Светотехника
04.12.11 |
Газоразрядные лампы и источники света
К газоразрядным или просто разрядным источникам света относятся все люминесцентные лампы (в том числе компактные и безэлектродные), металлогалогенные, натриевые высокого и низкого давления, ксеноновые, неоновые и другие.
Все разрядные лампы делятся на три группы: низкого, высокого и сверхвысокого давления. Эти группы достаточно сильно различаются по физике протекающих в них процессов, параметрам, областям применения.
Чем же отличаются разрядные источники света от тепловых?
Если в тепловых источниках свет образуется за счет нагрева вольфрамовой проволоки до очень высоких температур, то в разрядных источниках свет возникает в результате электрического разряда между двумя электродами. Спектральный состав возникающего при разряде излучения определяется составом газа, в котором происходит разряд. Яркость свечения зависит не только от состава газа, но и от его давления и от величины тока разряда.
Несмотря на все многообразие разрядных источников света, есть два принципиальнейших момента, объединяющих все эти источники в одну группу. Расскажем об этих моментах подробнее.
Из школьного курса физики нам знаком закон Ома: напряжение на каком-либо устройстве, через которое протекает электрический ток, равно произведению тока на электрическое сопротивление этого устройства. Значит, с ростом тока будет расти и напряжение на этом устройстве. Этому закону подчиняются все электрические приборы — лампы накаливания, электромоторы, электрические печи и т.п. Все, кроме приборов с газовым разрядом. В отличие от всех остальных электрических устройств, напряжение на газоразрядном промежутке с ростом тока не увеличивается, а уменьшается.
Рис. 1. Вольтамперная характеристика газового разряда
На рис. 1 показана типичная зависимость напряжения от тока на газоразрядном промежутке. Такая зависимость называется вольт-амперной характеристикой. Кроме «падающего» характера зависимости напряжения от тока, на этом рисунке видна еще одна особенность электрического разряда в газах: наличие некой «точки перегиба», после которой характеристика получает «падающий» вид. Прямая линия, параллельная оси Х на рис. 1, — это напряжение электрической сети, питающей газовый разряд, например, привычные для нас 220 В. Мы видим, что «точка перегиба» лежит выше напряжения сети. Величина напряжения в этой точке зависит от очень многих факторов: расстояния между электродами; рода и давления газа, в котором происходит разряд; температуры электродов; наличия внешних ионизирующих излучений (радиоактивного, космического, рентгеновского и т.п.) и многого другого.
Во время горения лампы напряжение на ней значительно ниже сетевого. Но для того, чтобы разряд возник, к электродам должно быть приложено напряжение не ниже того, которое соответствует «точке перегиба». Это напряжение называется «напряжением возникновения разряда» или чаще «напряжением зажигания»
Падающий характер вольт-амперной характеристики означает, что если мы каким-либо образом не ограничим ток разряда, то он будет увеличиваться до тех пор, пока прибор не выйдет из строя. Это свойство, а также наличие напряжения зажигания, большего, чем напряжение сети, и являются теми самыми двумя определяющими факторами, которыми электрический разряд в газах отличается от всех остальных потребителей электрической энергии. Из-за этих факторов разрядные источники света не могут включаться в электрическую сеть непосредственно, как это мы видели на примере ламп накаливания. Для включения любого разрядного источника света необходимы дополнительные устройства, которые выполняют две обязательные функции: обеспечивают подачу напряжения не меньше напряжения зажигания и ограничивают ток разряда на требуемом уровне.
Все разрядные лампы делятся на три группы: низкого, высокого и сверхвысокого давления. Эти группы достаточно сильно различаются по физике протекающих в них процессов, параметрам, областям применения.
Чем же отличаются разрядные источники света от тепловых?
Если в тепловых источниках свет образуется за счет нагрева вольфрамовой проволоки до очень высоких температур, то в разрядных источниках свет возникает в результате электрического разряда между двумя электродами. Спектральный состав возникающего при разряде излучения определяется составом газа, в котором происходит разряд. Яркость свечения зависит не только от состава газа, но и от его давления и от величины тока разряда.
Несмотря на все многообразие разрядных источников света, есть два принципиальнейших момента, объединяющих все эти источники в одну группу. Расскажем об этих моментах подробнее.
Из школьного курса физики нам знаком закон Ома: напряжение на каком-либо устройстве, через которое протекает электрический ток, равно произведению тока на электрическое сопротивление этого устройства. Значит, с ростом тока будет расти и напряжение на этом устройстве. Этому закону подчиняются все электрические приборы — лампы накаливания, электромоторы, электрические печи и т.п. Все, кроме приборов с газовым разрядом. В отличие от всех остальных электрических устройств, напряжение на газоразрядном промежутке с ростом тока не увеличивается, а уменьшается.
Рис. 1. Вольтамперная характеристика газового разряда
На рис. 1 показана типичная зависимость напряжения от тока на газоразрядном промежутке. Такая зависимость называется вольт-амперной характеристикой. Кроме «падающего» характера зависимости напряжения от тока, на этом рисунке видна еще одна особенность электрического разряда в газах: наличие некой «точки перегиба», после которой характеристика получает «падающий» вид. Прямая линия, параллельная оси Х на рис. 1, — это напряжение электрической сети, питающей газовый разряд, например, привычные для нас 220 В. Мы видим, что «точка перегиба» лежит выше напряжения сети. Величина напряжения в этой точке зависит от очень многих факторов: расстояния между электродами; рода и давления газа, в котором происходит разряд; температуры электродов; наличия внешних ионизирующих излучений (радиоактивного, космического, рентгеновского и т.п.) и многого другого.
Во время горения лампы напряжение на ней значительно ниже сетевого. Но для того, чтобы разряд возник, к электродам должно быть приложено напряжение не ниже того, которое соответствует «точке перегиба». Это напряжение называется «напряжением возникновения разряда» или чаще «напряжением зажигания»
Падающий характер вольт-амперной характеристики означает, что если мы каким-либо образом не ограничим ток разряда, то он будет увеличиваться до тех пор, пока прибор не выйдет из строя. Это свойство, а также наличие напряжения зажигания, большего, чем напряжение сети, и являются теми самыми двумя определяющими факторами, которыми электрический разряд в газах отличается от всех остальных потребителей электрической энергии. Из-за этих факторов разрядные источники света не могут включаться в электрическую сеть непосредственно, как это мы видели на примере ламп накаливания. Для включения любого разрядного источника света необходимы дополнительные устройства, которые выполняют две обязательные функции: обеспечивают подачу напряжения не меньше напряжения зажигания и ограничивают ток разряда на требуемом уровне.