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常見(jiàn)電光源的工作原理

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作者: 時(shí)間:2007-12-18 來(lái)源:電子元器件網(wǎng) 收藏

  自19世紀(jì)初電能開(kāi)始用于照明后,技術(shù)經(jīng)歷了幾次有代表性的發(fā)展,人們相繼制成了白熾燈、高壓汞燈、低壓汞燈、鹵鎢燈,近年來(lái)又制成了高壓納燈和金屬鹵化物燈等新型照明,的發(fā)光效率、壽命、顯色性等性能指標(biāo)不斷得到提高。

1、 第一次電光源技術(shù)革命——白熾燈

  以愛(ài)迪生為代表發(fā)明的白熾燈,經(jīng)過(guò)幾代科技人員120多年的努力,白熾燈的發(fā)光效率平均每年增長(zhǎng)0.11lm/W,至今燈發(fā)光效率增加了10倍、壽命提高了500倍、價(jià)格下降了10倍,滿足了人們對(duì)400~2000lm光通量的室內(nèi)照明的需要。

(1)       普通白熾燈

  普通白熾燈(簡(jiǎn)稱普通燈泡),一般內(nèi)部安裝有金屬鎢做的燈絲,內(nèi)部被抽成真空或充入少量惰性氣體,燈絲通電后,鎢絲呈熾熱狀態(tài)并輻射發(fā)光。燈絲溫度越高,輻射的可見(jiàn)光比例就越高,即燈將電通轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光的效率就越高。隨著白熾燈發(fā)光效率的增加,燈絲溫度的升高,鎢燈絲的蒸發(fā)速度也增加,從而使燈的壽命縮短。較大功率的白熾燈泡內(nèi)充有約80kPa氣壓的惰性氣體,可以在一定程度上抑制金屬鎢的蒸發(fā),從而延長(zhǎng)了白熾燈的使用壽命。普通白熾燈的典型發(fā)光效率為10lm/W,使用壽命為1000h左右。

(2)       鹵鎢燈

  1959年人們發(fā)明了鹵鎢循環(huán)原理的石英白熾燈,給普通白熾燈注入了新的活力,鹵鎢石英白熾燈具有體積小、燈發(fā)光效率維持率在95%以上,燈發(fā)光效率和使用壽命有了很大的提高。

  “鹵”字代表元素周期表中的鹵族元素,如氟、氯、溴、碘這類元素。鹵鎢燈就是充有鹵素的鎢絲白熾燈,現(xiàn)在常用的鹵鎢燈有碘鎢燈和溴鎢燈。根據(jù)鹵鎢循環(huán)原理制造出的鹵鎢燈,給熱輻射光源注入了新的活力。這類燈的體積小,光通量維持率高(可達(dá)95%以上),燈發(fā)光效率和使用壽命明顯優(yōu)于白熾燈,鹵鎢燈的外殼一般采用耐高溫并且高強(qiáng)度的石英玻璃或硬質(zhì)玻璃,燈內(nèi)充有2~8個(gè)大氣壓的惰性氣體及少量的鹵素氣體,從而可以進(jìn)一步提高燈絲的工作溫度。

  普通白熾燈燈絲上的鎢原子蒸發(fā)出去后,沉積在玻璃泡殼上,時(shí)間一長(zhǎng),燈絲越來(lái)越細(xì),泡殼越變?cè)胶?。?jīng)過(guò)長(zhǎng)期的努力,人們找到了鹵族元素——氟、氯、溴、碘。比如碘,它在250℃以上的溫度下和鎢很親近,會(huì)和鎢結(jié)合在一起變?yōu)榈饣u分子;而在1500℃以上的高溫下,碘化鎢又分解成碘和鎢原子。如果在白熾燈內(nèi)充上碘,燈泡壁上溫度超過(guò)250℃時(shí),碘就會(huì)把泡殼上的鎢化合成碘化鎢蒸氣,從泡殼上將鎢拉走,向燈絲方向移動(dòng)。在燈絲附近因?yàn)闇囟雀吡?,碘化鎢分解,把鎢交還給燈絲,剩下的碘又移到溫度較低的泡殼上去拉鎢原子,這樣,人們也就不必?fù)?dān)心鎢的蒸發(fā)了。消除了燈絲鎢蒸發(fā)的問(wèn)題后,就可以提高燈絲的工作溫度了。燈絲工作溫度提高,意味著通過(guò)燈絲的電流增加,也就增加了燈的功率,這樣小小體積的碘鎢燈就能比體積大很多的普通白熾燈更亮。鹵鎢燈與普通白熾燈相比,發(fā)光效率可提高到30%左右,高質(zhì)量的鹵鎢燈壽命可以提高到普通白熾燈壽命的3倍左右。

  由于鹵鎢循環(huán)(見(jiàn)圖1),減少了燈泡玻璃殼的黑化,鹵鎢燈的光輸出在整個(gè)壽命過(guò)程中基本可以維持不變。

  正是由于鹵鎢燈的以上優(yōu)勢(shì),使其用途日趨廣泛。低壓鹵鎢燈的工作電壓一般為12V/24V,燈功率從10~50W不等,它們的主要特點(diǎn)是:色溫為2900K,顯色指數(shù)Ra為95~100,發(fā)光效率為16~20lm/W,使用壽命為3000h,因此更加適宜色彩豐富的高檔商品照明。鹵鎢燈電光源的另一種改進(jìn)措施是采用浸涂法、真空蒸鍍法或化學(xué)蒸鍍法,在石英泡殼上采用紅外反射層技術(shù)制成的新型鹵鎢燈,讓可見(jiàn)光透過(guò),而將紅外線反射回?zé)艚z,使燈的發(fā)光效率提高30%~45%,壽命可達(dá)3000h。由于可以在燈反射面上交替真空蒸鍍20層以上的高折射率物質(zhì),它可以將75%的紅外線透射掉,這樣出射光的溫度大為降低,因而被廣泛用于如超市食品冷光照明的應(yīng)用場(chǎng)所。低壓鹵鎢燈雖然有以上很多優(yōu)點(diǎn),但是由市電電壓轉(zhuǎn)換到低電壓時(shí)需要用變壓器,往往使用戶在設(shè)計(jì)安裝時(shí)感到不便?,F(xiàn)在已生產(chǎn)出可以直接應(yīng)用于電網(wǎng)電壓為220V/110V的鹵鎢燈,體積最小可達(dá)φ14mm

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