مصابيح النيون - دوائر العمل والتطبيق

مصباح النيون هو مصباح توهج يتكون من غطاء زجاجي ، مثبت بزوج من الأقطاب الكهربائية المفصولة ويحتوي على غاز خامل (نيون أو أرجون). يكون التطبيق الرئيسي لمصباح النيون في شكل مصابيح مؤشر أو مصابيح تجريبية.

عند تزويده بجهد منخفض ، تكون المقاومة بين الأقطاب الكهربائية كبيرة جدًا بحيث يتصرف النيون عمليًا مثل دائرة مفتوحة.

ومع ذلك ، عندما يتم زيادة الجهد بشكل تدريجي ، عند مستوى معين معين حيث يبدأ الغاز الخامل داخل زجاج النيون في التأين وينتج عنه أن يكون موصل للغاية.

نتيجة لهذا ، يبدأ الغاز في إنتاج إضاءة مشعة من حول القطب السالب.

في حالة تصادف أن يكون الغاز الخامل نيونًا ، تكون الإضاءة برتقالية اللون. بالنسبة لغاز الأرجون غير الشائع جدًا ، يكون الضوء المنبعث أزرق.

كيف يعمل مصباح النيون

يمكن ملاحظة خاصية عمل مصباح النيون في الشكل 10-1.

يُطلق على مستوى الجهد الذي يطلق تأثير التوهج في لمبة النيون جهد الانهيار الأولي.

بمجرد أن يتم ضرب مستوى الانهيار هذا ، يتم تشغيل المصباح في وضع 'إطلاق النار' (المتوهج) ، ويظل انخفاض الجهد عبر أطراف النيون ثابتًا عمليًا بغض النظر عن أي نوع من الزيادة في التيار في الدائرة.

بالإضافة إلى ذلك ، يزداد القسم المتوهج داخل المصباح مع زيادة تيار الإمداد ، حتى النقطة التي يتم فيها ملء المساحة الإجمالية للقطب السالب بالوهج.

قد يؤدي أي تصعيد إضافي في التيار بعد ذلك إلى دفع النيون إلى حالة الانحناء ، حيث تتحول إضاءة التوهج إلى ضوء أزرق-أبيض اللون فوق القطب السالب ويبدأ في إنتاج تدهور سريع للمصباح.

ومن ثم ، لكي تضيء مصباح النيون بكفاءة ، يجب أن يكون لديك جهد كافي للمصباح لكي 'يشتعل' ، وبعد ذلك ، مقاومة سلسلة واسعة في الدائرة لتتمكن من تقييد التيار إلى مستوى يضمن أن يظل المصباح يعمل داخل قسم التوهج النموذجي.

نظرًا لأن مقاومة النيون في حد ذاتها صغيرة جدًا بعد إطلاقها بفترة وجيزة ، فإنها تحتاج إلى مقاوم متسلسل مع أحد خطوط الإمداد ، يسمى مقاوم الصابورة.

الجهد انهيار النيون

عادةً ما يكون جهد إطلاق أو انهيار مصباح النيون بين 60 إلى 100 فولت تقريبًا (أو أحيانًا أكبر). التصنيف الحالي المستمر هو الحد الأدنى إلى حد ما ، بشكل عام بين 0.1 و 10 مللي أمبير.

يتم تحديد قيمة المقاوم التسلسلي وفقًا لجهد إمداد الدخل الذي يمكن توصيل النيون به.

عندما يتعلق الأمر بمصابيح النيون التي يتم التحكم فيها بمصدر كهرباء 220 فولت ، فإن المقاوم 220 ك عادة ما يكون ذا قيمة جيدة.

فيما يتعلق بالعديد من مصابيح النيون التجارية ، يمكن تضمين المقاوم في هيكل البناء.

بدون تقديم أي معلومات دقيقة ، قد يُفترض أن مصباح النيون قد لا يتمتع ببساطة بمقاومة أثناء إضاءته ، ولكن قد يكون له انخفاض بحوالي 80 فولت عبر أطرافه.

كيفية حساب النيون المقاوم

يمكن تحديد القيمة المناسبة لمقاوم الصابورة النيون من خلال أخذ هذا المعيار في الاعتبار ، والذي يرتبط بجهد الإمداد الدقيق المستخدم عبره ، وافتراض تيار 'آمن' يبلغ حوالي 0.2 مللي أمبير ، كمثال.

