Контрольні запитання:
Чим відрізняються самостійний та несамостійний розряди? [1 (ст. 117) ]
Зобразити повну ВАХ самостійного розряду та охарактеризувати її ділянки [1 (ст. 128) ].
Пояснити явище люмінесценції. Люмінофори. [1 (ст. 209) ]
Вимоги до лампових люмінофорів. [1 (ст. 220) ]
Чому використовуються генератори з падаючою характеристикою для живлення газорозрядних ламп? [1 (ст. 132) ]
Вплив температури на люмінофори. [1 (ст. 223) ]
Основні параметри та класифікація люмінесцентних ламп. [1 (ст. 306) ]
Кольорові та спектральні характеристики освітлювальних люмінесцентних ламп. [1 (ст. 307)]
Основні параметри люмінесцентних ламп. [1 (ст. 315)]
Спеціальні люмінесцентні лампи. [1 (ст. 322)]
Принципові схеми ввімкнення люмінесцентних ламп з різними стартерами. [1 (ст. 333)]
Типи стартерів, конструкції та принцип роботи. [1 (ст. 334)]
Параметри, що впливають на підбір дроселя для індуктивного баласту. [1 (ст. 337)]
Робота люмінесцентних ламп в схемах безстартерного запалювання. [1 (ст. 341)]
Схеми плавного регулювання світлового потоку люмінесцентних ламп. [1 (ст. 348)]
Робота люмінесцентних ламп на підвищеній частоті. [1 (ст. 349)]
Радіозавади, що викликаються люмінесцентними лампами, та способи боротьби з ними. [1(ст. 353)]
Які фактори впливають на повний термін роботи люмінесцентних ламп? [1(ст. 355)]
Пояснити явище люмінесценції. [2]
Неонові лампи. [2]
Люмінесцентні ртутні лампи низького тиску. Лампи денного світла. [2]
Схеми підпалювання ртутних ламп низького тиску. [2]
Стартери та баластні пристрої. [2]
Люмінесцентні лампи для опромінення світлоскладів. [2]
Бактерицидні лампи. [2]
Еритемні лампи. [2]
Конструкція та схема ввімкнення сигнальної люмінесцентної лампи. [3]
Зробити порівняльну характеристику баластів до люмінесцентних газорозрядних ламп. [4(ст. 291)]
Класична схема баласту люмінесцентних газорозрядних ламп. [4(ст. 292)]
Типова блок-схема електронного баласту люмінесцентних газорозрядних ламп. [4(ст. 293)]
Принцип роботи електронного баласту. [4(ст. 294)]
Якими елементами та чому замінюється стартер для розігріву катодів. [4(ст. 291)]
Радіолюмінісцентні випромінювачі з твердим мілкодисперсним активатором. [5]
Радіолюмінісцентні випромінювачі з газовим активатором. [5]
Для чого в люмінесцентних лампах використовуються термокатоди?
1. Відомо, що у звичайному стані газовий проміжок є гарним ізолятором, так що при невеликих прикладених до електродів напругах струм у ланцюзі практично відсутній. Це пояснюється тим, що при звичайних умовах у газі або парах металу існує лише незначна кількість заряджених часток, що утворюються під дією космічного випромінювання, природної радіоактивності, фотоіонізації й тому подібних причин. Однак при підвищенні прикладеної напруги вище певного значення процес утворення нових зарядів у газовому проміжку приводить до різкого, практично раптового (10 5 ‑ 10-7 с) зростанню струму й появі світіння. Цей процес називається запалюванням самостійного розряду, а відповідна напруга на лампі – напругою запалювання. Він відповідає переходу несамостійного розряду в одну з форм самостійного, наприклад, у тліючий, дуговий або іскровий.
Процес запалювання розряду грає винятково важливу роль для роботи газорозрядних ламп, оскільки він визначає мінімальну напругу, яку треба прикласти до електродів у даних умовах для виникнення самостійного розряду тієї або іншої форми. Напруга запалювання самостійного розряду залежить від роду газу, що наповнює, його тиску, від форми й відстані між електродами, матеріалу й властивостей катода, а також від ряду інших причин.
Несамостійними розрядами називаються такі розряди, у яких струм підтримується тільки за рахунок безперервного утворення заряджених часток якою-небудь зовнішньою причиною й припиняється після припинення дії джерела утворення зарядів. Заряди можуть створюватися як на поверхні електродів, так і в об’ємі. Самостійні розряди характеризуються тим, що заряджені частки, необхідні для підтримки розряду, створюються в процесі самого розряду.
