 | Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . ( май 2008 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения ) |
С холодным катодом [1] является катодом , который электрически не нагревается с помощью нити . [примечание 1] Катод можно считать «холодным», если он испускает больше электронов, чем может быть получено только термоэлектронной эмиссией . Он используется в газоразрядных лампах , таких как неоновые лампы , газоразрядные трубки и некоторые типы вакуумных трубок . Другой тип катода - это горячий катод , который нагревается электрическим током, проходящим через нить накала . Холодный катод не обязательно работает при низкой температуре: он часто нагревается до рабочей температуры. другими способами, такими как ток, проходящий от катода в газ.
Устройства с холодным катодом [ править ]
Вакуумная лампа с холодным катодом не требует внешнего нагрева электрода для обеспечения термоэлектронной эмиссии электронов. Ранние устройства с холодным катодом включали трубку Geißler и Плюккер трубку , и ранние лучевые трубки катода . Изучение явлений в этих устройствах привело к открытию электрона.
Неоновые лампы используются как для световых индикаторов, так и для подсветки специального назначения, а также как элементы схемы, отображающие отрицательное сопротивление . Добавление триггерного электрода к устройству позволило инициировать тлеющий разряд с помощью внешней схемы управления; Bell Laboratories разработала устройство с холодным катодом «триггерная трубка» в 1936 г. [2]
Было разработано много типов переключающих ламп с холодным катодом, включая различные типы тиратронов , критронов , дисплеев с холодным катодом ( лампа Никси ) и другие. Трубки регулятора напряжения основаны на относительно постоянном напряжении тлеющего разряда в диапазоне токов и использовались для стабилизации напряжений источника питания в ламповых приборах. декатронпредставляет собой трубку с холодным катодом и несколькими электродами, которая используется для счета. Каждый раз, когда на управляющий электрод подается импульс, тлеющий разряд перемещается к ступенчатому электроду; путем размещения десяти электродов в каждой трубке и каскадирования трубок может быть разработана счетная система, и счет будет наблюдаться по положению тлеющих разрядов. Счетные трубки широко использовались до разработки счетных устройств на интегральных схемах .
Флэш трубка является холодным катодом устройства заполнена ксеноном газа, используется для получения интенсивного короткого импульса света для фотографии или выступать в качестве стробоскопа , чтобы исследовать движение подвижных частей.
Лампы [ править ]
К лампам с холодным катодом относятся люминесцентные лампы с холодным катодом ( CCFL ) и неоновые лампы . Неоновые лампы в основном полагаются на возбуждение молекул газа для излучения света; CCFL используют разряд в парах ртути для излучения ультрафиолетового света, который, в свою очередь, вызывает излучение видимого света флуоресцентным покрытием на внутренней стороне лампы.
Холодным катодом люминесцентные лампы были использованы для подсветки на ЖК - дисплеи , например , компьютерных мониторов и телевизионных экранов.
В осветительной промышленности «холодный катод» исторически относится к световым трубкам диаметром более 20 мм, работающим от 120 до 240 миллиампер. Эти трубы большего диаметра часто используются для внутреннего освещения ниш и общего освещения. [3] [4] Термин «неоновая лампа» относится к трубке диаметром менее 15 мм [ необходима цитата ] и обычно работает при приблизительно 40 миллиампер. Эти лампы обычно используются для неоновых вывесок.
Подробности [ править ]
Катод - отрицательный электрод. Любая газоразрядная лампа имеет положительный (анод) и отрицательный электроды. Оба электрода поочередно действуют как анод и катод, когда эти устройства работают с переменным током .
С холодным катодом отличаются от горячего катода , который нагревается , чтобы вызвать термоэлектронную эмиссию из электронов . Газоразрядные трубки с горячими катодами имеют оболочку, заполненную газом низкого давления и содержащую два электрода. Примерами являются наиболее распространенные люминесцентные лампы , газоразрядные лампы высокого давления и вакуумные люминесцентные дисплеи .
Поверхность холодных катодов может испускать вторичные электроны в соотношении больше единицы (пробой). Электрон, покидающий катод, столкнется с молекулами нейтрального газа. Столкновение может просто возбудить молекулу, но иногда оно выбивает электрон, чтобы создать положительный ион. Исходный электрон и освобожденный электрон продолжают движение к аноду и могут создавать больше положительных ионов (см. Таунсендская лавина). В результате для каждого электрона, покидающего катод, генерируется несколько положительных ионов, которые в конечном итоге врезаются в катод. Некоторые разрушающиеся положительные ионы могут генерировать вторичный электрон. Разряд является самоподдерживающимся, когда на каждый электрон, покидающий катод, ударяется достаточно положительных ионов, чтобы освободить в среднем еще один электрон. Внешняя схема ограничивает ток разряда. Разрядные лампы с холодным катодом используют более высокие напряжения, чем лампы с горячим катодом. Возникающее в результате сильное электрическое поле около катода ускоряет ионы до скорости, достаточной для создания свободных электронов из материала катода.
Другой механизм генерации свободных электронов на холодной металлической поверхности - автоэлектронная эмиссия . Он используется в некоторых рентгеновских трубках , полевом электронном микроскопе (FEM) и автоэмиссионных дисплеях (FED).
