Lampa neonowa to lampa jarzeniowa składająca się ze szklanej osłony, zamocowanej parą oddzielnych elektrod i zawierającej gaz obojętny (neon lub argon). Głównym zastosowaniem neonówki są lampki sygnalizacyjne lub pilotowe.
Przy zasilaniu niskim napięciem rezystancja między elektrodami jest tak duża, że neon praktycznie zachowuje się jak otwarty obwód.
Jednak gdy napięcie wzrasta stopniowo, na pewnym określonym poziomie, gdy gaz obojętny wewnątrz neonowego szkła zaczyna jonizować i powoduje, że jest wyjątkowo przewodzący.
Z tego powodu gaz zaczyna wytwarzać promieniste oświetlenie wokół elektrody ujemnej.
W przypadku, gdy gaz obojętny jest neonowy, oświetlenie ma kolor pomarańczowy. W przypadku rzadkiego argonu emitowane światło jest niebieskie.
Jak działa lampa neonowa
Charakterystykę pracy neonu można zobaczyć na rys. 10-1.
Poziom napięcia, który wyzwala efekt żarzenia w żarówce neonu, określa się jako początkowe napięcie przebicia.
Natychmiast po osiągnięciu tego poziomu przebicia żarówka przechodzi w tryb „zapłonu” (żarzenia), a spadek napięcia na zaciskach neonu pozostaje praktycznie stały, niezależnie od jakiegokolwiek wzrostu prądu w obwodzie.
Ponadto, sekcja żarzenia wewnątrz żarówki zwiększa się wraz ze wzrostem prądu zasilania, aż do momentu, w którym całkowita powierzchnia elektrody ujemnej zostanie wypełniona żarzeniem.
Każda dodatkowa eskalacja prądu może następnie doprowadzić neon do sytuacji wyładowania łukowego, w którym podświetlenie jarzeniowe zamienia się w niebiesko-białe światło na elektrodzie ujemnej i zaczyna powodować szybką degradację lampy.
Stąd, aby skutecznie oświetlić neonową lampę, musisz mieć wystarczające napięcie, aby lampa `` zapalała się '', a następnie wystarczającą rezystancję szeregową w obwodzie, aby móc ograniczyć prąd do poziomu, który zagwarantuje, że lampa działa w typowym obszarze żarzenia.
Ponieważ opór neonu sam w sobie jest bardzo mały wkrótce po jego odpaleniu, potrzebny jest rezystor szeregowy z jedną z linii zasilających, zwany rezystorem balastowym.
Napięcie przebicia neonu
Zwykle napięcie zapłonu lub przebicia lampy neonowej może wynosić około 60 do 100 woltów (lub czasami nawet więcej). Ciągły prąd znamionowy jest dość minimalny, zwykle od 0,1 do 10 miliamperów.
Wartość rezystora szeregowego jest określana zgodnie z napięciem zasilania wejściowego, do którego można podłączyć neon.
Jeśli chodzi o sterowanie lampami neonowymi za pomocą zasilania 220 V (z sieci), rezystor 220 k jest zwykle dobrą wartością.
W przypadku wielu handlowych żarówek neonowych rezystor mógłby być umieszczony w korpusie konstrukcji.
Bez dokładnych informacji można przypuszczać, że lampa neonowa może po prostu nie mieć oporu podczas świecenia, ale może mieć spadek o około 80 woltów na swoich zaciskach.
Jak obliczyć rezystor neonowy
Prawidłową wartość rezystora balastu neonu można określić, biorąc pod uwagę ten wzorzec, który jest istotny dla dokładnego napięcia zasilania wykorzystywanego na nim, i zakładając na przykład „bezpieczny” prąd około 0,2 miliamperów.
W przypadku zasilania 220 V rezystor może stracić 250 - 80 = 170 V. Prąd przepływający przez rezystor szeregowy i żarówkę neonową wyniesie 0,2 mA. Dlatego możemy użyć następującego wzoru prawa Ohma do obliczenia odpowiedniego rezystora szeregowego dla neonu:
R = V / I = 170 / 0,0002 = 850 000 omów lub 850 k
To wartość rezystora byłby bezpieczny w przypadku większości komercyjnych lamp neonowych. Gdy blask neonu nie jest całkiem oślepiający, wartość rezystora balastowego może zostać zmniejszona, aby ustawić lampę wyżej w typowym zakresie świecenia.
