Hui Hui

一、調光器的歷史

二、調光器相關名詞解釋

三、劇場調光器

（一）原理

（二）常見率較高的劇場調光器介紹

四、家用型電阻式調光器

（一）原理

（二）系上擁有的電阻式調光器介紹

五、LED燈調光器

（一）原理

（二）定電壓和定電流在亮度、穩定度及壽命上的比較

（三）這次學制使用的ＬＥＤ調光器介紹

六、參考資料

一、調光器的歷史

Sunlight and fire

　　當最原始的戶外露天劇場建蓋時，人們就已經考慮到太陽光角度射入的問題，或是火炬和油燈等等光線和劇場的關係，這算是最初期燈光控制的源頭，人們開始想去控制光線。

Candlelight

　　十八世紀左右，劇場裡的燈光照明是利用燭光，蠟燭後面加一面反射鏡就可以做出簡單的effect，燭光的控制方法就是去調整燭芯的長短，這時就會有一個穿得體面的人手上拿著一把金剪刀，在台上修剪燭芯長短，這樣就可以調配台上光的亮暗，而這算是最早人們可以真正”controlled ”舞台上的光。而手拿金剪刀修剪燭芯的人可以算是最早的燈光執行了。

Gaslight

　　十九世紀時，劇場利用了瓦斯燈當作主要的照明設備，提供了比燭光更強烈的光源，這時的燈光就是用比較物理性或機械性的方式去控制，” Dimmer ”這個名詞就在這時候出現了。他是利用給予瓦斯量的多寡來控制燈的明亮變化。

Electric light

　　1879年愛迪生發明了電燈泡，提供比油燈燭光和瓦斯燈更明亮的光源。隔年新建的劇場已經引進電燈泡的設備當作主要照明，但是有些劇場還是大量使用瓦斯燈，形成了電燈泡和瓦斯燈並榮的時光，但是漸漸的瓦斯燈還是被電燈泡取代。初期大約在1940年代左右，電燈泡明暗變化的控制方式，其實就是利用導電量的多寡來掌控，而導電的媒介就是鹽水，利用鹽水的量來控制電的數量。這時舞台上會有一台長的很像鋼琴的”Console“稱為”Organ keyboard ”，燈光執行就會在台上像彈鋼琴一樣去執行燈光變化。”Organ keyboard ”就可以算是最早的燈光控台。它其實是使用Group的概念，每一個按鈕是一個Group也控制了導體接觸鹽水的深度以達到控制電流的大小，間接掌控了舞台上電燈泡的明暗變化。

二、調光器相關名詞解釋

Ghost load：因為每一個DIMMER都有屬於自己的線性和設定值，有些燈泡的瓦數太小，低於所使用的DIMMER設定值的話，就無法控制那顆燈泡的明暗變化。假設DIMMER設定值最低為1最高為10，DIMMER最低就只能給1，但因為燈泡的瓦數太小了，雖然DIMMER給這個燈泡1，但對於這顆燈泡來講他已經是100了，導致這顆燈泡的明暗沒有變化。處理方法就是增加瓦數，把這顆低瓦數的燈泡和另一顆瓦數較高並聯在一起，這樣就可以控制到這顆燈泡了。為什麼有Ghost load的稱呼，是因為通常那顆用來增加瓦數的燈泡都會拉到後台去藏起來，當台上那顆低瓦數的燈泡有變化時，後台那顆高瓦數的燈泡也會跟著一起明暗變化，後台就會忽然有明暗的變化，嚇到工作人員，以為有鬼在控制那個燈的明暗變化。

三、劇場的調光器

（一）原理

穩壓線圈（Choke）：當交流電進入穩壓線圈後，裡面有個二極體，這個二極體是一種直到臨界點反向擊穿電壓前，都具有很高電阻的半導體器件，穩壓管主要被作為穩壓器或電壓基準元件使用，穩壓二極體可以串聯起來以便在較高的電壓上使用，通過串聯就可獲得更多的穩定電壓.。

固態繼電器（Solid State Relay）：固態繼電器是一種沒有機械運動，不含運動零件的繼電器。利用大功率三極管，功率場效應管，單項可控矽和雙向可控矽等器件的開關特性，來達到無觸點、無火花地接通和斷開被控電路。