Холодные катоды иногда имеют покрытие из редкоземельных элементов для усиления электронной эмиссии. Некоторые типы содержат источник бета-излучения, запускающий ионизацию газа, заполняющего трубку. [5] В некоторых трубках тлеющий разряд вокруг катода обычно минимизирован; вместо этого есть так называемый положительный столб, заполняющий трубку. [6] [7] [примечание 2] Примеры - неоновая лампа и газовые лампы . Лампы Nixie также представляют собой неоновые дисплеи с холодным катодом, которые являются линейными, а не плоскими дисплеями.
В устройствах с холодным катодом обычно используется сложный высоковольтный источник питания с некоторым механизмом ограничения тока. Хотя для создания начального объемного заряда и первой дуги тока через трубку может потребоваться очень высокое напряжение, как только трубка начинает нагреваться, электрическое сопротивление падает, тем самым увеличивая электрический ток, протекающий через лампу. Чтобы компенсировать этот эффект и поддерживать нормальную работу, напряжение питания постепенно снижается. В случае трубок с ионизирующим газом газ может стать очень горячей плазмой , и электрическое сопротивление значительно снизится. Если работать от простого источника питания без ограничения тока, это уменьшение сопротивления приведет к повреждению источника питания и перегреву трубчатых электродов.
Приложения [ править ]
Холодные катоды используются в выпрямителях с холодным катодом , таких как кроссатронные и ртутно-дуговые клапаны , а также в усилителях с холодным катодом , например, в автоматическом учете сообщений и других приложениях с псевдоискровой коммутацией . Другие примеры включают лампы тиратрона , критрона , спритрона и игнитрона .
Обычное применение с холодным катодом - в неоновых вывесках и других местах, где температура окружающей среды, вероятно, упадет значительно ниже нуля, в Часовой башне Вестминстерского дворца (Биг-Бен) используется освещение с холодным катодом за циферблатами часов, где постоянные удары и отказы наносить удары в холодную погоду было бы нежелательно. Большие люминесцентные лампы с холодным катодом (CCFL) производились в прошлом и используются до сих пор, когда требуются формованные долговечные линейные источники света. С 2011 [Обновить]года миниатюрные CCFL широко использовались в качестве подсветки для компьютерных и телевизионных жидкокристаллических дисплеев.. Срок службы ЖК-телевизоров CCFL варьируется в зависимости от переходных скачков напряжения и уровней температуры в условиях эксплуатации.
Благодаря своей эффективности технология CCFL распространилась на освещение помещений. Стоимость аналогична стоимости традиционного люминесцентного освещения , [ необходимо пояснение ], но с рядом преимуществ: излучаемый свет легче для глаз [ пояснить ] , лампы мгновенно включаются на полную мощность, а также имеют возможность регулировки яркости. [8]
Эффекты внутреннего отопления [ править ]
В системах, использующих переменный ток, но без отдельных анодных структур, электроды чередуются как аноды и катоды, и падающие электроны могут вызвать существенный локальный нагрев, часто до красного тепла . Электрод может использовать преимущества этого нагрева для облегчения термоэлектронной эмиссии электронов, когда он действует как катод. ( Люминесцентные лампы с мгновенным запуском используют этот аспект; они запускаются как устройства с холодным катодом, но вскоре локализованный нагрев катодов с тонкой вольфрамовой проволокой заставляет их работать в том же режиме, что и лампы с горячим катодом .)
Этот аспект проблематичен в случае использования подсветки для ЖК- телевизоров. Новые правила энергоэффективности, предлагаемые во многих странах, потребуют регулируемой подсветки; регулируемая подсветка также улучшает воспринимаемый диапазон контрастности, что желательно для ЖК-телевизоров. Тем не менее, CCFL строго ограничены в степени, в которой они могут быть затемнены, как потому, что более низкий плазменный ток снизит температуру катода, вызывая неустойчивую работу, так и потому, что работа катода при слишком низкой температуре резко сокращает срок службы катода. лампы. [ необходима цитата ] Этой проблеме посвящено много исследований [ кем? ] , но производители высокого класса теперь обращаются к высокоэффективным белымСветодиоды как лучшее решение.
См. Также [ править ]
- Инвертор CCFL (или резонансный трансформатор)
Ссылки и примечания [ править ]
Примечания [ править ]
- ^ Отрицательно заряженный электрод излучает электроны или является положительно заряженным контактом. Для получения дополнительной информации см. Автоэлектронная эмиссия .
- ^ Положительный столб является частью тлеющего разряда, например, в лампе Мура .
Цитаты [ править ]
- ^ Патент США 1,993,187 , разрядная трубка с холодным катодом
- ^ DM Neale, Проектирование цепей с холодным катодом , Фрэнсис и Тейлор, 1964. стр. 1–7.
- ^ "Если есть справочная информация по электроразрядным осветительным системам, холодный катод" .
- ^ "Светотехническая продукция EGL" . Архивировано из оригинального 26 октября 2010 года . Проверено 9 февраля 2011 года .
- ^ Патент США 1860149 , Нагнетательная трубка.
- ^ Патент США 2,103,033 , Электронно-эмиссионный электрод.
- ^ Патент США 1316967 , лампа Газообразных проводимостей.
- ^ Solé Lighting (коммерческий сайт, пропагандирующий CCFL).
