Neónové žiarovky - pracovné a aplikačné obvody

Neónová žiarovka je žiarovka vyrobená zo skleneného krytu, pripevnená dvojicou oddelených elektród a obsahujúca inertný plyn (neón alebo argón). Hlavné použitie neónovej žiarovky je vo forme kontroliek alebo pilotných žiaroviek.

Ak je napájané nízkym napätím, odpor medzi elektródami je taký veľký, že sa neón prakticky chová ako otvorený obvod.

Keď sa však napätie zvyšuje postupne, na určitej špecifickej úrovni, keď sa inertný plyn vo vnútri neónového skla začne ionizovať a výsledkom bude jeho extrémna vodivosť.

Z tohto dôvodu plyn začína produkovať sálavé osvetlenie z okolia zápornej elektródy.

V prípade, že je inertný plyn neónový, má osvetlenie oranžovú farbu. Pre argónový plyn, ktorý nie je veľmi častý, je emitované svetlo modré.

Ako funguje neónová lampa

Pracovnú charakteristiku neónovej žiarovky môžeme vidieť na obr. 10-1.

Úroveň napätia, ktorá spúšťa žiariaci efekt v neónovej žiarovke, sa nazýva počiatočné poruchové napätie.

Akonáhle dôjde k dosiahnutiu tejto úrovne poruchy, žiarovka sa uvedie do režimu „streľby“ (žiarenia) a pokles napätia na neónových svorkách zostane prakticky pevný bez ohľadu na akýkoľvek nárast prúdu v obvode.

Okrem toho sa žhaviaca časť vo vnútri žiarovky zväčšuje so zvyšovaním napájacieho prúdu, až kým nie je bodom, v ktorom je celá plocha zápornej elektródy, naplnená žiarením.

Akákoľvek ďalšia eskalácia prúdu môže potom viesť neón do oblúkovej situácie, v ktorej sa žiarenie zmení na modrobiele zafarbené svetlo nad zápornou elektródou a začne produkovať rýchlu degradáciu žiarovky.

Preto, aby ste neónovú žiarovku osvetlili efektívne, musíte mať dostatočné napätie na to, aby lampa „vystrelila“, a potom dostatočný sériový odpor v obvode, aby ste mohli prúd obmedziť na úroveň, ktorá zaručí, že lampa zostáva v chode v typickej žiariacej časti.

Pretože neonový odpor je sám o sebe veľmi malý skoro po jeho odpálení, potrebuje sériový rezistor s jedným z nich napájacích vedení, ktorý sa nazýva predradník.

Neónové poruchové napätie

Obyčajne môže byť napätie alebo rozbitie neónovej žiarovky niekde medzi 60 až 100 voltami (alebo ojedinele aj väčšie). Trvalý prúdový prúd je pomerne minimálny, zvyčajne medzi 0,1 a 10 miliamp.

Hodnota sériového odporu sa určuje v súlade so vstupným napájacím napätím, na ktoré môže byť pripojený neón.

Pokiaľ ide o neónové žiarovky riadené napájaním zo siete 220 voltov, je odpor 220 k obyčajne dobrá hodnota.

Pokiaľ ide o mnoho komerčných neónových žiaroviek, odpor by mohol byť pravdepodobne súčasťou tela konštrukcie.

Bez akýchkoľvek presných informácií sa dá predpokladať, že neónová lampa nemusí mať pri osvetlení jednoducho žiadny odpor, ale na svojich svorkách môže mať pokles okolo 80 voltov.

Ako vypočítať neónový rezistor

Správna hodnota pre odpor neónového predradníka by sa mohla určiť po zohľadnení tejto referenčnej hodnoty, ktorá je relevantná pre presné napájacie napätie, ktoré sa v ňom používa, a za predpokladu predpokladania „bezpečného“ prúdu v hodnote približne 0,2 miliampéra.

