Назначение галогенных ламп и их маркировка

Назначение ламп. В настоящее время технология изготовления галогенных ламп настолько разработана, что это позволило создать целую гамму ламп, которую можно разделить по назначению на следующие группы: 1) для светильников общего освещения и прожекторов; 2) для инфракрасного облучения; 3) для конофотосъемочного и телевизионного специального освещения; 4) для автомобильных фар; 5) для аэродромных огней; 6) для оптических приборов; 7) для специального применения.

Маркировка галогенных ламп:первая буква – материал колбы (К – кварцевая); вторая буква – вид галогенной добавки (И- чистый иод, Г – галогенные смеси); третья буква – область применения (О – облучательная) или конструктивная особенность (М – малогабаритная, К- концентрирован-ное тело накала), либо то и другое вместе; первая группа цифр – номиналь-ное напряжение, В; вторая группа цифр через дефис – номинальная мощность, Вт. Для автомобильных фар впереди ставится буква А.

Пример маркировки галогенных ламп: КГМ12-40 – в кварцевой колбе, галогенная, малогабаритная, номинальное напряжение 12 В, номинальная мощность 40 Вт.

Параметры различных галогенных ламп, их преимущества и недостатки

Номенклатура галогенных ламп накаливания насчитывает более 150 наименований. По конструктивным признакам галогенные лампы делятся на две группы: 1) линейные или трубчатые (тело накала – длинная спираль, отношение длины лампы к диаметру более 10, электроды обычно расположены с обоих концов лампы); 2) малогабаритные и компактные ТН (отношение длины лампы к диаметру меньше 8).

Преимущества

1. Галогенные лампы можно изготавливать очень компактными. Малый объём колбы позволяет, с одной стороны, использовать большее рабочее давление (что опять же ведёт к уменьшению скорости испарения нити) и, с другой стороны, заполнять колбу тяжёлыми инертными газами, что ведёт к уменьшению потерь энергии за счёт теплопроводности. Всё это удлиняет время жизни галогенных ламп и повышает их эффективность.

2. Галогенные лампы обладают очень хорошей цветопередачей (Ra 99-100), поскольку их непрерывный спектр близок к спектру АЧТ с температурой 2800-3000K. Их свет подчёркивает теплые тона, но в меньшей степени, чем свет обычных ламп накаливания.

3. Просты в эксплуатации и имеют небольшой коэффициент пульсаций.

Недостатки

1. Галогенные лампы, как лампы накаливания, достаточно энергозатратны.

2. В рабочем состоянии температура колб галогенных ламп очень высокая (>200°С).

Лекция 13, 14 18. Электролюминесцентные источники света

В качестве источников света с небольшой яркостью поверхности используют электролюминесцентные панели (ЭЛ), представляющие собой плоский конденсатор (рис. 1).

При подаче на обкладки панели (2 и 4) переменного напряжения и создании на слое люминофора 3 электрического поля с напряженностью 10⁶-10⁷ В/м возбуждается электролюминесценция. В зависимости от типа люминофора можно получить свечение различного цвета. Электролюминесцентные панели делают на стеклянной 1 или гибкой основе. Каждый тип панели в зависимости от расстояния между обкладками (десятки мкм) имеет наибольшую световую отдачу при питании определенным значением напряжения. Для промышленных панелей в целях унификации схем включения принято напряжение 220 В. Увеличение частоты питающего напряжения приводит к увеличению яркости панелей, но обычно снижает срок их службы.

По мере работы ЭЛП происходит падение яркости свечения, особенно сильное в первые сотни часов. У гибких ЭЛП спад яркости происходит значительно быстрее, чем у ЭЛП на твердой основе. Это связано с большей сложностью герметизации торцов пленки. Яркость гибких ЭЛП существенно выше, чем у твердых ЭЛП при одинаковых напряжениях и частот. Спад яркости сильно зависит также от свойств люминофора.

Яркость свечения зависит не только от частоты, но и от величины напряжения.Каждый тип ЭЛП рассчитан на определенное предельное напряжение, т.к. при более высоком напряжении возможен пробой диэлектрика и выход из строя ЭЛП

ЭЛП могут работать при окружающей температуре от -40 до +120°С.