لتزويد 220 فولت ، قد يفقد المقاوم 250-80 = 170 فولت. سيكون التيار من خلال المقاوم التسلسلي ومصباح النيون 0.2 مللي أمبير. لذلك يمكننا استخدام صيغة قانون أوم التالية لحساب المقاوم المتسلسل المناسب للنيون:

R = V / I = 170 / 0.0002 = 850.000 أوم أو 850 ك

هذه قيمة المقاوم سيكون آمنًا مع غالبية مصابيح النيون التجارية. عندما لا يكون توهج النيون مبهرًا تمامًا ، يمكن تقليل قيمة مقاومة الصابورة لدفع المصباح أعلى عبر نطاق التوهج النموذجي.

ومع ذلك ، يجب ألا تنخفض المقاومة بأي حال من الأحوال كثيرًا مما قد يتسبب في غمر القطب السالب بالكامل بواسطة التوهج الساخن ، لأن هذا قد يشير إلى أن المصباح قد غمرته المياه الآن واقترب من وضع الانحناء.

هناك مشكلة أخرى تتعلق بقوة توهج النيون وهي أنه قد يبدو لامعًا كثيرًا في الإضاءة المحيطة مقارنةً بالظلام.

في الواقع ، في الظلام الدامس ، يمكن أن تكون الإضاءة غير متسقة و / أو تتطلب زيادة جهد الانهيار لبدء تشغيل المصباح.

يمتلك بعض النيون تلميحًا ضئيلًا من الغاز المشع الممزوج بالغاز الخامل لتعزيز التأين ، وفي هذه الحالة قد لا يكون هذا النوع من التأثير مرئيًا.

دوائر لمبة النيون البسيطة

في المناقشة أعلاه ، فهمنا بشكل مفصل عمل وخصائص هذا المصباح. الآن سنستمتع ببعض المرح مع هذه الأجهزة ونتعلم كيفية بناء بعض دوائر مصابيح النيون البسيطة لاستخدامها في مختلف تطبيقات تأثير الإضاءة الزخرفية.

مصباح النيون كمصدر جهد ثابت

نظرًا لخصائص الجهد الثابت لمصباح النيون في ظل ظروف الإضاءة القياسية ، يمكن استخدامه كوحدة استقرار للجهد.

لذلك ، في الدائرة المعروضة أعلاه ، قد يعمل الإخراج المستخرج من كل جانب من جوانب المصباح كأصل جهد ثابت ، بشرط أن يستمر النيون في العمل داخل منطقة التوهج النموذجية.

سيكون هذا الجهد بعد ذلك مطابقًا لجهد الانهيار الأدنى للمصباح.

دائرة مصباح النيون المتعري

يمكن رؤية استخدام مصباح نيون مثل المتعري الخفيف في دائرة مذبذب الاسترخاء في الصورة أدناه.

يتضمن ذلك المقاوم (R) والمكثف (C) المتصلين على التوالي بجهد إمداد لجهد التيار المستمر. مصباح نيون متصل بالتوازي مع المكثف. يتم تطبيق هذا النيون كمؤشر مرئي لإظهار أداء الدائرة.

يعمل المصباح تقريبًا مثل الدائرة المفتوحة حتى يتم الوصول إلى جهد إطلاقه ، عندما يقوم على الفور بتبديل التيار من خلاله تمامًا مثل المقاوم ذي القيمة المنخفضة ويبدأ في التوهج.

لذلك يجب أن يكون مصدر الجهد لهذا المصدر الحالي أعلى من جهد انهيار النيون.

عندما يتم تشغيل هذه الدائرة ، يبدأ المكثف في تجميع شحنة بمعدل يحدده ثابت وقت المقاومة / مكثف RC. تحصل لمبة النيون على مصدر جهد مكافئ للشحنة المطورة عبر أطراف المكثف.

بمجرد أن يصل هذا الجهد إلى جهد انهيار المصباح ، يتم تشغيله ويجبر المكثف على التفريغ عبر الغاز داخل لمبة النيون ، مما يؤدي إلى توهج النيون.

عندما يفرغ المكثف بالكامل ، فإنه يمنع أي تيار إضافي من المرور عبر المصباح ، وبالتالي يتم إيقاف تشغيله مرة أخرى حتى يجمع المكثف شحنة مستوى أخرى مساوية لجهد إطلاق النيون ، وتستمر الدورة الآن في التكرار.

ببساطة ، يستمر مصباح النيون الآن في الوميض أو الوميض بتردد كما تحدده قيم المكونين الثابت للوقت R و C.

مذبذب الاسترخاء

يشار إلى تعديل في هذا التصميم في الرسم البياني أعلاه ، باستخدام مقياس جهد 1 ميغا أوم يعمل مثل مقاومة الصابورة وزوجان من 45 فولت أو أربع بطاريات جافة 22.5 فولت كمصدر إدخال للجهد.

