Как сделать газоразрядную лампу


Часы на газоразрядных индикаторах / Хабр


В данной статье речь пойдет об изготовлении оригинальных и необычных часов. Их необыкновенность заключается в том, что индикация времени осуществляется при помощи цифровых индикаторных ламп. Таких ламп, когда-то, было выпущено огромное количество, как у нас, так и за рубежом. Использовались они во многих устройствах, начиная от часов и заканчивая измерительной техникой. Но после появления светодиодных индикаторов лампы постепенно вышли из употребления. И вот, благодаря развитию микропроцессорной техники стало возможным создание часов с относительно простой схемой на цифровых индикаторных лампах.

Думаю, не лишним будет сказать, что в основном использовались лампы двух типов: люминесцентные и газоразрядные. К преимуществам люминесцентных индикаторов следует отнести низкое рабочее напряжение и наличие нескольких разрядов в одной лампе (хотя среди газоразрядных тоже встречаются такие экземпляры, но найти их значительно сложнее). Но все плюсы данного типа ламп перекрывает один огромный минус – наличие люминофора, который со временем выгорает, и свечение тускнеет или прекращается. По этой причине нельзя использовать б/у лампы.

Газоразрядные индикаторы избавлены от этого недостатка, т.к. в них светится газовый разряд. По сути, этот тип ламп представляет собой неоновую лампу с несколькими катодами. Благодаря этому срок службы у газоразрядных индикаторов гораздо выше. Кроме этого, одинаково хорошо работают и новые и б/у лампы (а часто б/у работают лучше). Без недостатков все же не обошлось — рабочее напряжение газоразрядных индикаторов больше 100 В. Но решить вопрос с напряжение гораздо проще, чем с выгорающим люминофором. В интернете такие часы распространены под названием NIXIE CLOCK:

Сами индикаторы выглядят вот так:

Итак, на счет конструктивных особенностей вроде все понятно, теперь приступим к проектированию схемы наших часов. Начнем с проектирования высоковольтного источника напряжения. Тут есть два пути. Первый – применить трансформатор со вторичной обмоткой на 110-120 В. Но такой трансформатор будет либо слишком громоздкий, либо его придется мотать самому (перспектива так себе). Да и напряжение регулировать проблематично. Второй путь – собрать step up преобразователь. Ну тут уж плюсов побольше будет: во-первых, он займет мало места, во-вторых, в нем присутствует защита от КЗ и, в-третьих, можно легко регулировать напряжение на выходе. В общем, есть все, что для счастья надо. Я выбрал второй путь, т.к. искать трансформатор и обмоточный провод никакого желания не было, да и миниатюрности хотелось. Преобразователь решено было собирать на MC34063, т.к. был опыт работы с ней. Получилась вот такая схема:

Сначала она была собрана на макетной плате и показала отличные результаты. Все запустилось сразу и никакой настройки не потребовалось. При питании от 12В. на выходе получилось 175В. В собранном виде блок питания часов выглядит следующим образом:

На плату сразу был установлен линейный стабилизатор LM7805 для питания электроники часов и трансформатор.
Следующим этапом разработки было проектирование схемы включения ламп. В принципе, управление лампами ничем не отличается от управления семисегментными индикаторами, за исключением высокого напряжения. Т.е. достаточно подать положительное напряжение на анод, и соединить с минусом питания соответствующий катод. На этом этапе требуется решить две задачи: согласование уровней МК (5В) и ламп (170В), и переключение катодов ламп (именно они являются цифрами). После некоторого времени размышлений и экспериментов была создана вот такая схема для управления анодами ламп:

А управление катодами осуществляется очень легко, для этого придумали специальную микросхему К155ИД1. Правда, они давно сняты с производства, как и лампы, но купить их не составляет проблем. Т.е. для управления катодами требуется всего лишь подключить их к соответствующим выводам микросхемы и подать на вход данные в двоичном формате. Да, чуть не забыл, питается она от 5В. (ну очень удобная штуковина). Индикацию было решено сделать динамической, т.к. в противном случае пришлось бы ставить К155ИД1 на каждую лампу, а их будет 6 штук. Общая схема получилась такой:

Под каждой лампой я установил яркий светодиод красного цвета свечения (так красивее ). В собранном виде плата выглядит вот так:

