Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Подобные термины см. В разделе Неоновое освещение и Неоновая вывеска .

Лампа неоновая типа НЕ-2 с питанием от переменного тока

Неоновые лампы (также неонового свечения лампы ) представляет собой миниатюрный газоразрядная лампа . Лампа обычно состоит из небольшой стеклянной капсулы, содержащей смесь неона и других газов под низким давлением, и двух электродов ( анода и катода ). Когда подается достаточное напряжение и между электродами подается достаточный ток, лампа дает оранжевый тлеющий разряд . Светящаяся часть лампы - это тонкая область около катода; более крупные и длинные неоновые вывески также являются тлеющими разрядами, но в них используется положительный столбецчего нет в обычной неоновой лампе. Неоновые лампы накаливания широко использовались в качестве индикаторных ламп в дисплеях электронных приборов и приборов. Они до сих пор используются в некоторых приборах - это изобретение Николы Теслы.

История [ править ]

General Electric NE-34 лампа накаливания, производства около 1930

Неон был открыт в 1898 году Уильямом Рамзи и Моррисом Траверсом . Немедленно был отмечен характерный ярко-красный цвет, который излучается газообразным неоном при электрическом возбуждении; Позже Трэверс писал: «Вспышка малинового света из трубки рассказывала свою собственную историю и была зрелищем, на котором стоит остановиться и никогда не забыть». [1]

Дефицит неона препятствовал его быстрому применению для электрического освещения по типу трубок Мура , в которых использовались электрические разряды в азоте. Трубки Мура были коммерциализированы их изобретателем Дэниелом Макфарланом Муром в начале 1900-х годов. После 1902 года компания Жоржа Клода , Air Liquide , производила в промышленных количествах неон в качестве побочного продукта его бизнеса по сжижению воздуха, а в декабре 1910 года Клод продемонстрировал современное неоновое освещение, основанное на запечатанной неоновой трубке. В 1915 году Клоду был выдан патент США на конструкцию электродов для неоновых ламп; [2]этот патент стал основанием для монополии, которую его компания Claude Neon Lights удерживала в США до начала 1930-х годов. [3]

Примерно в 1917 году Дэниел Мур разработал неоновую лампу, работая в компании General Electric . Лампа имеет совершенно иной дизайн, чем неоновые лампы гораздо большего размера, используемые для неонового освещения . Различия в дизайне было достаточно, чтобы в 1919 году на лампу был выдан патент США. [4] На веб-сайте Смитсоновского института отмечается: «В этих небольших маломощных устройствах используется физический принцип, называемый корональным разрядом . Мур установил два электрода близко друг к другу в электрод. лампу и добавили неон или аргон. Электроды будут ярко светиться красным или синим, в зависимости от газа, и лампы прослужили годами. Поскольку электроды могли принимать практически любую вообразимую форму, популярным применением были причудливые декоративные лампы. [ 5]

Лампы накаливания находили практическое применение в качестве индикаторов на приборных панелях и во многих бытовых приборах до широкого распространения светодиодов (LED) в 1970-х годах. [5]

Описание [ править ]

Напряжение в зависимости от силы тока, характерная для типичной неоновой лампы [6] [ сомнительно - обсудить ]

Через трубку пропускается небольшой электрический ток (для лампы NE-2 с диаметром колбы 5 мм ток покоя составляет около 400 мкА), который может быть переменным или постоянным , заставляя ее светиться оранжево-красным светом. Газ обычно представляет собой смесь Пеннинга , состоящую из 99,5% неона и 0,5% аргона , которая имеет более низкое напряжение зажигания, чем чистый неон, при давлении 1–20 торр (0,13–2,67 кПа). Лампа тлеющего разряда горит своим зажигающим напряжением. [7]Напряжение зажигания снижается из-за окружающего света или радиоактивности. Чтобы уменьшить «эффект темноты», некоторые лампы были сделаны с небольшим количеством радиоактивного материала, добавленного в оболочку для обеспечения ионизации в темноте. [7] Напряжение, необходимое для поддержания разряда, значительно (до 30%) ниже, чем напряжение зажигания. Это связано с организацией положительных ионов возле катода. Неоновые лампы работают с тлеющим разрядом слабого тока . В более мощных устройствах, таких как ртутные лампы или металлогалогенные лампы, используется более сильный дуговый разряд . Натриевые лампы низкого давления используйте неоновую смесь Пеннинга для разогрева; они могут работать как гигантские неоновые лампы при работе в режиме малой мощности.