矽控整流器（Silicon Control Recrifer）：矽控整流器就是扮演著控制交流電導通的角色，因為SCR在工作時會有高溫產生，所以只要一損壞就會立刻燒燬。如果發現時好時壞的狀況，問題就可能不是出在SCR，應該是SCR的控制電路。

　　最近出現了SINE WAVE的調光技術，一般SCR調光器是運用相位控制的方式來調光，所謂的相位控制，簡單說就是他輸出了百分之一百的波形，但他用切割的方式來調整輸出的波形，這個方法其實比較浪費能量，那些被切掉的餘波就會轉為熱能，是非常浪費能量的方式，而最近出現SINE WAVE的調光技術，就是你需要多少波形，他就輸出多少，相對於相位控制的方式就比較節能。

↑上圖為相位控制的方式，不管LEVEL要多少都一樣是給一個完整的電波，他會運用切割的方式去控制電波幅度，這是一個LEVEL設定為50的波形，灰色,斜線的地方就是波被切的部分，而這些被切掉的部分就會轉為熱能消耗掉殆盡。隨著切割出不同大小的波形，達到調光的目的。

↑上圖為SCR和SINE WAVE的波形圖，粗的是SINE WAVE調光技術的波形，細的就是SCR調光方式的波形圖，很明顯的看到SINE WAVE提供了乾淨純正的正弦波，而SCR顯示出被切割的波形產生嚴重的諧波失真及干擾現象。

↑上圖一樣是SCR和SINE WAVE的波形圖，在相同亮度的時候，SCR調光輸出瞬間電壓較高，湧浪電流因此更大，就是圖上的X，每秒120次的電流衝擊產生鎢絲的震動噪音，相較於SINE WAVE就沒有湧浪電流的問題，這樣不但可以降低鎢絲震動所產生出來的噪音減少干擾，也可以延長燈泡的壽命。

（二）常見率較高的劇場調光器介紹

CD80 Dimmer Modules

　　其實CD80是一個有點年紀的系統了，為什麼現在比較多人使用，也只是一個很簡單的原因，CD80這個經典DIMMER約莫在20~30年前出現，在當時並還沒有其他廠商發展出這樣的技術，所以大家就選擇了當時算是很不錯的CD80，也因為很穩定，所以現在我們還會看到，而這些基本上都是那個年代影響而延續下來的系統，現在CD80這套系統已經發展出很多代，每新一代都有些許的不同，不斷的改革，我這裡做的介紹就是CD80最基礎簡單的基本構造、和一些必有的相同原理。

四、家用型電阻式調光器

（一）原理

　　所謂家用型電阻式調光器，事實上就是一個可變電阻器，插座的電經過電阻的消耗而減少，所以電離開電阻進入燈泡的時候已經被消耗掉一部份了，這就是為什麼燈泡會比較暗，但以耗電量來看，燈泡本身銷耗的電量是比較少，因為供給燈泡的電已經是比較少的了，除了燈泡有消耗電之外，電阻也就是調光器也有在消耗電，所以其實總共消耗掉的電並沒有節省太多，如果你把level開的較低來使用燈具的話，當然還是可以達到省電效果。

　　但是如果要仔細研究的話，其實調光器並不是直接以可變電阻來控制交流電流甚至電壓，而是以DIAC、TRIAC做為主動元件使用相位控制（DIAC、TRIAC和相位控制等等，已經是專業領域的專有名詞了，因為我們只是要初略的了解其中原理而已，這此不再多作著墨），如果要做可變電阻就是將旋波砍掉一些部分，而TRIAC在不導電時幾乎無耗電，因此相位控制是非常普遍的調光方式，不但能夠作為調光、馬達調速之用，也可以作為電熱器等發熱器具之調溫。

（二）系上擁有的電阻式調光器介紹

路徑：交流電→可變電阻→TRIAC→迴路

電容：簡單來講電容就是充電電池，當有交流電經過時他就會趁機充電，它的作用是當交流電在正負極轉換交接的時候，發生不穩定的狀態，電容就會釋出已經儲存好的電力，來穩定交流電，避免零件損壞。