Панельки под лампы найти не удалось, поэтому пришлось импровизировать. В итоге были разобраны старые разъемы, похожие на современные COM, из них были извлечены контакты и после некоторых манипуляций с кусачками и надфилем они были впаяны в плату. Для ИН-17 панельки делать не стал, сделал только для ИН-8.
Самое сложное позади, осталось разработать схему “мозга” часов. Для этого я выбрал микроконтроллер Mega8. Ну а дальше все совсем легко, просто берем и подключаем к нему все так, как нам удобно. В итоге в схеме часов появились 3 кнопки для управления, микросхема часов реального времени DS1307, цифровой термометр DS18B20, и пара транзисторов для управления подсветкой. Для удобства анодные ключи подключаем на один порт, в данном случае это порт С. В собранном виде это выглядит вот так:

На плате есть небольшая ошибка, но в приложенных файлах плат она исправлена. Проводами подпаян разъем для прошивки МК, после прошивки устройства его следует отпаять.

Ну а теперь неплохо было бы нарисовать общую схему. Сказано – сделано, вот она:

А вот так все это выглядит целиком в собранном виде:

Теперь осталось всего лишь написать прошивку для микроконтроллера, что и было сделано. Функционал получился следующий:

Отображение времени, даты и температуры. При кратковременном нажатии кнопки MENU происходит смена режима отображения.

1 режим — только время.
2 режим — время 2 мин. дата 10 сек.
3 режим — время 2 мин. температура 10 сек.
4 режим — время 2 мин. дата 10 сек. температура 10 сек.

При удержании включается настройка времени и даты, переход по настройкам по нажатию кнопки MENU

Максимальное количество датчиков DS18B20 – 2. Если температура не нужна, можно их вообще не ставить, на работу часов это никак не повлияет. Горячего подключения датчиков не предусмотрено.

При кратковременном нажатии на кнопку UP включается дата на 2 сек. При удержании включается/выключается подсветка.

При кратковременном нажатии на кнопку DOWN включается температура на 2 сек.

С 00:00 до 7:00 яркость понижена.

Работает все это дело вот так:

К проекту прилагаются исходники прошивки. Код содержит комментарии так что изменить функционал будет не трудно. Программа написана в Eclipse, но код без каких-либо изменений компилируется в AVR Studio. МК работает от внутреннего генератора на частоте 8МГц. Фьюзы выставляются вот так:

А в шестнадцатеричном виде вот так: HIGH: D9, LOW: D4

Также прилагаются платы с исправленными ошибками:

Download (MEGA)

Данные часы работают в течение месяца. Никаких проблем в работе выявлено не было. Стабилизатор LM7805 и транзистор преобразователя едва теплые. Трансформатор нагревается градусов до 40, поэтому если планируется установка часов в корпус без вентиляционных отверстий, трансформатор придется взять большей мощности. В моих часах он обеспечивает ток в районе 200мА. Точность хода сильно зависит от примененного кварца на 32,768 КГц. Кварц, купленный в магазине, ставить не желательно. Наилучшие результаты показали кварцы из материнских плат и мобильных телефонов.

Кроме ламп, использованных в моей схеме, можно устанавливать любые другие газоразрядные индикаторы. Для этого придется изменить разводку платы, а для некоторых ламп напряжение повышающего преобразователя и резисторы на анодах.

Внимание: устройство содержит источник высокого напряжения!!! Ток небольшой, но достаточно ощутимый!!! Поэтому при работе с устройством следует соблюдать осторожность!!!

PS Статья первая, где-то мог ошибиться/напутать — пожелания и советы к исправлению приветствуются.

Start it Up - Как работают люминесцентные лампы

В классической конструкции люминесцентных ламп, которая по большей части пришла на второй план, для зажигания лампы использовался специальный механизм включения стартера. Вы можете увидеть, как эта система работает, на схеме ниже.

При первом включении лампы путь наименьшего сопротивления проходит через байпасную цепь и через выключатель стартера . В этой цепи ток проходит через электроды на обоих концах трубки.Эти электроды представляют собой простые нитей накала , как в лампе накаливания. Когда ток проходит через байпасную цепь, электричество нагревает нити. Это отрывает электроны от поверхности металла, отправляя их в газовую трубку, ионизируя газ.