Pri napájaní 220 voltov môže byť potrebné, aby rezistor stratil 250 - 80 = 170 voltov. Prúd cez sériový rezistor a neónovú žiarovku bude 0,2 mA. Preto môžeme na výpočet príslušného sériového rezistora pre neón použiť nasledujúci Ohmov zákon:

R = V / I = 170 / 0,0002 = 850 000 ohmov alebo 850 k

Toto hodnota odporu by bola bezpečná s väčšinou komerčných neónových žiaroviek. Keď neónová žiara nie je celkom oslnivá, hodnota odporu predradníka by sa mohla znížiť, aby sa žiarovka dostala vyššie v typickom rozsahu žiarenia.

To znamená, že odpor v žiadnom prípade nesmie byť príliš znížený, čo môže spôsobiť, že celá záporná elektróda bude pohltená horúcou žiarou, pretože to môže naznačovať, že žiarovka je teraz zaplavená a blíži sa k režimu oblúka.

Ďalším problémom, ktorý sa týka sily neónovej žiary, je to, že v okolitom svetle môže zvyčajne vyzerať oveľa lesklejšie ako v tme.

V skutočnosti by v úplnej tme mohlo byť osvetlenie nekonzistentné a / alebo vyžadovať zvýšenie rozbitého napätia na spustenie žiarovky.

Niektoré neóny obsahujú malý náznak rádioaktívneho plynu zmiešaného s inertným plynom na podporu ionizácie, v takom prípade nemusí byť tento druh účinku viditeľný.

Jednoduché obvody neónových žiaroviek

Vo vyššie uvedenej diskusii sme podrobne pochopili fungovanie a vlastnosti tejto žiarovky. Teraz sa s týmito zariadeniami trochu pobavíme a naučíme sa, ako zostaviť niekoľko jednoduchých obvodov neónových žiaroviek na použitie v rôznych aplikáciách dekoratívnych svetelných efektov.

Neónová lampa ako zdroj konštantného napätia

Vzhľadom na vlastnosti konštantného napätia neónovej žiarovky za štandardných svetelných podmienok by sa dala použiť ako jednotka stabilizujúca napätie.

Preto v obvode zobrazenom vyššie môže výstup extrahovaný z každej strany žiarovky fungovať ako pôvod konštantného napätia za predpokladu, že neón pokračuje v práci v typickej žiarivej oblasti.

Toto napätie by potom bolo identické s minimálnym prierazným napätím žiarovky.

Obvod blikania neónových žiaroviek

Používanie neónovej žiarovky ako svetelného lúča v obvode relaxačného oscilátora je možné vidieť na obrázku nižšie.

Patria sem rezistor (R) a kondenzátor (C) zapojené do série na napájacie napätie jednosmerného napätia. Paralelne s kondenzátorom je pripevnená neónová lampa. Tento neón sa používa ako vizuálny indikátor na indikáciu fungovania obvodu.

Lampa funguje takmer ako otvorený obvod, kým sa nedosiahne jej vypaľovacie napätie, keď cez ňu okamžite prepne prúd, celkom ako rezistor s nízkou hodnotou, a začne svietiť.

Napájanie tohto zdroja prúdu musí byť preto vyššie ako napájacie napätie neónu.

Keď je tento obvod napájaný, kondenzátor začne hromadiť náboj s rýchlosťou určenou časovou konštantou RC rezistor / kondenzátor. Neónová žiarovka dostane napájacie napätie ekvivalentné náboju vyvinutému na svorkách kondenzátora.

Akonáhle toto napätie dosiahne rozkladné napätie žiarovky, zapne sa a prinúti kondenzátor vybiť sa prostredníctvom plynu vo vnútri neónovej žiarovky, čo má za následok, že neón bude svietiť.

Keď sa kondenzátor úplne vybije, inhibuje akýkoľvek ďalší prúd, ktorý prechádza lampou, a tak sa opäť vypne, kým kondenzátor nenasleduje ďalší úrovňový náboj, ktorý sa rovná vypaľovaciemu napätiu neónu, a cyklus sa neustále opakuje.

Zjednodušene povedané, neónová žiarovka teraz bliká alebo bliká na frekvencii, o čom rozhodujú hodnoty zložiek časovej konštanty R a C.

Relaxačný oscilátor

Zmenu v tomto prevedení naznačuje vyššie uvedený diagram, keď sa ako zdroj vstupného napätia použije 1 megohmový potenciometer pracujúci ako predradník rezistora a niekoľko 45 voltov alebo štyri 22,5 voltové suché batérie.