Современная электролюминесцентная панель - это конструкция, где первый слой, лист толщиной полмиллиметра, является токопроводящей основой. На нем уложен слой люминофора, вещества всем нам давно известного, как источник очень длительного и яркого свечения. Затем все это вместе ламинируется толстой пленкой, и в итоге получается легкая, яркая, гибкая световая панель. К примеру панель формата А4 можно легко свернуть в трубочку. Это новейшая технология свечения, и у нее невероятные преимущества перед старыми источниками свечения, особенно в рекламном бизнесе, декоративном освещении и др.

Масса панели формата A4 - 50 грамм, толщина -1,2 мм, яркость свечения равна 1200 лк на квадратный метр, безотказно работает в температурном интервале от -45°C до +50°C. Высокое напряжение и нестан-дартные частоты питания в некоторых случаях являются препятствием применения ЭЛП.

Легкость монтажа и подключения - все это делает электро-люминесцентную панель источником реализации любых фантазий в рекламе.

В 90-х гг ХХ века были открыты органические полупроводниковые светоизлучающие материалы, работающие при напряжениях в несколько вольт. В будущем эти материалы получат разнообразное практическое применение.

Светодиоды

Светодиоды, или светоизлучающие диоды (СИД, в английском варианте LED — light emitting diode)— полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Работа основана на физическом явлении возникновения светового излучения при прохождении электрического тока через p-n-переход.

По сравнению с другими источниками света светодиоды имеют ряд преимуществ : 1) срок службы – около 100 тыс. часов для цветных светодиодов и около 50 тыс. часов для белых; 2) высокая световая отдача; 3) высокая экономичность - не более 10% от потребления электроэнергии лампами накаливания; 4) светодиоды – низковольтные, а значит, электробезопасные источники света; 5) отсутствие ртути делает их экологически безопасными; 6) высокая ударопрочность и вибростойкость; 7) компактные размеры; 8) отсутствие в спектре ультрафиолетового и инфракрасного излучения; 9) возможность работы при низких температурах; 10) устойчивость к частым отключениям и включениям напряжения; 11) чистые цвета и простота управления сделали реальностью микширование цветов без цветных фильтров; 12) смешения цветов с помощью RGB-технологий положило начало созданию в освещении разнообразных динамических эффектов.

Первое известное сообщение об излучении света твёрдотельным диодом было сделано в 1907 году британским экспериментатором Генри Раундом, а первые работы по электролюминесценции в карбиде кремния выполнил в 1923 году советский физик Олег Лосев. Первый в мире практически применимый светодиод, работающий в световом (красном) диапазоне, разработал американский ученый Ник Холоньяк в 1962 году. Холоньяк, таким образом, считается «отцом современного светодиода».

В светодиоде энергия электрического тока преобразуется в световую энергию. Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода, то есть в контакте двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупровод-никового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорными.

Полную информацию об электрических свойствах светодиода дает его ВАХ (рис.1). При прямом подключении к источнику постоянного тока светодиод будет излучать свет в интервале напряжений от U_min до U_max, то есть для светодиода рабочим является участок ab вольтамперной характеристики 1. При обратном включении СД в случае U < U_{max, обр} через него протекает малый ток утечки i_oбр, светодиод при этом не излучает света.Величина тока через p-n переход определяется уравнением

(1)

Не всякий p-n-переход излучает свет. Ключевых причин две. Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Реально, чтобы соблюсти оба условия, одного р-п-перехода в кристалле оказывается недостаточно, и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изучение которых российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.

Цвет излучаемого светодиодом света зависит исключительно от ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют электроны и дырки, то есть от материала полупроводника и от легирующих примесей. Чем меньше длина волны света, излучаемого светодиодом, тем выше энергия квантов (ε=hc/λ), а значит, тем больше должна быть ширина запрещенной зоны. Цвет свечения определяется типом используемых полупроводниковых материалов, образующих p-n-переход. Основные материалы для производства монохромных светодиодов – Al In Ga P и In Ga N покрывают почти весь спектр видимого излучения для светодиодов высокой интенсивности. Интенсивность света очень сильно зависит от процентного содержания в полупроводниковом кристалле дефектов.