Объявление

В то же время электрический ток вызывает интересную последовательность событий в выключателе стартера. Обычный выключатель стартера представляет собой небольшую разрядную лампочку, содержащую неон или другой газ.Колба имеет два электрода, расположенных рядом друг с другом. Когда электричество первоначально пропускается через байпасную цепь, электрическая дуга (по сути, поток заряженных частиц) прыгает между этими электродами, чтобы создать соединение. Эта дуга зажигает лампочку так же, как большая дуга зажигает люминесцентную лампу.

Один из электродов - биметаллическая полоса , которая изгибается при нагревании. Небольшое количество тепла от зажженной лампы изгибает биметаллическую полосу, так что она контактирует с другим электродом.Поскольку два электрода соприкасаются друг с другом, току больше не нужно прыгать как дуга. Следовательно, через газ не протекают заряженные частицы, и свет гаснет. Без тепла от света биметаллическая полоса остывает, отклоняясь от другого электрода. Это размыкает цепь.

К тому времени, когда это произойдет, нити уже ионизировали газ в люминесцентной лампе, создав электропроводящую среду.Трубке просто нужен скачок напряжения на электродах, чтобы образовалась электрическая дуга. Этот толчок обеспечивается балластом лампы, специальным трансформатором, подключенным к цепи.

Когда ток течет через байпасную цепь, он создает магнитное поле в части балласта. Это магнитное поле поддерживается текущим током. При размыкании переключателя стартера ток на короткое время отключается от балласта. Магнитное поле схлопывается, что вызывает внезапный скачок тока - балласт высвобождает накопленную энергию.

Этот выброс тока помогает создать начальное напряжение, необходимое для образования электрической дуги в газе. Вместо того, чтобы проходить через байпасную цепь и прыгать через зазор в переключателе стартера, электрический ток течет через трубку. Свободные электроны сталкиваются с атомами, выбивая другие электроны, что создает ионы. В результате получается плазма , газ, состоящий в основном из ионов и свободных электронов, которые все свободно движутся.Это создает путь для электрического тока.

Удар летящих электронов сохраняет две нити теплыми, поэтому они продолжают испускать новые электроны в плазму. Пока есть переменный ток и нити не изношены, ток будет продолжать течь через трубку.

Проблема с такой лампой в том, что она загорается через несколько секунд. В наши дни большинство люминесцентных ламп рассчитаны на то, чтобы загораться почти мгновенно. В следующем разделе мы увидим, как работают эти современные конструкции.

.

Электроразрядная лампа | прибор

Электроразрядная лампа , также называемая паровой лампой , осветительное устройство, состоящее из прозрачного контейнера, внутри которого под действием приложенного напряжения возбуждается газ, который заставляет его светиться. Французский астроном Жан Пикар наблюдал (1675 г.) слабое свечение в трубке ртутного барометра при ее возбуждении, но причина свечения (статическое электричество) тогда не была понята. Трубка Гейсслера 1855 года, в которой газ под низким давлением светился под действием электрического напряжения, продемонстрировала принцип работы электроразрядной лампы.После того, как в XIX веке были изобретены генераторы, многие экспериментаторы подавали электрическую энергию на газовые трубки. Примерно с 1900 года практические электроразрядные лампы использовались в Европе и Соединенных Штатах. Французский изобретатель Жорж Клод был первым, кто использовал неоновый газ, примерно в 1910 году. Пары ртути в неоновой лампе дают голубоватый свет; ртуть также используется в люминесцентных лампах и некоторых ультрафиолетовых лампах. Гелий в янтарном стекле светится золотом; синий свет в желтом стекле показывает зеленый цвет; комбинации газов дают белый свет.

Электроразрядная лампа

Ксеноновая короткодуговая лампа с вольфрамовым анодом и катодом, окруженными газообразным ксеноном в кварцевой оболочке, для получения яркого белого света для использования в кинопроекторах.

Атлант

Британская викторина

Гаджеты и технологии: факт или вымысел?

Голограммы часто встречаются на кредитных картах.

Натриевая лампа, разработанная примерно в 1931 году в Европе, является хорошим источником света, если приемлем желтый цвет ее света.

