Neonové lampy - pracovní a aplikační obvody

Neonová lampa je žhavicí lampa vyrobená ze skleněného krytu, upevněná dvojicí oddělených elektrod a obsahující inertní plyn (neon nebo argon). Hlavní použití neonové lampy je ve formě indikátorů nebo pilotních lamp.

Při napájení nízkým napětím je odpor mezi elektrodami tak velký, že se neon prakticky chová jako otevřený obvod.

Když se však napětí postupně zvyšuje, na určité specifické úrovni, kde inertní plyn uvnitř neonového skla začíná ionizovat a vede k extrémní vodivosti.

Díky tomu začne plyn vytvářet zářivé osvětlení kolem záporné elektrody.

V případě, že je inertní plyn neonový, má osvětlení oranžovou barvu. U argonového plynu, který není příliš běžný, je emitované světlo modré.

Jak funguje neonová lampa

Pracovní charakteristiku neonové lampy lze vidět na obr. 10-1.

Úroveň napětí, která spouští zářivý efekt v neonové žárovce, se označuje jako počáteční průrazné napětí.

Jakmile je dosažena tato úroveň poruchy, žárovka se uvede do režimu „střelby“ (žhavení) a pokles napětí na neonových svorkách zůstane prakticky stálý bez ohledu na jakýkoli druh zvýšení proudu v obvodu.

Kromě toho se zářící část uvnitř baňky zvyšuje se zvyšujícím se napájecím proudem, dokud není bod, ve kterém je celková plocha záporné elektrody vyplněna záře.

Jakákoli další eskalace proudu může poté uvést neon do obloukové situace, kdy se záře osvětlení změní na modrobílé světlo nad zápornou elektrodou a začne produkovat rychlou degradaci lampy.

Proto, abyste efektivně osvětlili neonovou lampu, musíte mít dostatečné napětí, aby lampa „vystřelila“, a poté dostatek sériového odporu v obvodu, abyste mohli omezit proud na úroveň, která zaručí, že lampa zůstane v provozu v typické zářící části.

Vzhledem k tomu, že neonový odpor je sám o sobě extrémně malý brzy po jeho odpálení, potřebuje sériový rezistor s jedním z napájecích vedení, který se nazývá předřadný rezistor.

Neonové poruchové napětí

Obvykle může být napětí nebo rozbití neonové lampy kdekoli mezi přibližně 60 až 100 volty (nebo příležitostně i vyšší). Hodnocení trvalého proudu je poměrně minimální, obvykle mezi 0,1 a 10 miliampéry.

Hodnota sériového rezistoru je určena v souladu se vstupním napájecím napětím, na které může být připojen neon.

Pokud jde o neonové lampy ovládané napájením ze sítě 220 V, je obvykle dobrou hodnotou odpor 220 k.

Pokud jde o mnoho komerčních neonových žárovek, mohl by být odpor pravděpodobně součástí těla konstrukce.

Bez jakýchkoli přesných informací lze předpokládat, že neonová lampa nemusí mít při svícení jednoduše žádný odpor, ale může mít na svorkách pokles okolo 80 voltů.

Jak vypočítat neonový rezistor

Správná hodnota pro odpor neonového předřadníku by mohla být stanovena s přihlédnutím k tomuto měřítku, které je relevantní pro přesné napájecí napětí, které se v něm používá, a předpokládá jako příklad „bezpečný“ proud přibližně 0,2 miliampéru.

Pro napájení 220 voltů může být nutné, aby rezistor ztratil 250 - 80 = 170 voltů. Proud přes sériový rezistor a neonovou žárovku bude 0,2 mA. Proto můžeme pro výpočet příslušného sériového rezistoru pro neon použít následující vzorec Ohmova zákona:

R = V / I = 170 / 0,0002 = 850 000 ohmů nebo 850 k

Tento hodnota odporu by bylo bezpečné u většiny komerčních neonových lamp. Když neonová záře není zcela oslnivá, mohla by být hodnota předřadného odporu snížena, aby se lampa posunula výše v typickém rozsahu záře.

To znamená, že odpor nesmí být v žádném případě příliš snížen, což může způsobit, že celá záporná elektroda bude pohlcena horkou záře, protože to může znamenat, že lampa je nyní zaplavena a blíží se režimu elektrického oblouku.

Další problém týkající se síly neonové záře spočívá v tom, že v okolním světle může obvykle vypadat mnohem leskleji než ve tmě.

Ve skutečnosti by v úplné tmě mohlo být osvětlení nekonzistentní a / nebo vyžadovat zvýšené průrazné napětí pro spuštění lampy.

Některé neony mají malý náznak radioaktivního plynu smíchaného s inertním plynem pro podporu ionizace, v takovém případě nemusí být tento druh účinku viditelný.

Jednoduché obvody s neonovými žárovkami

Ve výše uvedené diskusi jsme podrobně porozuměli fungování a charakteristice této lampy. Nyní se s těmito zařízeními pobavíme a naučíme se, jak vytvořit několik jednoduchých obvodů neonových lamp pro použití v různých aplikacích dekorativních světelných efektů.

Neonová lampa jako zdroj konstantního napětí

Vzhledem k vlastnostem konstantního napětí neonové lampy za standardních světelných podmínek by mohla být použita jako jednotka stabilizující napětí.

Proto v obvodu zobrazeném výše může výstup extrahovaný z každé strany lampy fungovat jako počátek konstantního napětí za předpokladu, že neon pokračuje v práci v typické zářící oblasti.

Toto napětí by pak bylo totožné s minimálním průrazným napětím lampy.