To powiedziawszy, w żaden sposób nie wolno zbytnio obniżać rezystancji, co może spowodować pochłonięcie całej elektrody ujemnej przez gorącą żar, ponieważ może to wskazywać, że lampa jest teraz zalana i zbliża się do trybu łukowego.
Kolejną kwestią dotyczącą mocy blasku neonu jest to, że zazwyczaj może on wyglądać dużo błyszcząco w świetle otoczenia w porównaniu z ciemnością.
W rzeczywistości w całkowitej ciemności oświetlenie może być niespójne i / lub wymagać zwiększonego napięcia przebicia w celu zainicjowania lampy.
Niektóre neony zawierają niewielką nutę radioaktywnego gazu zmieszanego z gazem obojętnym w celu promowania jonizacji, w takim przypadku tego rodzaju efekt może nie być widoczny.
Proste obwody żarówek neonowych
W powyższej dyskusji szczegółowo zrozumieliśmy działanie i charakterystykę tej lampy. Teraz będziemy się trochę bawić tymi urządzeniami i nauczymy się budować proste obwody neonów do wykorzystania w różnych zastosowaniach dekoracyjnych efektów świetlnych.
Lampa neonowa jako źródło stałego napięcia
Ze względu na stałe napięcie lampy neonowej w warunkach normalnego oświetlenia może być stosowana jako jednostka stabilizująca napięcie.
Dlatego w obwodzie pokazanym powyżej wyjście wydobyte z każdej strony lampy może działać jak źródło stałego napięcia, pod warunkiem, że neon nadal działa w typowym obszarze świecącym.
To napięcie byłoby wtedy identyczne z minimalnym napięciem przebicia lampy.
Obwód migacza lampy neonowej
Na poniższym obrazku widać użycie lampy neonowej jako migacza światła w obwodzie oscylatora relaksacyjnego.
Obejmuje to rezystor (R) i kondensator (C) połączone szeregowo z napięciem zasilającym o napięciu stałym. Lampa neonowa jest przymocowana równolegle do kondensatora. Ten neon jest stosowany jako wizualny wskaźnik pokazujący działanie obwodu.
Lampa działa prawie jak otwarty obwód, dopóki nie zostanie osiągnięte napięcie zapłonu, kiedy natychmiast przełączy przez nią prąd, zupełnie jak rezystor o niskiej wartości i zacznie świecić.
Dlatego napięcie zasilające dla tego źródła prądu musi być wyższe niż napięcie przebicia neonu.
Kiedy ten obwód jest zasilany, kondensator zaczyna gromadzić ładunek z szybkością określoną przez stałą czasową RC rezystora / kondensatora. Żarówka neonowa otrzymuje napięcie odpowiadające ładunkowi wytworzonemu na zaciskach kondensatora.
Gdy tylko napięcie osiągnie wartość napięcia przebicia lampy, włącza się i zmusza kondensator do rozładowania się poprzez gaz wewnątrz żarówki neonu, powodując świecenie neonu.
Gdy kondensator całkowicie się rozładuje, powstrzymuje dalszy przepływ prądu przez lampę, a tym samym wyłącza się ponownie, aż kondensator zgromadzi kolejny poziom ładunku równy napięciu zapłonu neonu, a teraz cykl się powtarza.
Mówiąc prościej, lampa neonowa nadal miga lub miga z częstotliwością określoną przez wartości stałych czasowych składowych R i C.
Oscylator relaksacyjny
Modyfikacja tego projektu jest wskazana na powyższym schemacie, przy użyciu potencjometru 1 megaoma działającego jak rezystor balastowy i kilku 45 V lub czterech suchych baterii 22,5 V jako źródła napięcia wejściowego.