Как только неоновая лампа выйдет из строя, она сможет поддерживать большой ток. Из-за этой характеристики электрическая схема, внешняя по отношению к неоновой лампе, должна ограничивать ток через цепь, иначе ток будет быстро увеличиваться, пока лампа не выйдет из строя. Для ламп размером с индикатор резистор обычно ограничивает ток. Напротив, в лампах большего размера часто используется специально сконструированный высоковольтный трансформатор с высокой индуктивностью рассеяния или другой электрический балласт для ограничения доступного тока (см. Неоновую вывеску ).

Когда ток через лампу ниже, чем ток на пути разряда с наибольшим током, тлеющий разряд может стать нестабильным и не покрыть всю поверхность электродов. [6] Это может быть признаком старения индикаторной лампы и используется в декоративных неоновых лампах с мерцающим пламенем. Однако, в то время как слишком низкий ток вызывает мерцание, слишком высокий ток увеличивает износ электродов, стимулируя распыление , которое покрывает внутреннюю поверхность лампы металлом и вызывает ее потемнение.

Потенциал, необходимый для удара разряда, выше, чем тот, который необходим для поддержания разряда. При недостаточном токе свечение образуется только вокруг части поверхности электрода. Конвективные токи заставляют светящиеся области течь вверх, что очень похоже на разряд в лестнице Иакова . Здесь также можно наблюдать эффект фотоионизации , так как площадь электрода, покрываемая тлеющим разрядом, может быть увеличена за счет освещения лампы.

По сравнению с лампами накаливания неоновые лампы имеют гораздо более высокую светоотдачу . Накаливание - это тепловое излучение света, поэтому большая часть электрической энергии, передаваемой в лампу накаливания, преобразуется в тепло. Таким образом, источники света без накаливания, такие как неоновые лампы, люминесцентные лампы и светодиоды , намного более энергоэффективны, чем обычные лампы накаливания. Зеленые неоновые лампы [8] могут давать до 65 люмен на ватт потребляемой мощности, а белые неоновые лампы имеют эффективность около 50 люмен на ватт. Напротив, стандартная лампа накаливания дает всего около 13,5 люмен на ватт.[9]

Приложения [ править ]

Включите удлинитель , подсвеченный неоновой лампой

Визуальный индикатор [ править ]

Небольшие неоновые лампы наиболее широко используются в качестве визуальных индикаторов в электронном оборудовании и бытовой технике из-за их низкого энергопотребления, длительного срока службы и способности работать от сети.

Подавление скачков напряжения [ править ]

Неоновые лампы обычно используются в качестве устройств защиты от перенапряжений низкого напряжения , но они, как правило, уступают устройствам защиты от перенапряжения с газоразрядными трубками (GDT) (которые могут быть разработаны для приложений с более высоким напряжением). Неоновые лампы использовались как недорогой метод защиты РЧ-приемников от скачков напряжения (лампа подключена к РЧ-входу и заземлению шасси), но они не подходят для РЧ-передатчиков большей мощности. [10]

Тестер напряжения [ править ]

+ DC (слева), -DC (в центре), AC (справа) подается на неоновые лампы типа NE-2

Большинство небольших неоновых ламп (размером с индикатор), таких как обычная NE-2 , имеют напряжение пробоя около 90  вольт . При питании от источника постоянного тока будет светиться только отрицательно заряженный электрод ( катод ). При питании от источника переменного тока оба электрода будут светиться (каждый в течение чередующихся полупериодов). Эти атрибуты делают неоновые лампы (с последовательными резисторами) удобным недорогим тестером напряжения . Изучив, какой электрод светится, они могут определить, является ли данный источник напряжения переменным или постоянным, а если постоянным - полярность тестируемых точек.

Регулировка напряжения [ править ]

Пробивная характеристика ламп тлеющего разряда позволяет использовать их в качестве регуляторов напряжения или устройств защиты от перенапряжения . [11] Примерно с 1930-х годов General Electric (GE), Signalite и другие фирмы производили лампы для регуляторов напряжения. В взрывателе Mark 6 использовалась трубка регулятора напряжения .