Potenciometer je dolaďovaný, kým sa žiarovka nerozsvieti. Hrniec sa potom otáča v opačnom smere, kým neónová žiara iba nezhasne.

Aby bol potenciometer v tejto polohe, musí neón začať blikať pri rôznych rýchlostiach blikania, ktoré sú určené hodnotou vybraného kondenzátora.

Vzhľadom na hodnoty R a C v diagrame možno časovú konštantu obvodu vyhodnotiť takto:

T = 5 (megohmov) x 0,1 (mikrofaradov) = 0,5 sekundy.

Toto nie je konkrétne skutočná miera blikania neónovej žiarovky. Môže sa vyžadovať perióda niekoľkých časových konštánt (alebo menej), aby sa napätie kondenzátora nahromadilo až na neónové napätie.

To môže byť vyššie v prípade, že zapínacie napätie je viac ako 63% napájacieho napätia a môže byť menšie, ak je špecifikácia svetelného zdroja neónového žiarenia nižšia ako 63% napájacieho napätia.

Ďalej to znamená, že rýchlosť blikania by mohla byť zmenená zmenou hodnôt zložky R alebo C, prípadne nahradením rôznych hodnôt vypracovaných tak, aby poskytovali alternatívnu časovú konštantu, alebo použitím paralelne pripojeného rezistora alebo kondenzátora.

Napríklad zapojenie identického rezistora paralelne s R by pravdepodobne spôsobilo blikanie dvakrát viac (pretože paralelné pridanie podobných odporov spôsobí zníženie celkového odporu na polovicu).

Pripojenie kondenzátora rovnakej hodnoty paralelne s existujúcim C by pravdepodobne spôsobilo, že miera blikania bude o 50% pomalšia. Tento typ obvodu sa označuje ako a relaxačný oscilátor .

Náhodný násobný neonový blikač

Nahradenie R variabilným rezistorom by mohlo umožniť nastavenie pre akúkoľvek konkrétnu požadovanú rýchlosť blikania. To by sa dalo ďalej vylepšiť ako nový svetelný systém pripojením radu kondenzátorových neónových obvodov, z ktorých každý má svoju vlastnú neónovú lampu v kaskáde, ako je uvedené nižšie.

Každá z týchto RC sietí umožní jedinečnú časovú konštantu. To môže generovať náhodné blikanie neónu v celom obvode.

Generátor tónov neónovej žiarovky

Ďalšou variáciou použitia neónovej žiarovky ako oscilátora môže byť obvod relaxačného oscilátora, ktorý je znázornený na obrázku nižšie.

Môže to byť originálny obvod generátora signálu, ktorého výstup je možné počúvať cez slúchadlá alebo možno malý reproduktor, vhodným nastavením potenciometra s variabilným tónom.

Neónové blikače môžu byť navrhnuté tak, aby fungovali náhodne alebo postupne. Obvod sekvenčného blikania je zobrazený na obrázku 10-6.

Do tohto okruhu je možné v prípade potreby zahrnúť ďalšie stupne pomocou spojenia C3 s úplne posledným stupňom.

Astabilný blikač neónových žiaroviek

Nakoniec je astabilný multivibrátorový obvod zobrazený na obr. 10-7, ktorý využíva dvojicu neónových žiaroviek.

Tieto neóny budú postupne blikať alebo blikať na frekvencii určenej R1 a R2 (ktorých hodnoty musia byť identické) a C1.

Ako základné pokyny k časovaniu blikania môže zvýšenie hodnoty predradného odporu alebo hodnoty kondenzátora v obvode relaxačného oscilátora znížiť rýchlosť blikania alebo frekvenciu blikania a naopak.

Aby sa však chránila životnosť typickej neónovej žiarovky, použitá hodnota predradného odporu nesmie byť nižšia ako približne 100 k a najlepších výsledkov vo veľmi jednoduchých obvodoch relaxačného oscilátora možno často dosiahnuť udržiavaním hodnoty kondenzátora pod 1 mikrofaradom.