Лампа накаливания, используемая как индикатор или ночник, содержит в маленькой колбе нить накала с высоким сопротивлением. Разница напряжений между пластинами на концах этой нити накала заставляет окружающий газ, обычно неон или аргон, слабо светиться. Он потребляет мало энергии и работает долго. Поскольку тлеющий разряд поддерживает постоянное напряжение на лампе, его иногда используют в качестве регулятора напряжения. См. Также дуговая лампа; флюоресцентная лампа.

.

Газоразрядные трубки - Введение

Дополнительная информация и библиография :

Электронная трубка Design , RCA 1962 (полная книга доступна на сайте tubebooks.org). См. Раздел «Конструкция газовой трубки», автор - Х. Х. Виттенберг , п792 - 817.

Газовый пробой низкого давления в однородной электрической цепи постоянного тока. поле . В. А. Лисовский, С. Д. Яковин, В. Егоренков. J. Phys. D. Прил. Phys. 33 (2000), стр. 2722-2730. [Закон Пашена не совсем так.Также существует зависимость от длины / радиуса судна. соотношение. Способ прогнозирования поломки цилиндрических сосудов произвольного L / r по существующим данным).

Проведение электричества по газам , Дж. Дж. Томсон. 2-е издание 1906 г. (интернет-архив). Ch 16, p527. (3-е издание, 1928 г., также существует, не защищено авторскими правами с 2010 г. но пока не могу найти его в разборчивом загружаемом виде).
Лаборатория-музей Кавендиша / Дж. Дж. Томсон .

Проводимость электричества через газы , J Benyon. Харрап 1972 г.

Physical Electronics , К. Л. Хеммингуэй, Р. В. Генри, М. Колтон, Уайли, 2-е изд. 1967.

Основные процессы of Gaseous Electronics , LB Loeb, U Cal. 2-е изд. 1961 г.

Газопроводы, Теория и инженерные приложения , Дж. Д. Кобайн, Дувр, 1958 г. (исправленная редакция 1941 г.).

Развитие газоразрядных трубок .Дж. Д. Кобайн. Proc. IRE, 50 (5), 1962 г. p970-978.
Исторический очерк развития газоразрядных трубок. Трубки подразделяются на 5 групп: (1) Ионизационные трубки, (2) Холодный катод разрядные трубки, (3) дуговые разрядные трубки с горячим катодом, (4) жидкие металлические дуговые трубки и (5) плазменные трубки.

Ионы, Электромы и ионизирующие излучения , Дж. Кроутер, Арнольд. 7 изд. 1938.

Принципы электричества и электромагнетизма , Дж. П. Харнвелл, 1938.

Радиочастота Емкостные разряды . Ю. П. Райзер, М. Н. Шнайдер, Н. А. Яценко, CRC Press, 1995.
(Спасибо доктору Дункан Кэдд (G0UTY) за пожертвование этой книги).

Инжиниринг Электроника , G E Happell, W. M Hesselberth. Макгроу-Хилл 1953. LCCN 53-5166 (Доступно на: tubebooks.org). См. Гл. 13. Проведение через газы, р385 - 407.

А Перечень арматуры содержащие радиоактивные элементы. доступен из RoyalSignals.org .

.

Газоразрядная лампа - Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Газоразрядные лампы - это семейство источников искусственного света (или ламп). Эти лампы производят свет, посылая электричество через ионизированный газ. В большинстве этих ламп используется благородный газ или комбинация благородных газов, но они часто содержат другие материалы, такие как ртуть, натрий или галогениды металлов. Во время работы газы в этих лампах ионизируются. Это означает, что есть свободные электроны. Когда электрический ток проходит через газ, электроны сталкиваются с атомами газа и металлов.Это будет означать, что некоторые достигают более высокого энергетического состояния. Когда они возвращаются в более низкое энергетическое состояние, они излучают энергию в форме света.

Люминесцентная лампа, вероятно, самая известная газоразрядная лампа. Натриевые лампы используются в качестве уличных фонарей.

Газоразрядные лампы имеют долгий срок службы и высокий КПД, но они более сложны в изготовлении, что делает их более дорогими для покупки, чем лампы накаливания. В конце 20 века газоразрядные лампы из-за их большей эффективности заменили лампы накаливания для многих целей.В начале 21 века светодиоды были усовершенствованы и стали еще эффективнее. Начали заменять некоторые газоразрядные лампы.

.

Смотрите также