Переключающий элемент / генератор [ править ]

Как и другие газоразрядной лампы , [12] неоновая лампа имеет отрицательное сопротивление ; его напряжение падает с увеличением тока после того, как лампа достигает напряжения пробоя. [13] [14] [15] Следовательно, лампа имеет гистерезис ; напряжение его выключения (гашения) ниже, чем напряжение включения (пробоя). [16] Это позволяет использовать его в качестве активного переключающего элемента. Неоновые лампы использовались для создания схем релаксационного генератора с использованием этого механизма, который иногда называют эффектом Пирсона-Ансона [14] [16] [17] для низкочастотных приложений, таких как мигающие сигнальные лампы,стробоскопы [18], генераторы тона в электронных органах [14], а также в качестве временных осцилляторов и осцилляторов отклонения в первых электронно-лучевых осциллографах . [19] Неоновые лампы также могут быть бистабильными и даже использовались для построения цифровых логических схем, таких как логические вентили , триггеры , двоичные запоминающие устройства и цифровые счетчики . [20] [21] [22]Эти применения были достаточно распространены, поэтому производители изготавливали неоновые лампы специально для этого использования, иногда называемые лампами «компоненты схемы». По крайней мере, некоторые из этих ламп имеют свечение, сосредоточенное в небольшом пятне на катоде, что делает их непригодными для использования в качестве индикаторов. Вариант лампы типа NE-2 для схемных применений, NE-77, имеет три проволочных электрода в колбе (в плоскости) вместо обычных двух, а третий используется в качестве управляющего электрода.

Детектор [ править ]

Неоновые лампы исторически использовались в качестве детекторов микроволнового и миллиметрового диапазонов («плазменные диоды» или детекторы тлеющего разряда (GDD)) примерно до 100 ГГц или около того, и в такой работе, как утверждается, демонстрируют сопоставимую чувствительность (порядка нескольких От 10 с до 100 микровольт) к знакомым кремниевым диодам типа 1N23, контактирующим с кошачьими усами [ необходима цитата ], когда-то повсеместно использовавшимся в микроволновом оборудовании. Совсем недавно было обнаружено, что эти лампы хорошо работают в качестве детекторов даже на субмиллиметровых («терагерцовых») частотах, и они успешно использовались в качестве пикселей в нескольких экспериментальных массивах изображений на этих длинах волн.

В этих приложениях лампы работают либо в режиме «голодания» (для уменьшения шума тока лампы), либо в нормальном режиме тлеющего разряда; в некоторых источниках упоминается их использование в качестве детекторов излучения вплоть до оптического режима при работе в режиме аномального свечения. Связь микроволн с плазмой может происходить в свободном пространстве, в волноводе с помощью параболического концентратора (например, конуса Уинстона ) или с помощью емкостных средств через рамочную или дипольную антенну, установленную непосредственно на лампе.

Хотя в большинстве этих приложений используются обычные стандартные двухэлектродные лампы, в одном случае было обнаружено, что специальные трехэлектродные (или более) лампы с дополнительным электродом, выступающим в качестве соединительной антенны, обеспечивают даже лучшие результаты (более низкий уровень шума и более высокая чувствительность). Это открытие получило патент США. [23]

Алфавитно-цифровой дисплей [ править ]

Основная статья: трубка Nixie
Цифры трубки Никси .

Неоновые лампы с электродами нескольких форм использовались в качестве буквенно-цифровых дисплеев, известных как трубки Никси . С тех пор они были заменены другими устройствами отображения, такими как светоизлучающие диоды , вакуумные флуоресцентные дисплеи и жидкокристаллические дисплеи .

По крайней мере, с 1940-х годов аргоновые, неоновые и фосфорированные светящиеся индикаторы фиксации тиратронов (которые загорались при подаче импульса на их стартовый электрод и гасли только после того, как их анодное напряжение было снято), были доступны, например, в виде самодиагностических регистров сдвига в больших количествах. -format, ползающий текстовый матричные дисплеи , [24] или, объединенные в 4 × 4, четыре цвета phosphored-тиратрон матрицы, как наращиваемый 625 цветов RGBA пиксель для больших видео графических массивов. [25] Множественный катод и / или анод тиратроны свечения называются декатронымогли считать вперед и назад, в то время как их состояние счета было видно как свечение на одном из пронумерованных катодов. [26] Они использовались как самодиагностика счетчика деления на n / таймера / предделителей в счетных приборах или в качестве сумматоров / вычитателей в калькуляторах .

