Лекция №4
Разрядные источники излучения.
Классификация и общие принципы работы РЛ.
(Условное обозначение – «электрон» - ē)
Сокращение – ГРЛ – газоразрядная лампа)
План лекции
1. Классификация ламп по давлению
2. Зависимость к.п.д. от давления ртутных паров
3. ВАХ газового разряда
4. Условия устойчивого горения разряда
5. Работа РЛ в цепи переменного тока
6. Понятие коэффициента пульсации и стробоскопического эффекта
7. Энергетические показатели лампы и схемы
В разрядных источниках ОИ получают в процессе преобразования электроэнергии в дуговом электрическом разряде. Электрический разряд других видов – тихий, тлеющий – имеет меньший КПД.
Классификация разрядных источников излучения производится в зависимости от давления газа внутри колбы и от газового наполнения.
По давлению:
1. Низкого давления – 0,1-104 Па (до 75 мм рт ст)
2. Высокого давления – 3·104…106 Па (от 225 до 7500 мм рт ст)
3. Сверхвысокого давления – >106 Па
(1 мм рт ст = 133, 32 Па)
(1 Па = 0,0075 мм рт ст)
(1 Па = 1 Н/м2)
От значения давления в лампе зависит спектр излучения и КПД электрического разряда.
Зависимость КПД электрического разряда в парах ртути от давления:
1 – энергетический КПД (ηе)
2 – световой КПД (ηv)
При дуговом электрическом разряде атомы газов или паров металла возбуждаются энергией бомбардирующих заряженных частиц. Атом называется возбужденным, если какой-либо его ē находится не на ближайшей к ядру для этого ē стационарной орбите. Возвращаясь на базисный энергетический уровень атом (ē) отдает избыток энергии в виде кванта излучения: 
,
где Qкв – энергия кванта излучения, Дж;
h – постоянная Планка, Дж·с; h = 6,626 · 10-34 Дж·с;
с – скорость света, м/с; с = 3·108 м/с;
λ – длина волны излучения, м.
Атом на базисный уровень может возвращаться ступенчато через промежуточные уровни или сразу. В последнем случае излучение атома называется резонансным.
Резонансное излучение свойственно лампам низкого давления. При этом создается мощное коротковолновое УФ излучение, невидимое глазом. Из рисунка видно, что энергетический КПД ηе этого процесса высокий, а световой КПД ηv невелик. Это обусловлено спектральным составом излучения, основная доля которого при низком давлении сосредоточена в невидимой УФ части спектра.
С повышением давления в разрядном промежутке все больше энергии отдается атомами ступенчато, нерезонансно. При этом появляется видимое излучение. Такой процесс преобразования имеет меньший энергетический, но больший световой КПД.
Спектр излучения РЛ (линейчатый или полосатый) зависит от рода газа или паров металла, наполняющего РЛ.
По наполнению
1. Ртутные 2. Металлогалогенные 3. Натриевые 4. Ксеноновые
Спектры излучения РЛВД
1 – ртутных (ДРЛ); 2 – натриевых (ДНаТ); 3 – ксеноновых (ДКсТВ)
Натриевое наполнение создает особый, оранжево-красный, спектр излучения лампы (позиция 2).
В ксеноновых лампах дуговой электрический разряд протекает не в парах металлов, а в инертном газе – ксеноне. Излучение ксеноновых ламп (позиция 3) отличается сплошным, близким к естественному спектром в видимой области и наличием мощной ИК составляющей.
Зажигание и стабилизация дугового разряда в лампах.
Вид электрического разряда в лампе зависит от плотности тока. При малых плотностях тока разряд темный (тихий), а с ростом плотности тока разряд переходит в тлеющий, а затем в дуговой (ВАХ разряда изображена на рис).
ВАХ газового разряда.
Дуговой электрический разряд – рабочая характеристика РЛ. При достижении в разрядном промежутке напряжения, равного напряжению зажигания дугового разряда Uз, процесс образования электронов и положительных ионов в межэлектродном пространстве развивается лавинообразно, что соответствует падающему участку ВАХ– Uл (I). При этом за период времени 10-5 …10 –7 с ток может увеличиться в 100 и более раз, и, если его не ограничить, привести к разрушению электродов лампы. Поэтому ток ограничивают при помощи сопротивления, включаемого последовательно с лампой и называемого балластным. Вид ВАХ ртутных и натриевых ламп – падающий, поэтому для их работы нужно обязательно использовать балластное сопротивление.
Напряжение зажигания дугового разряда превышает напряжение источника питания. Поэтому в схемах включения РЛ применяют:
1. импульс повышенного напряжения
2. Uз понижают до значения Uпитания. Это достигается путем ионизации разрядного промежутка:
а) подогревом электродов – возникает термоэлектронная эмиссия с электродов
б) введением дополнительного поджигающего электрода или проводящей полосы – возникает вспомогательный разряд.
После зажигания дугового разряда необходимо ограничить (стабилизировать) ток в лампе на уровне, соответствующем ее мощности. Рассмотрим условия стабилизации дугового разряда при питании лампы от сети постоянного тока.