TRIAC：簡單來講TRIAC就是讓著整個功率通多少的管理者，他有三個腳，一個管正極，另一個管負極，還有一個是閘極GATE，是運用相位調光切割波形的方式去管理正極和負極的比例，進而控制輸出的功率。

可變電阻：顧名思義就是一個可以改變電阻的零件。

五、LED燈調光器

（一）原理

LED燈的調光方式可分為兩種，一種是定電流控制，另一種是定電壓控制。

定電流控制：不管負載阻抗變化會自動調整電壓以維持供應一定的電流。

定電壓控制：不管負載阻抗變化會自動調整電流以維持供應一定的電壓。

簡單來講，定電壓就是改變電流，定電流就是改變電壓。

定電流控制與定電壓控制對LED燈的影響：

　　LED燈源因顏色或使用的LED顆數不同，點亮各個燈源需要不同的電壓值，而若要只使用一種定電壓的電源供應器來點亮不同光源時，必須依LED顆數在各個燈源上加上數量不等的串聯限流電阻，以限制電源供應器輸出過高的電壓到燈源上，如此雖然可以點亮LED但也同時帶來功率損耗並轉成熱能累積在燈源上，不只違反照明節能目標，也是LED衰減加速。定電壓控制系統當串聯的LED上有單顆損壞時，周邊LED也會整體快速降低，使得電流加大而陸續過熱損壞；定電流系統因會藉回授電阻、電流值來調整避免此現象。

（二）在亮度、穩定度及壽命上的比較：

就LED照明的電源供應來說，LED與傳統燈泡發光方式不同之處在於，燈泡是靠電子流過產生熱能而發光，而LED是靠電子流過激發出光子來發光；故轉換效率越高，或電子數量越大，光就越亮，而當電子數量過大就會造成LED燒毀，因此為了得到更好的亮度，驅動電流都會設計到逼近LED的最大電流上限值，處於臨界值，因此要避免危險，選用定電流方式驅動，會比電流不恆定的定電壓驅動方式優良，所以使用定電壓驅動LED，因擔心LED燒毀，必須犧牲亮度使用較低的電流驅動LED，故當視覺照明需要較高亮度時就無法達到。而使用定電流驅動不論在亮度、穩定度及壽命均會優於同樣亮度的定電壓驅動燈源。

PWM：基本上PWM來控制LED亮度是最標準的控制方式，而且不應該有閃爍現象。PWM就是脈波寬度調變訊號；利用脈波的寬度來調整亮度。PWM其實是控制LED的點亮時間，也就是說如果讓LED閃得夠快，人們就不會發覺他在閃爍，如果再進一步控制亮和滅的時間比例，就能讓LED產生不同的亮度。

（三）這次學制使用的ＬＥＤ調光器介紹

LDX-305

LDX-305是運用定電壓以PWM的輸出方式來控制LED調光。

右圖就是LDX-305的內部構造，訊號轉換是佔有對大的空間，電容使用較大顆因為他要負荷更大的電量。

↑上圖就是教大家要如何裝

　　DMX512訊號直接接入控制台，變壓器可以接交流電它會轉為直流電再送給LDX-305，有三個迴路可以自由使用。LDX-305還有33個內建模式，就是33個效果可以使用，但是我在實驗後發現它的內建模式是要在沒有BOARD的情況下使用，如果接上了DMX512的訊號後，LDX-305就只會聽BOARD台的指令了。

參考資料

STAGE LIGHTING CONTROLS - ULF Sandstrom

INTRODUCTION TO STAGE LIGHTING – SWIFT

詠真實業有限公司

燈光專題演講 -SINE WAVE 調光與燈光管控系統之結合

新耀光科技

Hui Hui

2011年4月19日星期二

電腦燈課程

2011年4月5日星期二

威尼斯商人-research

2011年3月22日星期二

光影日記

2011年3月15日星期二

調光器介紹報告

2011年4月19日 星期二

電腦燈課程

2011年4月5日 星期二

威尼斯商人-research

2011年3月22日 星期二

光影日記

2011年3月15日 星期二

調光器介紹報告

2011年4月19日星期二

2011年4月5日星期二

2011年3月22日星期二

2011年3月15日星期二