Другое [ править ]

В радиоприемниках 1930-х годов неоновые лампы использовались в качестве индикаторов настройки, называемых «мелодиями», и давали более яркое свечение при правильной настройке станции. [27] [28]

Из-за их сравнительно короткого времени отклика на ранних этапах развития телевизионных неоновые лампы использовались в качестве источника света во многих телевизионных дисплеях с механическим сканированием .

Новые лампы накаливания с фигурными электродами (например, цветы и листья), часто покрытые люминофором, были созданы для художественных целей. В некоторых из них свечение, окружающее электрод, является частью конструкции.

Цвет [ править ]

Незажженные и горящие неоновые лампы типа НЕ-2 и их световой спектр .

Неоновые индикаторные лампы обычно оранжевого цвета и часто используются с цветным фильтром поверх них, чтобы улучшить контраст и изменить их цвет на красный или более красный оранжевый.

Неоновые лампы люминофорного цвета

Они также могут быть заполнены аргоном , криптоном или ксеноном, а не неоном, или смешаны с ним. Хотя электрические рабочие характеристики остаются схожими, эти лампы светятся голубоватым свечением (включая некоторое ультрафиолетовое излучение ), а не характерным для неона красновато-оранжевым свечением. Затем ультрафиолетовое излучение можно использовать для возбуждения люминофорного покрытия внутри колбы и получения широкого диапазона различных цветов, включая белый. [29] Смесь 95% неона, 2,5% криптона и 2,5% аргона может использоваться для зеленого свечения [30], но, тем не менее, «зеленые неоновые» лампы чаще всего на основе люминофора.

См. Также [ править ]

  • Аэролюкс Лайт Корпорейшн
  • Газонаполненная трубка
  • Световое искусство
  • Список источников света
  • Волшебная трубка для глаз
  • Неоновая вывеска
  • Эффект Пирсона-Энсона
  • Хронология светотехники

Ссылки [ править ]