Механізм переходу несамостійного розряду в одну з форм самостійного залежить від багатьох причин і різний у різних умовах. Однак у всіх випадках загальним критерієм переходу є умова, щоб у середньому кожна зникаюча по тим або іншим причинам заряджена частка створювала собі за час свого існування принаймні одного заступника. Майже всі несамостійні розряди в момент запалювання являють собою таунсендовський розряд, що, розвиваючись, переходить потім в одну з форм самостійного розряду. Форма самостійного розряду, що встановлюється після пробою газового проміжку, залежить від умов у зовнішньому ланцюзі, процесів на електродах й у газовому проміжку.
2. Вольт‑амперною характеристикою (ВАХ) газового розряду називається залежність напруги на електродах лампи від сили струму, що проходить через неї. Знання ВАХ необхідне для правильного вибору режиму роботи лампи й розрахунку приладів ввімкнення й запалювання.
На рис.1‑7 схематично представлена повна ВАХ розряду й відзначені області, що відповідають різним формам розрядів. Конкретний вид кривої залежить від типу лампи й умов розряду в ній. Однак загальний характер залежності зберігається й визначається процесами, що відбуваються в газовому розряді.
Рис. 1-7. Повна ВАХ самостійних розрядів.
А — напруга запалювання тліючого розряду; БВ — область нормального катодного падіння; ВГ — область аномального катодного падіння; ГД — область переходу до термічної емісії катода; ДЕ — область дугового розряду.
Представлена на рис. 1‑7 характеристика називається статичною, тому що кожна її точка відповідає сталому у часі режиму для даних умов. Крім статичної, існує ще динамічна ВАХ. Динамічною характеристикою називають таку характеристику, кожна точка якої відповідає миттєвому значенню напруги й струму при їх досить швидкій зміні. З динамічними характеристиками ми маємо справу при роботі ламп на змінному струмі й в умовах нестаціонарних режимів.
При змінах теплового режиму лампи відбувається зміна її статичної ВАХ. Цю обставину важливо враховувати при аналізі режиму розгорання ламп з парами металу, у яких умови розряду сильно залежать від теплового режиму. Вольт-амперна характеристика дозволяє визначити опір розряду. При цьому варто розрізняти два види опору: статичний й диференціальний. Статичний опір r, під яким розуміється відношення напруги до відповідної сили струму. У силу того, що ВАХ розряду має досить складний вид, статичний опір не визначає зміну ВАХ при зміні струму. Для цієї мети доводиться вводити похідні від напруги по струму. Перша похідна від напруги по струму, взята в даній точці ВАХ, називається диференціальним опором r0. Диференціальний опір може бути як додатнім, так і від’ємним.
Як буде показано нижче, усталена робота газорозрядних ламп на падаючих, горизонтальних і слабко зростаючих ділянках ВАХ можлива тільки при наявності в схемі пристроїв, що обмежують силу струму в нормальними межами.
При роботі на постійному струмі як стабілізуючі пристрої застосовують активні опори, що включають послідовно з кожною газорозрядною лампою. При роботі на змінному струмі застосовують головним чином індуктивні опори у вигляді дроселів. Активні або чисто ємнісні опори застосовуються тільки в окремих випадках. Стабілізуючі елементи включаються послідовно з кожною лампою. Іноді застосовують спеціальні трансформатори або автотрансформатори з великим магнітним розсіюванням.
3. У люмінесцентних приладах, що працюють за принципом подвійного перетворення енергії, використовується розряд в газах або електричний розряд у парах металів (ртуті, натрію). Енергія тліючого розряду діє на спеціальне люмінесцентне покриття в середині лампи, що випромінює енергію у видимій частині спектра. Енергія електричного розряду в парах ртуті перетвориться в ультрафіолетову променисту енергію визначеної довжини хвилі (електролюмінісценція). Люмінесценція (у широкому значенні слова) — це світіння деяких речовин, що знаходяться в будь якому із трьох станів: газоподібному, рідкому чи твердому, що не супроводжується виділенням тепла (холодне світіння). Люмінесценція, що виникає в результаті ультрафіолетового опромінення речовин, називається фотолюмінісценцією (приставки електро- і фото- для стислості не вимовляються). У люмінесцентних лампах люмінесценцію мають спеціальні кристалічні сполуки, що називаються люмінофорами. До них відносяться кислотні солі: силікати, вольфрамати, молібдати, фосфати чи борати, що наносяться на внутрішню поверхню скляного балона чи трубки. Кожен люмінофор при опроміненні світиться властивим йому одним кольором, що відповідає певній довжині хвилі. Для одержання потрібного кольору світіння лампи використовується суміш з декількох люмінофорів. Люмінофори, опромінені ультрафіолетовими променями, виділяють світлову енергію іншої довжини хвилі (фотолюмінісценція). За законами фізики таке перетворення, як правило, відбуваються у випадку, коли короткохвильові випромінювання перетворюються в довгохвильові. Тому люмінофори випускають видиме світло в діапазоні від фіолетових до червоних відносно довгохвильових випромінювань під впливом більш короткохвильових невидимих ультрафіолетових променів.