Potencjometr jest precyzyjnie dostrojony, aż lampka się zaświeci. Następnie garnek obraca się w przeciwnym kierunku, aż blask neonu tylko zgaśnie.
Zezwalając na ustawienie potencjometru w tej pozycji, neon musi wtedy zacząć migać z różnymi szybkościami migania, określonymi przez wartość wybranego kondensatora.
Biorąc pod uwagę wartości R i C na wykresie, stałą czasową obwodu można oszacować w następujący sposób:
T = 5 (megaomów) x 0,1 (mikrofarady) = 0,5 sekundy.
Nie jest to konkretnie rzeczywista szybkość migania lampy neonowej. Może to wymagać kilku stałych (lub krótszych) okresów, aby napięcie kondensatora zgromadziło się aż do napięcia zapłonu neonu.
Wartość ta może być wyższa w przypadku, gdy napięcie włączenia przekracza 63% napięcia zasilania i może być mniejsza, jeśli specyfikacja napięcia zapłonu neonu jest niższa niż 63% napięcia zasilania.
Dodatkowo oznacza to, że częstotliwość migania można modyfikować, zmieniając wartości składowej R lub C, ewentualnie zastępując różne wartości opracowane w celu zapewnienia alternatywnej stałej czasowej lub stosując równolegle dołączony rezystor lub kondensator.
Na przykład podłączenie identycznego rezystora równolegle do R prawdopodobnie zwiększyłoby szybkość migania dwukrotnie (ponieważ dodanie podobnych rezystorów równolegle powoduje zmniejszenie całkowitej rezystancji o połowę).
Podłączenie kondensatora o identycznej wartości równolegle do istniejącego C prawdopodobnie spowodowałoby zmniejszenie szybkości migania o 50%. Ten typ obwodu jest określany jako oscylator relaksacyjny .
Losowy wielokrotny Neon Flasher
Zastąpienie R rezystorem zmiennym może umożliwić regulację dla dowolnej żądanej szybkości migania. Można to również ulepszyć, podobnie jak nowatorski system świetlny, dołączając szereg obwodów neonów z kondensatorami, z których każdy ma swoją własną lampę neonową w kaskadzie, jak pokazano poniżej.
Każda z tych sieci RC zapewni unikalną stałą czasową. Może to generować przypadkowe miganie neonu na całym obwodzie.
Generator tonu lampy neonowej
Inną odmianą zastosowania lampy neonowej jako oscylatora może być obwód oscylatora relaksacyjnego, pokazany na poniższym rysunku.
Może to być prawdziwy obwód generatora sygnału, którego wyjście można by odsłuchiwać przez słuchawki lub mały głośnik, odpowiednio regulując potencjometr zmiennego tonu.
Neonowe migacze mogą być zaprojektowane tak, aby działały w sposób losowy lub sekwencyjny. Sekwencyjny obwód migacza pokazano na rys. 10-6.
W razie potrzeby w tym obwodzie można uwzględnić dodatkowe etapy, wykorzystując połączenie C3 do ostatniego etapu.
Astable Neon Lamp Flasher
Wreszcie, na rys. 10-7 ujawniono stabilny obwód multiwibratora, w którym zastosowano parę lamp neonowych.
Te neony będą migać lub włączać / wyłączać się kolejno z częstotliwością określoną przez R1 i R2 (których wartości muszą być identyczne) i C1.
Jako podstawowe instrukcje dotyczące synchronizacji migacza, zwiększenie wartości rezystora balastowego lub wartości kondensatora w obwodzie oscylatora relaksacyjnego może zmniejszyć szybkość migania lub częstotliwość migania i odwrotnie.
Jednak w celu ochrony żywotności typowej lampy neonowej, wartość rezystora statecznika nie może być niższa niż w przybliżeniu 100 k, a najlepsze wyniki w bardzo prostych obwodach oscylatora relaksacyjnego można często osiągnąć, utrzymując wartość kondensatora poniżej 1 mikrofarada.
Poprzedni: Konwerter 5 V na 10 V dla obwodów TTL Dalej: Jak działają obwody RC