  1. ^ Недели, Мэри Эльвира (2003). Открытие Стихий: Третье издание (перепечатка) . Kessinger Publishing. п. 287. ISBN. 9780766138728. Архивировано 22 марта 2015 года.
  2. ^ США 1125476 , Жорж Клод, «Системы осветительного люминесцентного Tubes», выданные 1915-01-19 
  3. ^ «Клод Неоновые огни выигрывает судебный иск: также получает права на взыскание прибыли и убытков в результате нарушения патентных прав». Нью-Йорк Таймс . 28 ноября 1928 г. Платный доступ.
  4. ^ Патент США 1316967 , Даниэль McFarlan Мур, "газообразное Проводимость лампа", выданный 1919-09-23, назначен General Electric Company 
  5. ^ a b "Изобретатели лампы 1880-1940: Лампа Мура" . Смитсоновский институт. Архивировано 4 марта 2005 года.
  6. ^ а б Догерти, CR; Фоулке, ТД; Харден, JD; Hewitt, TL; Петерс, ФН; Смит, Р. Д.; Таттл, Дж. В. (1966). Руководство General Electric Glow Lamp (2-е изд.). Компания Дженерал Электрик.
  7. ^ a b Миллер, Уильям Г. (1969). Использование и понимание миниатюрных неоновых ламп . Индианаполис: Howard W. Sams & Co, Inc.
  8. ^ «Другие излучаемые цвета, такие как зеленый, желтый и синий, доступны за счет вторичного излучения путем покрытия внутренней поверхности конверта люминофором». - International Light Technology, архивировано 26 июня 2014 г. на Wayback Machine.
  9. ^ Thielen, Marcus (2006-02-10). «Светодиод или неон» . Архивировано из оригинала на 2008-04-09 . Проверено 30 декабря 2008 .
  10. ^ «Давайте использовать неоновые лампы» . Журнал QST. Июль 1953. Архивировано 2 октября 2017 года . Проверено 2 октября 2017 года .
  11. ↑ Miller, WG (1969) Использование и понимание миниатюрных неоновых ламп. Архивировано 17 мая 2017 г. в Wayback Machine , стр. 25-35.
  12. ^ Раджу, Горур Говинда (2006). Газовая электроника: теория и практика . Тейлор и Фрэнсис. п. 453. ISBN. 978-0849337635. Архивировано 8 июля 2014 года.
  13. ^ Догерти, CL; Таттл, JW; и другие. (1965). GE Glow Lamp Manual, 2nd Ed . Кливленд, Огайо: General Electric. п. 2. Архивировано 14 января 2018 года.
  14. ^ a b c Бауман, Эдвард (1966). Применение неоновых ламп и газоразрядных трубок . США: Carleton Press. п. 18. Архивировано 16 апреля 2014 года.
  15. ^ Танец, JB (1968). Трубы с холодным катодом . Лондон: Илифф. п. 7. Архивировано 8 июля 2014 года.
  16. ^ a b Готтлиб, Ирвинг М. (1997). Практическое руководство по осцилляторам . Эльзевир. С. 69–70. ISBN 978-0080539386. Архивировано 8 июля 2014 года.
  17. ^ GE Glow Lamp Руководство 1965 архивации 2018-01-14 в Wayback Machine , p.14-18
  18. ^ Бертон, Уолтер Э. (февраль 1948 г.). «Магия с неоновыми лампами накаливания» . Популярная наука . Нью-Йорк: Popular Science Publishing Co. 152 (2): 194–196. ISSN 0161-7370 . Архивировано 4 июля 2014 года . Проверено 14 апреля 2014 года . 
  19. Перейти ↑ Wahl, Horst D. (2005). «Учебный осциллограф» (PDF) . Phys4822L Advanced Lab-Experiment 11: Исследования электронов с помощью ЭЛТ . Проф. Хорст Д. Валь, физический факультет Университета штата Флорида . Архивировано 24 сентября 2015 года (PDF) . Проверено 14 апреля 2014 года .
  20. ^ GE Glow Lamp Руководство 1965 архивации 2018-01-14 в Вайбак машины , p.35-36, 41-66
  21. ↑ Хендрикс, К. (сентябрь 1956 г.). «Исследование неоновой лампы как элемента нелинейной схемы». Сделки IRE на комплектующие . Inst. инженеров по электротехнике и электронике. 3 (2): 44–54. DOI : 10.1109 / TCP.1956.1135748 . ISSN 0096-2422 . 
  22. ^ Миллер, Уильям Г. (1969). Использование и понимание миниатюрных неоновых ламп (PDF) . Ховард В. Сэмс. С. 49–59. ISBN  978-0572006693. Архивировано 17 мая 2017 года (PDF) .
  23. ^ Фархат, N; Копейка, N (19 октября 1972 г.). "Детектор миллиметровых волн тлеющего разряда и метод его подмагничивания" . Патент США 3790895 A. Архивировано 14 января 2018 г.
  24. ^ "Philips, 1968: техническое описание ZC1050 " (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 12 октября 2013 года . Дата обращения 10 мая 2013 .
  25. ^ «Мельц, 1944: ИНДИКАТОР ИТМ2-М » (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 12 октября 2013 года . Дата обращения 9 мая 2013 .
  26. ^ "ETL: GCA10G / GSA10G data sheet" (PDF) . Архивировано 3 марта 2016 года (PDF) из оригинала . Дата обращения 10 мая 2013 .
  27. ^ "Tuneon" . Радиомузей . Архивировано 16 октября 2015 года . Проверено 12 октября 2015 года .
  28. ^ TuneOn архивация 2018-01-14 в Wayback Machine и Tuneon-кнопочные архивации 2018-01-14 в Вайбаке машина паспортах
  29. ^ Йен, Уильям М .; Ямамото, Хадзиме (2007). Справочник по люминофору . CRC Press. п. 442. ISBN. 978-0-8493-3564-8. Архивировано 14 января 2018 года.
  30. ^ Богард, Скотт. «Цвета плазменного шара» . Электронный профиль Скотта Богарда . Архивировано 9 мая 2016 года . Проверено 22 апреля 2016 года .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Использование и понимание миниатюрных неоновых ламп ; 1-е изд; Уильям Г. Миллер; Sams Publishing; 127 страниц; 1969; LCCN 69-16778. (архив)
  • Трубки с холодным катодом ; 1-е изд; JB Dance; Книги Илиффа; 125 страниц; 1967г. (Архив)
  • Руководство по лампе накаливания - теория, схемы, номиналы ; 2-е изд; General Electric; 122 страницы; 1966г. (Архив)
  • Применение неоновых ламп и газоразрядных трубок ; 1-е изд; Эдвард Бауман; Карлтон Пресс; 1966г. (Архив)

Внешние ссылки [ править ]

  • Осциллятор релаксации с неоновой лампочкой - Clifton Laboratories
  • Техническое описание неоновой индикаторной лампы - VCC (Visual Communications Company), родительская компания Chicago Miniature Lighting (CML)