Obvod blikače neonových světel

Na obrázku níže je vidět použití neonové lampy jako světelného blikače v obvodu relaxačního oscilátoru.

To zahrnuje rezistor (R) a kondenzátor (C) zapojené do série na napájecí napětí stejnosměrného napětí. Neonová lampa je připojena paralelně s kondenzátorem. Tento neon se používá jako vizuální indikátor, který ukazuje fungování obvodu.

Lampa téměř funguje jako otevřený obvod, dokud nedosáhne svého vypalovacího napětí, když okamžitě přepne proud skrz něj jako odpor s nízkou hodnotou a začne svítit.

Napájecí napětí pro tento zdroj proudu proto musí být vyšší než napájecí napětí neonu.

Když je tento obvod napájen, kondenzátor začne hromadit náboj s rychlostí určenou časovou konstantou rezistoru / kondenzátoru RC. Neonová žárovka dostane napájecí napětí ekvivalentní náboji vyvinutému na svorkách kondenzátoru.

Jakmile toto napětí dosáhne průrazného napětí lampy, zapne se a nutí kondenzátor vybít se prostřednictvím plynu uvnitř neonové žárovky, což má za následek, že neon září.

Když se kondenzátor zcela vybije, inhibuje jakýkoli další proud, který projde lampou, a tak se znovu vypne, dokud kondenzátor nenese další úroveň náboje rovnající se vypalovacímu napětí neonové energie a cyklus se nyní stále opakuje.

Zjednodušeně řečeno, neonová lampa nyní bliká nebo bliká na frekvenci, jak rozhodují hodnoty složek časové konstanty R a C.

Relaxační oscilátor

Modifikace v tomto provedení je naznačena ve výše uvedeném diagramu, a to použitím 1 megohmového potenciometru fungujícího jako předřadný rezistor a několika 45 V nebo čtyř 22,5 V suchých baterií jako zdroje vstupního napětí.

Potenciometr je jemně vyladěn, dokud se lampa nerozsvítí. Hrnce se poté otáčí v opačném směru, dokud neonová záře pouze nezmizí.

Poté, co je potenciometr v této poloze, musí neon začít blikat při různých rychlostech blikání, jak je určeno hodnotou vybraného kondenzátoru.

Vzhledem k hodnotám R a C v diagramu lze časovou konstantu obvodu vyhodnotit následovně:

T = 5 (megohmů) x 0,1 (mikrofarad) = 0,5 sekundy.

Nejedná se konkrétně o skutečnou rychlost blikání neonové lampy. Může to vyžadovat dobu několika časových konstant (nebo méně), aby se napětí kondenzátoru nahromadilo až na neonové vypalovací napětí.

To může být vyšší v případě, že je zapínací napětí vyšší než 63% napájecího napětí, a může být menší, pokud je neonová spalovací napětí nižší než 63% napájecího napětí.

Dále to znamená, že rychlost blikání lze upravit změnou hodnot komponent R nebo C, případně nahrazením různých hodnot zpracovaných tak, aby poskytly alternativní časovou konstantu, nebo použitím paralelně připojeného rezistoru nebo kondenzátoru.

Například zapojení identického rezistoru paralelně s R by pravděpodobně způsobilo blikání dvakrát více (protože paralelní přidání podobných rezistorů způsobí snížení celkového odporu na polovinu).

Připojení kondenzátoru stejné hodnoty paralelně se stávajícím C by pravděpodobně způsobilo, že rychlost blikání se o 50% zpomalí. Tento typ obvodu se označuje jako a relaxační oscilátor .

Náhodný vícenásobný neonový blikač

Nahrazení R proměnným rezistorem by mohlo umožnit nastavení pro jakoukoli konkrétní požadovanou frekvenci blikání. To by také mohlo být dále vylepšeno jako nový světelný systém připojením řady kondenzátorových neonových obvodů, z nichž každý má svou vlastní neonovou lampu v kaskádě, jak je uvedeno níže.

Každá z těchto RC sítí umožní jedinečnou časovou konstantu. To může generovat náhodné blikání neonů v celém obvodu.

Generátor tónů neonových lamp

Další variantou aplikace neonové lampy jako oscilátoru může být obvod relaxačního oscilátoru, který je znázorněn na obrázku níže.

Může to být originální obvod generátoru signálu, jehož výstup lze poslouchat přes sluchátka nebo snad malý reproduktor, vhodným nastavením potenciometru s proměnným tónem.

Neonová světla mohou být navržena tak, aby fungovala náhodně nebo postupně. Obvod sekvenčního blikání je zobrazen na obr. 10-6.

Pokud je to požadováno, lze do tohoto okruhu zahrnout další stupně, a to pomocí připojení C3 k poslednímu stupni.

Astable Neon Lamp Flasher

A konečně je na obr. 10 až 7 odhalen astabilní multivibrátorový obvod využívající dvojici neonových lamp.

Tyto neony budou blikat nebo blikat postupně / na frekvenci určené R1 a R2 (jejichž hodnoty musí být stejné) a C1.

Jako základní pokyny k časování blikání může zvýšení hodnoty předřadného odporu nebo hodnoty kondenzátoru v obvodu relaxačního oscilátoru snížit frekvenci blikání nebo frekvenci blikání a naopak.

Aby se však chránila životnost typické neonové lampy, nesmí být použitá hodnota předřadného odporu nižší než přibližně 100 k a nejlepších výsledků ve velmi jednoduchých obvodech relaxačního oscilátoru lze často dosáhnout udržováním hodnoty kondenzátoru pod 1 mikrofaradem.