4. У газорозрядних лампах зазвичай застосовують порошкоподібні кристалічні люмінофори, що являють собою складні хімічні сполуки. Люмінофори отримують шляхом сплавлення й прожарювання вихідних речовин при високій температурі. Вихід випромінювання люмінесценції дуже сильно залежить від чистоти й складу вихідних матеріалів і технології готування люмінофору. Незначні домішки деяких речовин, наприклад заліза та ін., різко знижують вихід випромінювання.
Після закалювання люмінофор піддається дробленню і просіванню, для того щоб отримати порошок, який складається з часток певного розміру. У цей час для одержання необхідного гранулометричного складу люмінофору застосовують спеціальні методи фракціонування.
Для одержання шару люмінофору певної товщини з порошку люмінофору готується суспензія, що наноситься на поверхню лампи за допомогою поливу, пульверизації, осадження або іншим способом.
Лампові люмінофори повинні задовольняти наступним вимогам:
1) максимум чутливості люмінофору повинен збігатися зі збудливим випромінюванням;
2) спектр випромінювання люмінофору повинен задовольняти вимогам, запропонованим для спектрального складу випромінювання джерела;
3) люмінофор повинен мати високий квантовий вихід;
4) мати певну тривалість післясвітіння;
5) бути високостабільним в умовах виготовлення й роботи лампи;
6) люмінофор повинен по вимозі легко втрачати газ і не псувати вакуум, тобто не повинен виділяти шкідливих для роботи лампи газів або поглинати гази й пари;
7) не повинен вступати ні в які хімічні реакції з речовинами, з якими він може стикатися при виготовленні й роботі лампи;
8) люмінофор повинен виготовлятися з дешевої й доступної сировини, технологія його виготовлення повинна бути, по можливості, простою, матеріали не повинні бути токсичними;
9) шар люмінофору повинен рівномірно наноситися на поверхню скла або іншого матеріалу й міцно триматися на ньому.
Винятково важливе значення для ефективності перетворення випромінювання в шарі люмінофору має технологія підготовки суспензії люмінофору, а також технологія нанесення й подальшої обробки шару. Для кожного типу люмінофору й типу лампи це питання повинно вирішуватися з врахуванням всіх фізико-хімічних, фотохімічних, вакуумних й інших властивостей люмінофору, скла, на яке він наноситься, і умов роботи в лампі.
На сьогодні розроблено велику кількість лампових люмінофорів, що задовольняють запропонованим вимогам. Найбільш широке застосування знайшли люмінофори для перетворення ультрафіолетового випромінювання ртутних розрядів низького й високого тиску. Люмінофори, призначені для ртутних ламп низького тиску, мають максимум чутливості в області резонансного випромінювання ртуті 254 й 185 нм. Смуги поглинання люмінофорів для ртутних ламп високого тиску перебувають в області 280 – 370 нм, у якій зосереджена основна частина ультрафіолетового випромінювання ртутних розрядів в. т.
Спектри випромінювання різних люмінофорів охоплюють всю область видимого й ультрафіолетового випромінювання аж до 270 – 280 нм.
У табл. 2-2 наведені основні характеристики лампових люмінофорів, що використовуються у різних типах ламп.
На рис. 2‑4 наведені спектри поглинання (пунктирні лінії) і спектри випромінювання (суцільні лінії) деяких з люмінофорів.
Яскравість випромінювання більшості люмінофорів падають з ростом температури, але в деяких люмінофорів яскравість спочатку навіть зростає з ростом температури, досягає максимуму при певній температурі й лише потім починає падати. Особливо це виражено у фторогерманата магнію. На рис. 2 ‑ 5 вказана відносна яскравість випромінювання деяких люмінофорів залежно від температури.
Рис. 2‑4. Спектри поглинання (пунктирні лінії) і спектри випромінювання (суцільні лінії) деяких лампових люмінофорів.
Рис. 2‑5. Яскравість деяких люмінофорів в залежності від температури (у довільних одиницях).