يتم ضبط مقياس الجهد حتى يضيء المصباح. ثم يتم تدوير الوعاء في الاتجاه المعاكس حتى يتلاشى توهج النيون.

السماح لمقياس الجهد أن يكون في هذا الموضع ، يجب أن يبدأ النيون بعد ذلك في الوميض بمعدلات وميض مختلفة وفقًا لما تحدده قيمة المكثف المحدد.

بالنظر إلى قيم R و C في الرسم التخطيطي ، يمكن تقييم ثابت الوقت للدائرة على النحو التالي:

T = 5 (ميغا أوم) × 0.1 (ميكروفاراد) = 0.5 ثانية.

هذا ليس على وجه التحديد معدل الوميض الحقيقي لمصباح النيون. قد يتطلب الأمر فترة زمنية ثابتة (أو أقل) حتى يتراكم جهد المكثف حتى جهد إطلاق النيون.

قد يكون هذا أعلى في حالة زيادة جهد التشغيل عن 63٪ من جهد الإمداد وقد يكون أصغر إذا كانت مواصفات جهد إطلاق النيون أقل من 63٪ من جهد الإمداد.

بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يشير إلى أنه يمكن تعديل معدل الوميض عن طريق تغيير قيم مكون R أو C ، ربما عن طريق استبدال القيم المختلفة التي تم إعدادها لتوفير ثابت زمني بديل أو استخدام مقاوم أو مكثف متوازي.

على سبيل المثال ، من المحتمل أن يؤدي ربط مقاومة متطابقة بالتوازي مع R ، إلى زيادة معدل الوميض مرتين (نظرًا لأن إضافة مقاومات مماثلة بالتوازي يؤدي إلى تقليل المقاومة الإجمالية إلى النصف).

من المحتمل أن يتسبب توصيل مكثف ذو قيمة متطابقة بالتوازي مع C الحالي في جعل معدل الوميض أبطأ بنسبة 50٪. يشار إلى هذا النوع من الدوائر باسم أ مذبذب الاسترخاء .

المتعري النيون المتعدد العشوائي

استبدال R بمقاوم متغير يمكن أن يتيح الضبط لأي معدل وميض مرغوب فيه. يمكن أيضًا تحسين ذلك مثل نظام إضاءة جديد من خلال ربط مجموعة من دوائر النيون المكثف ، كل منها له مصباح نيون خاص به في سلسلة كما هو موضح أدناه.

ستتيح كل شبكة من شبكات RC هذه ثابتًا زمنيًا فريدًا. قد ينتج عن هذا وميض عشوائي للنيون عبر الدائرة بأكملها.

مولد النيون مصباح النيون

هناك اختلاف آخر في تطبيق مصباح النيون كمذبذب يمكن أن يكون دائرة مذبذب الاسترخاء موضحة في الشكل أدناه.

يمكن أن تكون هذه دائرة مولد إشارة حقيقية ، يمكن الاستماع إلى خرجها من خلال سماعات الرأس أو ربما مكبر صوت صغير ، عن طريق الضبط المناسب لمقياس الجهد المتغير النغمة.

يمكن تصميم فلاشات النيون لتعمل بطريقة عشوائية أو بالتتابع. يتم عرض دائرة المتعري المتسلسلة في الشكل 10-6.

يمكن تضمين مراحل إضافية في هذه الدائرة ، إذا لزم الأمر ، باستخدام اتصال C3 إلى المرحلة الأخيرة.

المتعري مصباح النيون المستقر

أخيرًا ، تم الكشف عن دارة هزاز متعددة مستقرة في الشكل 10-7 ، باستخدام زوج من مصابيح النيون.

سيومض هؤلاء النيون أو يومضون / يطفئون بالتسلسل بتردد تحدده R1 و R2 (يجب أن تكون قيمهما متطابقة) و C1.

كتعليمات أساسية حول توقيت الوامض ، يمكن أن تؤدي زيادة قيمة مقاومة الصابورة أو قيمة المكثف في دائرة مذبذب الاسترخاء إلى تقليل معدل الوميض أو تردد الوميض والعكس صحيح.

ومع ذلك ، من أجل حماية العمر التشغيلي لمصباح نيون نموذجي ، يجب ألا تقل قيمة مقاومة الصابورة المستخدمة عن 100 كيلو تقريبًا ويمكن تحقيق أفضل النتائج في دوائر مذبذب استرخاء بسيطة جدًا من خلال الحفاظ على قيمة المكثف تحت 1 ميكرو فاراد.