Неоновая лампа

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Тлеющий электрический газовый разряд в неоне
Условное графическое обозначение неоновой лампы на электрических принципиальных схемах[1]

Нео́новая ла́мпа или газоразрядная лампа, представляет собой герметичный стеклянный баллон, наполненный неоном или смесью газов (аргона и гелия с преобладанием неона) под небольшим давлением 500—2500 Па. Состав смеси обеспечивает оранжево-красный цвет свечения тлеющего разряда.

Название «неоновая лампа» иногда применяется и для аналогичных газосветных ламп, наполненных другими инертными газами (как правило, для получения свечения другого цвета) либо ртутных люминесцентных ламп, в которых ультрафиолетовое излучение паров ртути преобразуется люминофором в любой цвет:

Газ Цвет
свечения
Гелий бело-оранжевый
Неон красно-оранжевый
Аргон сиреневый
Криптон сине-белый
Ксенон голубовато-белый
Пары ртути голубовато-зелёный
Люминофорное покрытие произвольный цвет (определяется составом люминофора)

Более подробная таблица — см Цвета тлеющих разрядов в различных газах

Малая неоновая лампа (NE-2)

Технические характеристики[править | править код]

ВАХ неоновой лампы

Свет лампы обладает малой инерционностью и допускает яркостную модуляцию с частотой до 20 кГц. При подключении к источнику напряжения последовательно с лампой требуется подключение токоограничительного резистора. Величина его сопротивления выбирается исходя из требуемого рабочего тока. Для многих типов ламп ток не должен превышать 1 миллиампера (типичное значение для миниатюрных ламп), однако, при снижении величины силы тока ресурс лампы увеличивается. Некоторые типы ламп содержат встроенный резистор. Подключение лампы к источнику напряжения без резистора недопустимо, поскольку приводит к перерастанию тлеющего разряда в дуговой, с возрастанием тока через неё до значения, ограниченного лишь внутренним сопротивлением источника питания и подводящих проводов, и, как следствие, свариванием электродов и коротким замыканием, с возможным разрушением баллона лампы.

Малый рабочий ток и высокое напряжение зажигания обусловливают наиболее эффективную область применения неоновых ламп как индикаторов включения питания в устройствах, подключаемых к электрической сети с напряжением 100-240 В. Схема включения лампы в этом случае состоит из лампы и последовательного резистора и проще, чем для индикаторных светодиодов. Использовать светодиоды при таком напряжении менее целесообразно, так как им требуется больший ток при меньшем напряжении и большая часть мощности, потребляемой индикатором, как следствие на токоограничительном резисторе рассеивается большая мощность. Использовать неоновые лампы в устройствах с низковольтным питанием нецелесообразно, так как потребуется преобразователь напряжения, при этом можно более эффективно использовать светодиоды. Однако, в настоящее время наблюдается тенденция повсеместной замены неоновых индикаторов на светодиодные.

Напряжение зажигания лампы обычно не более 100 вольт, напряжение гашения порядка 40—65 вольт. Срок службы—от 200 до 1000[2] часов или более (определяется рабочим током лампы, поглощением газа стеклом колбы и потемнением колбы от распылённых электродов). В цепи переменного тока свечение газа наблюдается у обоих электродов, в цепи постоянного тока свечение присутствует только у электрода, соединённого с отрицательным полюсом источника питания.

Применение[править | править код]

Декоративная неоновая лампа, электроды покрыты люминофором
  • Ввиду очень малого тока потребления, основное назначение неоновой лампы — световая индикация электрических сигналов. В частности, лампа широко применяется в качестве индикатора включения сетевого питания 220 вольт.
  • Существуют сравнительно большие неоновые декоративные лампы, предназначенные для установки в стандартный патрон E14 или E27 и работающие от напряжения 220 В. В СССР такие лампы продавались обычно только в комплекте со светильниками-ночниками, а электроды имели сравнительно большую площадь и могли быть фигурными — например, в виде изогнутого пламени свечи. В настоящее время лампы такого типа продолжают выпускаться в Китае. Декоративные лампы содержат встроенный балластный резистор, что позволяет включать их в осветительную сеть напрямую.
  • Минимальный ток, необходимый для зажигания неоновых ламп низкого давления настолько мал, что его может дать даже ёмкость тела человека, то есть такие лампы очень чувствительны. Это используют в пробниках-индикаторах, позволяющих обнаруживать наличие переменного напряжения на фазном проводе осветительной электросети или на корпусах приборов. Такой пробник должен в обязательном порядке содержать резистор номиналом порядка 1 МОм, включённый последовательно с неоновой лампой, для исключения возможности поражения человека электрическим током.
  • Как почти все газоразрядные лампы, неоновая лампа может светиться без подключения её выводов к электрической сети — от воздействия электромагнитного поля, например, вблизи антенны мощного радиопередатчика, плазменной лампы или трансформатора Теслы. Примером такой лампы является лампа Бализор, используемая для подсветки высоковольтных проводов ЛЭП.
  • Неоновая лампа применяется в стробоскопическом устройстве контроля частоты вращения диска электропроигрывателя.
  • Неоновая лампа может применяться не только как элемент индикации. Приведённая на рисунке справа вольт-амперная характеристика неоновой лампы подобна характеристикам реле и поэтому называется релейной характеристикой. Она отражает т.н. релейный эффект, характерный для неоновой лампы и заключающийся в скачкообразном изменении тока при плавном изменении подводимого напряжения. Благодаря наличию такой ВАХ, лампа может использоваться в качестве активного элемента, хотя и несколько уступает по универсальности тиратрону тлеющего разряда. Наиболее часто она применяется в этом качестве в релаксационных генераторах[3], а также используется в качестве порогового элемента[4]. Может она применяться и в более сложных схемах: например на неоновых лампах можно делать двоичные счётчики[5].
  • Неоновая лампа также может использоваться как элемент защиты от кратковременных перенапряжений в сигнальных цепях соответствующего напряжения (если допустимое напряжение защищаемой цепи ниже порога её зажигания, а выбросы напряжения достигают его), например в телефонных линиях (во входных цепях телефонных аппаратов).

