霓虹灯的工作原理和电路图

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  霓虹灯是一种低气压冷阳极辉光放电发光的光源。气体放电发光是自然界的一种物理现象。通过气体放电使电能转换为五光十色的光谱线,是霓虹灯工作重要的基本过程。在通常的情况下,气体是良好的绝缘体,他并不能传导电流。但是在强电场、光辐射、例子轰击和高温加热等条件下,气体分子可能发生电离,产生了可以自由移动的代电粒子,并在电场作用下行程电流,使绝缘的气体成为良导体。这种电流通过气体的现象就被称为气体放电过程。

  在密闭的玻璃管内,充有氖、氦、氩等气体,灯管两端装有两个金属电极,电极一般用铜材料制作,电极引线接入电源电路,配上一只高压变压器,将10~15kV的电压加在电极上。由于管内的气体是由无数分子构成的,在正常状态下分子与原子呈中性。在高电压作用下,少量自由电子向阳极运动,气体分子的急剧游离激发电子加速运动,使管内气体导电,发出色彩的辉光(又称虹光)。霓虹灯原理的发光颜色与管内所用气体及灯管的颜色有关;霓虹灯原理如果在淡黄色管内装氖气就会发出金黄色的光,如果在无色透明管内装氖气就会发出黄白色的光。霓虹灯原理要产生不同颜色的光,就要用许多不同颜色的灯管或向霓虹灯管内装入不同的气体。

  霓:有时在虹的外侧还能看到第二道虹,光彩比第一道虹稍淡,色序是外紫内红,与虹相反。 虹:原意也是一种自然现象,就是彩虹,也是七彩的,色序从外至内分别为:赤、橙、黄、变压器综合试验台绿、蓝、靛、紫。 霓虹灯:夜间用来吸引顾客,或装饰夜景的彩色灯,所以用“霓虹”这两种美丽的东西来作为这种灯的名字。 霓虹是英文NEON的音译。

  1、多功能彩灯控制器,一般采用时序逻辑集成电路设计,如图一所示的电路使用了一片四D锁存器74LS175。通过设置五选一跳线个控制花样可以选择,电路结构简单,成本较低,稳定可靠,大量应用于流水灯和跑马灯带的控制。 另一种方案采用彩灯专用集成电路SH803或者SH805设计,如图二所示。片载同步过零检测器,SH805内置的控制花样多达16种,通过一个轻触按键选择并锁定花样,并有渐变调光效果,其简易设计版本大量地应用于各种节日彩灯串的控制。

  2、普通型霓虹灯程序控制器,可以按照预定的程序对霓虹灯实现复杂化和多样化的控制。在图三电路中,用异步二进制分频器4024取得电网的同步信号,采用异步地址发生器4040驱动程序存储器,顺序取出先前定制的灯光控制程序,用来驱动数据端口上的三极管。这种程序控制器设计可靠,技术成熟,性能稳定,采用同步过零触发技术,减少了对电网的污染,变压器综合试验台提高了可控硅的可靠性,无感应,冲击小,有大量的扫描程序支持,是业界应用最为广泛的产品。

  3、超级彩灯控制器,本质上仍然是程序控制器,只是电路结构及其适用范围有些不同,没有设计同步及过零检测电路,适合于单机独立使用,参见图四。使用4060作为地址发生器驱动存储器,将整个存储器空间均匀地分割为32个程序段,内置多种千变万化的彩灯程序,通过设置五位DIP开关可以选择任何一段,也可以取下1~3个跳线段程序的组合应用;通过三位DIP开关可以设定2~8路控制输出,能够非常灵活地应用到各种小规模的灯光控制中。

  4、调光型霓虹灯程序控制器,采用常规的集成电路如运算放大器、异步地址发生器和只读程序存储器设计,是从普通型霓虹灯程序控制器演化得到的,但结构要复杂些,电路原理见图五,时序图见图六。由两个运放单元PB和PD进行同步信号的取样、延迟和整型,以便在交流电过零点附近取得下跳沿的同步脉冲用于地址计数,由4040和4024级联组成15位地址发生器,驱动四片程序存储器并行工作。

  程序存储器的每字节数据是由两组霓虹灯的亮度值组合构成的,也就是用半个字节数据表示一组霓虹灯亮度,范围是0~16级,八组灯管共四个字节复合数据顺序地存储到四片存储器的相同地址之中。相应地,每片程序存储器的8位数据端口被分为两组,每组通过4位数据总线传送到由运放构成的权值加法器中,进行数模转换得到模拟信号,但还不能直接用于触发可控硅进行调光,需要进一步的脉冲转换。

  从运放PE得到过零点附近的正幅值窄脉冲,由其后的单向RC积分网络完成类锯齿波的转换,这个类锯齿波的形状就是电容的放电波形,尽管不一定与霓虹灯的亮度曲线完全相符,但需要用它进行脉冲甄别,将来自权值加法器的模拟亮度值转换为不同时刻的触发脉冲,从而改变了可控硅的导同角,最终得到了连续变化的灯管亮度。

  虽然这种电路可以实现基本的调光功能,但本身所固有的缺陷是难以克服的。主要原因是霓虹灯视觉亮度的非线性无法用简单的类锯齿波来模拟,用类锯齿波作为参考电平进行波形甄别而得到的触发脉冲序列与霓虹灯的亮度特性不能一致,可能会产生亮度分布不均匀的问题。虽然可以通过复杂的RC网络得到与实际亮度曲线相近的波形,但元件参数对调光效果有较大的影响,参数变动的灵敏度较高。

  例如对于图五中的由D4、R5和C1组成的简单的单向网络中,如果C1没有深度放电就被充电返回,将严重影响霓虹灯的调光级别,亮度级数大大减少,调光效果粗糙;又如串联在加权电阻网络R15-R18回路中的一支电阻,参数必须准确,否则将影响数模转换的动态范围,最终影响触发脉冲序列出现的间距,使调光范围变窄。

  另一个原因是16级的调光范围小一些,调光效果较差,不能满足更高级别的调光需要。这种电路使用四片程序存储器,结构复杂,成本较高,变压器综合试验台可靠性低,是霓虹灯调光的初级产品,现在已很少使用,基本上被渐变型霓虹灯数码调光器所取代。

  中国农业出版社(副牌:农村读物出版社)成立于1958年,是中国农业领域唯一的一家中央级大型综合性出版社。为社会奉献的图书品种累计达2万多种,总印数4亿多册。

  霓虹灯是一种低气压气体放电光源。在它的灯管两端装有电极,在两端加上高压电后,即可从电极发射电子。电子的高速运动激发管内惰性气体或金属蒸气分子,使其电离产生导电离子,使灯管内电流导通而发光。由于不同的元素被激发后发光颜色不同,在制作时根据发光颜色的需要,在灯管内分别充入氦、氖、氩、氮、钠、汞、镁等非金属或金属元素。如氦能发淡红色光,氖发红色或深橙色光,氩发青光,氮和钠发黄光。如果管内充有几种元素,则根据各种元素比例的不同,可以发射不同的复合色光。

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