Ein Stroboskop (altgriechisch στρόβιλος stróbilos, deutsch ‚Wirbel‘ und σκοπεῖν skopeĩn ‚betrachten, beobachten‘) ist ein Blitzgerät, das normalerweise Lichtblitze in sehr regelmäßigen zeitlichen Abständen abgibt, wodurch bei dunkler Umgebung Bewegungen abgehackt als eine Abfolge von stehenden Bildern erscheinen. Man kann aber auch nur einzelne Lichtblitze triggern, wie bei dieser Schaltung:
Die Teile erhält man ohne Probleme im Internet, wobei ich bemerkt habe, dass die Blitzröhren und Zündtrafos sehr teuer geworden sind:
Zum Glück fand ich beim Aufräumen einige neue U-förmige Blitzröhren, auch einen Zündtrafo und den benötigten Thyristor hatte ich noch im Fundus. Daher konnte ich gleich mit dem Löten beginnen…
Die ganze Schaltung findet auf einer 160 x 100 mm Platine platz:
Die astabile Kippstufe mit dem NE555, der übrigens im Jahr 2026 ganze 55 Jahre alt wird (gleich wie ich ;-)):
Die kleine Kondensatorbank, bestehend aus 8 Stück 100 µF/330 V Blitzelkos, welche ich günstig bei http://www.pollin.de gekauft habe. Durch die 2s4p-Anordnung beträgt die Gesamtkapazität 200 µF:
Der Triggereingang mit dem Optokoppler und Thyristor:
Die Ladespannung beträgt bei einer Eingangsspannung von 12 V rund 270 V:
Für einen ersten Testaufbau verwende ich einen Arduino als variablen Trigger:
Der zeitliche Abstand der einzelnen Pulse kann zwischen 2 und 12 sek variiert werden. Deshalb erst ab 2 Sekunden, da es die leistungsschwache Ladeschaltung nicht schafft, die Kondensatorbank schneller auf 270 V zu laden.
Die Triggerpulse haben eine fixe Dauer von 20 ms:
Der simple Arduino-Code:
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <Wire.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2); // set the LCD address to 0x27 for a 16 chars and 2 line display. ACHTUNG: Adresse kann auch 0x3F sein !!!
// Anschlüsse:
// GND - GND
// VCC - 5V
// SDA - ANALOG Pin 4
// SCL - ANALOG pin 5
int sensorValue;
int delay_time;
long time_old;
const int buttonPin = 8; // the number of the pushbutton pin
int buttonState = 0;
// ===========================
// ======= SETUP =========
// ===========================
void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(2, OUTPUT);
// initialize the pushbutton pin as an input:
pinMode(buttonPin, INPUT);
lcd.begin(); // initialize the lcd
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("PWM");
delay(3000);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(" ");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(" ");
delay_time = 2000;
}
// ===========================
// ======= LOOP =========
// ===========================
void loop()
{
digitalWrite(2,LOW);
time_old = millis();
while(millis() - time_old < delay_time)
{
sensorValue = analogRead(A0);
delay_time = 2000 + sensorValue * 10;
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(delay_time);
lcd.print(" ms ");
delay(20);
}
digitalWrite(2,HIGH);
delay(20);
}
Der ganze Aufbau:
Mit meinem Lichtdetektor wollte ich dann natürlich auch die Länge der Lichtblitze ermitteln:
Die Blitzdauer betrug sehr lange 800 µs:
Mit diesen Werten konnte ich die Pulsleistung des Stroboskops bestimmen und kam auf einen beachtlichen Wert von über 9 kW!
Kann man die Pulsdauer auch theoretisch begründen? Ja, denn es handelt sich bei dieser Stroboskopschaltung um eine Kondensatorentladung. Die Kondensatorbank mit der Kapazität C entlädt sich über die Blitzröhre mit dem Innenwiderstand R. Eine typische Entladekurve sieht dann so aus:
Nach der Zeit τ = R · C fällt die Spannung am Kondensator auf 37 % ab. Nehmen wir an, die Blitzröhre besitze nach der Zündung einen Innenwiderstand von 2 Ohm und die Kapazität der Kondensatorbank C = 200 µF = 2 · 10^ –4 F. Demnach beträgt die Zeitkonstante τ = R · C = 2 · 2 · 10^ –4 = 4 · 10^ –4 = 400 µs. Demnach ist zu erwarten, dass die Blitzröhre ca. 2–3 τ lang zündet, was einer Zeitdauer im Bereich von 1 ms entspricht. Die oben gemessenen 800 µs passen da sehr gut ins Bild.
Anstelle des obigen Lichtdetektors habe ich noch einen einfacheren bestehend nur aus der Photodiode SFH203 und einem 10 kOhm-Widerstand gelötet:
Um die Blitzdauer zu reduzieren, erniedrigte ich die Kapazität der Kondensatorbank auf 50 µF. Damit besaßen die Lichtblitze eine Dauer von 280 µs:
Dies war mir aber immer noch zu lang und so reduzierte ich die Kapazität weiter auf 17 µF:
Damit kam ich auf eine Blitzdauer von ca. 136 µs, also ca. 1/7400 sek:
