Неоновые лампы - Рабочие и прикладные схемы

Неоновая лампа - это лампа накаливания, состоящая из стеклянной крышки, закрепленной парой отдельных электродов и содержащей инертный газ (неон или аргон). Основное применение неоновой лампы - это индикаторные лампы или контрольные лампы.

При подаче низкого напряжения сопротивление между электродами настолько велико, что неон практически ведет себя как разомкнутая цепь.

Однако, когда напряжение увеличивается постепенно, на определенном уровне, когда инертный газ внутри неонового стекла начинает ионизоваться и становится чрезвычайно проводящим.

Из-за этого газ начинает излучать свет вокруг отрицательного электрода.

Если в качестве инертного газа используется неон, подсветка будет оранжевого цвета. Для газа аргона, который не очень распространен, излучаемый свет синий.

Как работает неоновая лампа

Рабочую характеристику неоновой лампы можно увидеть на рис. 10-1.

Уровень напряжения, который вызывает эффект свечения в неоновой лампе, называется начальным напряжением пробоя.

Как только достигается этот уровень пробоя, лампа запускается в режиме «зажигания» (тлеющего), и падение напряжения на неоновых клеммах остается практически неизменным, независимо от какого-либо увеличения тока в цепи.

Кроме того, светящаяся часть внутри колбы увеличивается по мере увеличения тока питания до точки, в которой вся площадь отрицательного электрода заполняется свечением.

Любое дополнительное увеличение тока может затем привести неон к возникновению дуги, в которой свечение переходит в бело-голубой свет над отрицательным электродом и начинает вызывать быстрое ухудшение характеристик лампы.

Следовательно, чтобы вы могли эффективно освещать неоновую лампу, у вас должно быть достаточное напряжение, чтобы лампа `` загорелась '', и, затем, достаточное последовательное сопротивление в цепи, чтобы иметь возможность ограничивать ток до уровня, который будет гарантировать, что лампа продолжает работать в пределах обычного светящегося участка.

Поскольку сопротивление неона само по себе очень мало вскоре после его зажигания, ему нужен последовательный резистор с одной из линий питания, называемый балластным резистором.

Напряжение пробоя неона

Обычно напряжение зажигания или пробоя неоновой лампы может составлять примерно от 60 до 100 вольт (а иногда даже больше). Номинальный постоянный ток довольно минимален, обычно от 0,1 до 10 мА.

Величина последовательного резистора определяется в соответствии с входным напряжением питания, к которому может быть подключен неон.

Когда дело доходит до неоновых ламп, которые управляются от сети 220 В, резистор 220 кОм обычно является хорошим выбором.

Что касается многих коммерческих неоновых ламп, резистор, возможно, может быть включен в корпус конструкции.

Без какой-либо точной информации можно предположить, что неоновая лампа может просто не иметь сопротивления, пока она горит, но может иметь падение примерно 80 вольт на ее выводах.

Как рассчитать неоновый резистор

Подходящее значение для неонового балластного резистора можно определить, приняв во внимание этот эталонный тест, который имеет отношение к точному напряжению питания, используемому на нем, и предположив, например, «безопасный» ток примерно 0,2 мА.

При питании 220 вольт резистор может потерять 250 - 80 = 170 вольт. Ток через последовательный резистор и неоновую лампу составит 0,2 мА. Поэтому мы можем использовать следующую формулу закона Ома для расчета подходящего последовательного резистора для неона:

R = V / I = 170 / 0,0002 = 850 000 Ом или 850 кОм

Этот номинал резистора будет безопасно с большинством коммерческих неоновых ламп. Когда неоновое свечение не совсем ослепительное, значение балластного резистора можно уменьшить, чтобы поднять лампу выше в типичном диапазоне свечения.

При этом сопротивление ни в коем случае нельзя снижать слишком сильно, так как это может привести к тому, что весь отрицательный электрод будет охвачен горячим свечением, поскольку это может указывать на то, что лампа теперь затоплена и приближается к режиму искрения.

Еще одна проблема, связанная с силой неонового свечения, заключается в том, что он обычно может выглядеть намного ярче в окружающем свете по сравнению с темнотой.

Фактически, в полной темноте освещение может быть непостоянным и / или требовать повышенного напряжения пробоя для зажигания лампы.

Некоторые неоны содержат крошечный намек на радиоактивный газ, смешанный с инертным газом, чтобы способствовать ионизации, в этом случае эффект такого рода может быть незаметен.

Простые схемы неоновых ламп

В приведенном выше обсуждении мы подробно рассмотрели работу и характеристики этой лампы. Теперь мы немного повеселимся с этими устройствами и научимся создавать простые схемы неоновых ламп для использования в различных приложениях для создания декоративных световых эффектов.

Неоновая лампа как источник постоянного напряжения

Благодаря постоянному напряжению неоновой лампы при стандартных условиях освещения, она может применяться в качестве блока стабилизации напряжения.

Следовательно, в схеме, показанной выше, выходной сигнал, извлекаемый с каждой стороны лампы, может работать как источник постоянного напряжения, при условии, что неон продолжает работать в типичной области свечения.

Тогда это напряжение будет идентично минимальному напряжению пробоя лампы.

Цепь мигалки неоновой лампы

Использование неоновой лампы в качестве светового мигалки в цепи релаксационного генератора можно увидеть на изображении ниже.

Сюда входят резистор (R) и конденсатор (C), подключенные последовательно к источнику постоянного напряжения. Параллельно конденсатору крепится неоновая лампа. Этот неон применяется как визуальный индикатор, показывающий работу схемы.

Лампа работает почти как разомкнутая цепь, пока не будет достигнуто напряжение зажигания, когда она мгновенно переключает ток через нее, как резистор низкого номинала, и начинает светиться.

Следовательно, напряжение питания для этого источника тока должно быть выше, чем напряжение пробоя неона.

Когда эта схема запитана, конденсатор начинает накапливать заряд со скоростью, определяемой постоянной времени RC резистора / конденсатора. На неоновую лампу подается напряжение, эквивалентное заряду, возникающему на выводах конденсатора.

Как только это напряжение достигает напряжения пробоя лампы, оно включается и заставляет конденсатор разряжаться через газ внутри неоновой лампы, в результате чего неон начинает светиться.

Когда конденсатор полностью разряжается, он препятствует прохождению любого дальнейшего тока через лампу и, таким образом, снова отключается, пока конденсатор не наберет заряд другого уровня, равного напряжению зажигания неона, и цикл теперь продолжает повторяться.

Проще говоря, неоновая лампа теперь продолжает мигать или мигать с частотой, определяемой значениями компонентов постоянной времени R и C.

Осциллятор релаксации

Модификация этой конструкции показана на приведенной выше схеме с использованием потенциометра 1 МОм, работающего как балластный резистор, и пары 45-вольтных или четырех 22,5-вольтных сухих батарей в качестве источника входного напряжения.

Потенциометр настраивают до тех пор, пока не загорится лампа. Затем горшок вращают в противоположном направлении, пока неоновое свечение просто не погаснет.

Когда потенциометр находится в этом положении, неон должен начать мигать с разной частотой, определяемой значением выбранного конденсатора.

Учитывая значения R и C на диаграмме, постоянная времени для схемы может быть оценена следующим образом:

T = 5 (МОм) x 0,1 (микрофарад) = 0,5 секунды.

Это не совсем истинная частота мигания неоновой лампы. Для накопления напряжения конденсатора до напряжения зажигания неона может потребоваться период в несколько постоянных времени (или меньше).

Оно может быть выше, если напряжение включения превышает 63% от напряжения питания, и может быть меньше, если номинальное напряжение зажигания неона ниже 63% от напряжения питания.

Кроме того, это означает, что частота мигания может быть изменена путем изменения значений компонентов R или C, возможно, путем замены различных значений, разработанных для обеспечения альтернативной постоянной времени, или использования подключенного параллельно резистора или конденсатора.

Например, подключение идентичного резистора параллельно резистору R, вероятно, увеличит частоту мигания в два раза (поскольку добавление подобных резисторов параллельно приводит к уменьшению общего сопротивления до половины).

Подключение конденсатора идентичной емкости параллельно существующему C, вероятно, приведет к снижению частоты мигания на 50%. Этот тип схемы называется релаксационный осциллятор .

Случайное множественное неоновое мигание

Замена R на переменный резистор может позволить отрегулировать любую желаемую частоту мигания. Это также может быть дополнительно усовершенствовано, как новая система освещения, путем присоединения массива конденсаторных неоновых цепей, каждая из которых имеет свою собственную неоновую лампу в каскаде, как показано ниже.

Каждая из этих RC-цепей обеспечивает уникальную постоянную времени. Это может вызвать случайное мигание неона по всей цепи.

Генератор тона неоновых ламп

Другой вариант применения неоновой лампы в качестве генератора может представлять собой схему релаксационного генератора, показанную на рисунке ниже.

Это может быть настоящая схема генератора сигналов, выходной сигнал которой можно прослушивать через наушники или, возможно, небольшой громкоговоритель, соответствующим образом отрегулировав потенциометр переменного тона.

Неоновые мигалки могут работать случайным образом или последовательно. Схема последовательного мигания показана на рис. 10-6.

При необходимости в эту схему можно включить дополнительные ступени, используя соединение C3 с самой последней ступенью.

Астабильная неоновая лампа-мигалка

Наконец, на рис. 10-7 показана нестабильная схема мультивибратора, в которой используется пара неоновых ламп.

Эти неоновые индикаторы будут мигать или мигать последовательно с частотой, определяемой R1 и R2 (значения которых должны быть идентичными) и C1.

В качестве основных инструкций по времени мигания, увеличение номинала балластного резистора или конденсатора в цепи релаксационного генератора может снизить частоту мигания или частоту мигания и наоборот.

Однако для того, чтобы продлить срок службы типичной неоновой лампы, значение используемого балластного резистора не должно быть ниже примерно 100 кОм, а наилучшие результаты в очень простых схемах релаксационного генератора часто могут быть достигнуты при поддержании емкости конденсатора ниже 1 мкФ.