Интересные факты[править | править код]

Свечение на электродах лампы NE-2 в зависимости от рода тока и полярности: слева и по центру — свечение на катоде лампы питаемой постоянным током, справа — свечение на обоих электродах лампы питаемой переменным током
  • Цвет свечения неоновой лампы зависит не только от состава газовой смеси, но и от плотности тока, а также от его частоты. При небольшой плотности тока лампа светит оранжевым светом, при её увеличении спектр смещается в красную сторону. При увеличении частоты тока до единиц МГц разряд в лампе, наоборот, синеет.
  • Некоторые неоновые лампы, рассчитанное на относительно низкое напряжение питания, содержат небольшое количество (до 0,1 мкКи) криптона-85 или трития в рабочей смеси газов, для создания начальной ионизации и снижения напряжения зажигания.
  • Люминофорные неоновые лампы заполняют газовой смесью, спектр излучения которой богат коротковолновым ультрафиолетом. Для этого, в зависимости от производителя Архивная копия от 8 февраля 2022 на Wayback Machine и модели лампы, к неону добавляют криптон либо ксенон. Иногда при этом и сам неон заменяют аргоном.
  • В лампах же без люминофора часто применяют смесь Пеннинга: неон с небольшой примесью аргона. Напряжение зажигания получается меньше, чем как при чистом неоне, так и при чистом аргоне. Цвет свечения — такой же, как у неона.
  • Неоновая лампа, питаемая переменным током, может мерцать с частотой, значительно меньшей по сравнению с частотой питающего тока, и потому заметной на глаз.
  • Часто «неонками» ошибочно называют ультрафиолетовые лампы, применяющиеся для создания эффекта светящейся одежды на дискотеках, а также газосветные трубки для вывесок и люминесцентные лампы с холодным катодом.
  • Работающие неоновые лампы кроме видимого света, излучают электромагнитное излучение в широком диапазоне радиоволн — от длинноволнового до С — диапазона (4—6 см). Излучаемое ими паразитное излучение создаёт помехи радиоприемникам, наземным космическим приемо-передающим станциям. Мощность паразитного излучения зависит от мощности лампы.

Неоновые лампы производства СССР и России[править | править код]

Неоновые лампы производства СССР и России представлены широким ассортиментом приборов, в том числе специального применения, имеющих различные габариты, характеристики, форму электродов: ВМН-1, ВМН-2, ИН-3, ИН-3А, ИН-25, ИН-28, ИН-29, ИНС-1, ИФ-1, МН-3, МН-4, МН-6, МН-7, МН-11, МН-15, 95СГ-9, ТН-0,2-2, ТН-0,3, ТН-0,3-3, ТН-0,5, ТН-0,9, ТН-1, ТН-20, ТН-30, ТН-30-1, ТН-30-2М, ТНИ-1,5Д, ТМН-2, ТНУ-2, УВН (ТНУВ), а также многочисленным семейством люминофорных ламп серии ТЛ.

ТНИ-1,5Д

Среди ламп специального применения следует отметить:

  • ВМН-1, ВМН-2 — волномерные неоновые лампы.
  • ИН-3 — лампа бокового свечения с направлением светового потока в одну сторону.
  • ИН-6 — управляемая трёхэлектродная неоновая лампа. Тиратроном не является, имеет несколько иной принцип действия. Разряд в ней зажжён постоянно, но, в зависимости от управляющего напряжения, перескакивает то на индикаторный, то на вспомогательный катод. Управляется такая лампа отрицательным напряжением величиной в несколько В, подаваемым на индикаторный катод. Электроды лампы расположены таким образом, что когда разряд горит на индикаторном катоде, он хорошо заметен оператору, когда на вспомогательном — нет.
  • ИН-21 — лампа, способная без отрицательных для себя последствий выдерживать высокую температуру, и потому применяющаяся в электроплитах, в частности, модели «Электра-1001». Имеет электроды, выполненные в форме полукругов, отличается высокой эстетичностью.
  • ИН-25 — неоновая лампа с уменьшенным отношением диаметра баллона к диаметру светящегося пятна, для матричных табло с улучшенными эргономическими показателями.
  • ИН-28 — трёхэлектродные неоновые лампы с гибкими выводами, имеющие срок службы не менее 5000 часов, несмотря на значительный ток разряда (до 15,6 мА). Применяются в метрополитене в качестве единичных элементов надтоннельных табло системы ЭСИЧ.
  • ИФ-1 — индикатор ультрафиолетового излучения, в частности, для датчиков пламени. Принцип действия неизвестен, по всей видимости, на лампу подают напряжение чуть ниже напряжения зажигания, а при наличии излучения она зажигается.
  • МН-3 — лампа с пониженным напряжением горения (около 40 В). Электроды изготовлены из чистого железа, молибдена, никеля. Катоды покрыты тонкой плёнкой бария, кальция или цезия для снижения напряжения горения. Дополнительным ионизирующим фактором выступает таблетка радиоактивного материала, прикреплённая к внешнему электроду.
  • УВН (по новой системе обозначений — ТНУВ, а название УВН перешло к прибору, в котором она применена) — лампа с сужением в середине колбы для увеличения напряжений зажигания и горения, предназначена для указателей высокого напряжения.

Обозначения отечественных люминофорных неоновых ламп состоят из: букв Т—тлеющего разряда; Л—люминофорная; буквы, означающей цвет свечения (О — оранжевый, Г — голубой, З — зелёный, Ж — жёлтый); цифры, указывающей номинальный ток разряда в миллиамперах, и цифры, указывающей напряжение зажигания в сотнях вольт. Например, ТЛО-1-1 — лампа оранжевого свечения на ток в 1 мА с напряжением зажигания в 100 В. По другому варианту маркировки первая цифра обозначает типоразмер: 1 — баллон малого диаметра, цоколь E10 либо Ba9s, 3 — баллон большого диаметра, цоколь Ba15s, а вторая — напряжение зажигания: 1 — 145 В, 2 — 185 В, Номинальный ток: для ламп с баллоном малого диаметра(1) — 1мА; для ламп с баллоном большого диаметра(3) — 3мА. Долговечность этих ламп при номинальном токе — не менее 2000[2] часов; продление их срока службы возможно тем же способом, что и для обычных неоновых ламп — уменьшением тока.

Неоновые лампы производства других стран[править | править код]

NE-2 разных цветов

В других странах в прошлом выпускались индикаторные и декоративные неоновые лампы различных конструкций и габаритов, в том числе цокольные, фигурные, в виде различных украшений. В настоящее время для создания игрушек и украшений стали использоваться более дешёвые светодиоды, прекращён выпуск цокольных видов ламп. Связано это с дороговизной неона и развитием светодиодной полупроводниковой промышленности.

Среди индикаторных ламп в настоящее время сверхминиатюрные бесцокольные NE-2. Она выпускается в нескольких типоразмерах с несколькими типами яркости и цветов. Лампы NE-2C, NE-2H и NE-2UH представляют собой лампы повышенной яркости, NE-2G зелёного свечения, NE-2B синего свечения. NE-2G и NE-2B представляют собой люминофорные лампы, что позволяет изменить спектр излучения. В заводских спецификациях к неоновым лампам указывается номинал резистора, который следует подключить последовательно с лампой для включения в сеть с различным стандартным напряжением.

Зарубежные неоновые лампы с цоколями, в частности, Ba9s, в настоящее время выполняют в основном на основе ламп NE-2, добавляя к ним цоколи, резисторы (не во всех случаях) и внешние колбы, зачастую пластмассовые.

В настоящее время идёт тенденция замещения использования индикаторных неоновых ламп цветными индикаторными светодиодами.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. ГОСТ 2.731-81 ЕСКД Обозначения условные графические в схемах. Приборы электровакуумные. Дата обращения: 14 июня 2021. Архивировано 14 июня 2021 года.
  2. 1 2 Справочник по основам электронной техники / под ред. Б.С. Гершунского. — Киев: Вища школа, 1978. — С. 146-147. — 392 с.
  3. Пример использования: http://michaelgellis.tripod.com/nothing.html Архивная копия от 13 февраля 2010 на Wayback Machine
  4. Например, неоновая лампа, благодаря своему довольно стабильному напряжению зажигания, применяется в качестве индикатора полной зарядки накопительного конденсатора в электронных фотовспышках.
  5. Nixie-clock using neon lamps as logic. Дата обращения: 18 декабря 2009. Архивировано 26 января 2010 года.

Литература[править | править код]

  • Генис А. А., Горнштейн И. Л., Пугач А. Б. Приборы тлеющего разряда. Киев, Техніка, 1970.
  • Згурский В. С., Лисицын Б. Л. Элементы индикации. М.: Энергия, 1980. — 304 с., ил.
  • Гурлев Д. С. Справочник по электронным приборам. Киев, 1974.
  • Рохлин Г. Н. Газоразрядные источники света. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — ISBN 5-283-00548-8.