować mechaniczne urządzenie naświetlające, tzw. migawkę, co nie wymaga ekonomicznego uzasadnienia. Proces otrzymywania fotografii wymaga wykonywania sze­regu czynności w odpowiednim czasie. Fotoamatorzy na ogół nie korzy­stają z urządzeń pomocniczych, nie posługują się niejednokrotnie nawet zwykłym zegarem. Wynikiem tego jest utrudnienie pracy (koncentracja na liczeniu, zamiast na wynikach) oraz brak powtarzalności wyników. Dlatego decydujemy się na sprawienie sobie elektrycznych lub elektronicznych naprawdę prostych, a niezawodnych środków pomocniczych, które przej­mą odmierzanie określonych okresów czasu i sterowanie nimi. Gdy re­zygnuje się z urządzeń elektromechanicznych takich, jak wszelkiego rodzaju zegary elektryczne napędzane silniczkami, które stosuje się zwłaszcza do odmierzania okresów czasów dłuższych od 5 minut, wtedy zasada działa nia wszystkich nadajników czasów krótszych będzie polegała na uzyska­niu monotonicznie zmieniającego się w czasie napięcia, które po osiągnięciu pewnej określonej wartości będzie wywoływało jakiś specjalny proces. Napięcie takie powstaje np. w najprostszym przypadku, przy wszelkiego rodzaju ładowaniu, przeładowywaniu i rozładowywaniu kondensatorów poprzez opornik (obwód RC, zwany również „elektrycznym członem cał­kującym", Urządzenie czasowe oparte na takiej zasadzie składa się więc co najmniej z członu RC i włączonego za nim wyłącznika mającego progową wartość zadziałania ( którego oporność wejściowa R« jest włączona w ob­wód RC i modyfikowana w postaci pokazanej na(obwód zastępczy).się zgodnie ze stałą czasową r przy określonej stromości początkowej od danej wartości początkowej zgodnie z funkcją e (e = 2,718.... tzw. liczba naturalna) do określonej wartości końcowej. Przy zbliżaniu się do wartości końcowej krzywa staje się coraz bardziej płaska. W zależności od aktualnie określonej stałej czasowej t = C-R||R,*), wartość progowa napięcia U, zostanie osiągnięta wcześniej lub później; przez dobór odpowiednich war­tości R i C można czas włączenia U odpowiednio ustalić ().Zwiększanie oporności R także ma ścisłą granicę, wynikającą w mniej­szym stopniu z tego, że zastosowane materiały izolacyjne mają określoną oporność upływu. Istotnym zaś czynnikiem ograniczającym wzrost R jest skończona wartość oporności wejściowej układów progowych (dyskrymi-nator). Jak wcześniej było powiedziane,Przebieg zmian napięcia na kondensatorze w tak obciążonym obwodzie RC, jak np. w obwodzie pokazanym na dla wspomnianych już trzech rodzajów ładowania (naładowanie, przeładowanie, rozładowanie) pokazano kolejno na . Są to tzw. krzywe wykładnicze: napięcie Uc zmienia Duże czasy włączenia wymagają więc dużych stałych czasowych! Naj­większe i dające się uzyskać przy rozsądnym jeszcze nakładzie pracy sta­bilne stałe czasowe są rzędu kilkuset sekund (przybliżone wartości C — = 100 nF, R — 2 Mil w obwodach z lampami elektronowymi lub C «• = 2000 iiF i R = 100 kil w obwodach tranzystorowych). Dowolne zwiększanie stałej czasowej na drodze zwiększania wartości po­jemności bądź oporności obwodu ma jednak pewne granice, wynikające z niedoskonałości elementów bądź układów. Zwiększanie pojemności jest ograniczone obecnością oporności strat (upływu) w dielektryku. Ze wzrostem pojemności maleje wartość oporności strat, która będąc —w układzie za­stępczym kondensatora — równolegle dołączona do idealnej pojemności, bocznikuje opornik R.. Oporność strat kondensatora zależy od temperatury oraz napięcia występującego na kondensatorze; charakterystyka konden­satora—w szczególności elektrolitycznego — również nie jest bez wpływu na oporność strat.stała czasowa jest funkcją równo­legle połączonych oporników R i Rs. Wiadomo z kolei, że wypadkowa z tych wartości będzie mniejsza od najmniejszej składowej, tak więc wpływ oporności R na stałą czasową — a tym samym na czas załączania — bę­dzie widoczny jedynie wtedy, gdy R < Rs. Chcąc zapewnić jednoznaczność czasową zadziałania układu progowego, należy dążyć do tego, by napięcie możliwie stromo dochodziło do wartości progowej. W przeciwnym razie wystąpi zjawisko pełzania czasu zadziałania. Jak wynika z (dla procesu ładowania) oraz (dla procesu rozładowania), wymaganie to jest spełnione wtedy, gdy t, ^ (2-f-3) t. Z drugiej strony najmniejszy wpływ poziomu progu dyskryminatora ma najmniejszy wpływ na czas zadziałania dla U < t (podajemy to bez do­wodu!). Dlatego przyjmujemy warunek ts < 2 r. Za pomocą tej prostej metody możemy uzyskać w najlepszym przypadku czasy włączenia co najwyżej 5-4-50 minut. Wprawdzie za pomocą „efektu Millera" elektronika daje możliwość zwiększenia tych czasów o 10*^-10*, jednakże stabilność tych współczynników jest kwestią włożonego wysiłku. Przy ograniczonych wymaganiach odnośnie do stałości czasów włączenia w przedstawimy przykład takiego obwodu. Z zależnością t,/r ^ 2 związana jest — za pośrednictwem progowego napięcia , — wartość na­pięcia ładującego Ux. Ilościowe zależności dla poszczególnych przypadków ładowania zostaną rozpatrzone oddzielnie; najpierw opiszemy proces ładowania Z pewnego względu szczególnie korzystne jest wykorzystanie procesu roz­ładowania. Mianowicie jako pojemność całkującą stosuje się zwykle kondensator elektrolityczny (co przy O uF ze względu na oszczędność miejsca jest wskazane). Natomiast w praktyce fotoamatorskiej mają miejsce dłuższe przerwy w pracy urządzenia, w ciągu których następuje deforma­cja dielektryka w kondensatorze elektrolitycznym. Zmiany zachodzące w dielektryku prowadzą zwykle do znacznego wzrostu strat w kondensa­torze (malenie oporności strat). Proces ładowania kondensatora, nie ma­jący wpływu na czas rozładowania, umożliwia ponowne uformowanie di­elektryka, co zapewni powtarzalność odmierzanego czasu. Proces ładowania ma jednak inną zaletę, na którą należy zwrócić uwagę, mianowicie przy stałej wartości napięcia progowego czas zadziałania jest odwrotnie proporcjonalny do napięcia ładującego kondensator. Powoduje to, że przy obniżeniu napięcia sieci (godziny szczytowego obcią­żenia sieci) wydłuża się czas. naświetlania, co umożliwia w znacznym stop­niu kompensowanie spadku jasności żarówki np. powiększalnika.