燈飾的物理特性和類型

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燈飾的物理特性和類型

大多數(shù)的燈飾都是有著標(biāo)準(zhǔn)直徑、長(zhǎng)度和額定功率的燈管。燈管直徑是以1／8英寸遞增的，標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)度是2、34、8英尺。各電源適配器廠商大多采用同樣的四個(gè)字母編碼FPTD標(biāo)注型號(hào)，F(xiàn)表示燈飾，P表示輸入功率（用瓦特表示），T表示管形，D則是以1／8英寸的倍數(shù)來(lái)表示的直徑。因此，F(xiàn)32T8表示的是功率為32瓦，直徑為1英寸的燈管；F40T12則表示功率為40瓦，直徑為1.5英寸的燈管。燈飾也有環(huán)形和U形的。采用舊式電磁鎮(zhèn)流器的各種類型的燈飾都可以找到匹配的以相同線電壓工作的電子鎮(zhèn)流器。
不同的燈飾都由具有以上標(biāo)準(zhǔn)直徑、長(zhǎng)度和形狀的玻璃管構(gòu)成，管中充滿了低壓氨氣或氪氣，以及少量的液態(tài)汞。這些汞當(dāng)燈啟動(dòng)時(shí)就被低能的電弧加熱蒸發(fā)面形成汞蒸氣。
燈管上可以涂各種磷光質(zhì)，這些磷光質(zhì)會(huì)被大電流的汞弧產(chǎn)生的紫外線激發(fā)，從面產(chǎn)生需要的可見(jiàn)光。當(dāng)高壓施加于燈管兩端的電極時(shí)，就會(huì)在燈管里流過(guò)較大的電流。
這些電極在瞬時(shí)啟動(dòng)的燈管里是非熱致發(fā)射的無(wú)源燈絲線圈，而在快速啟動(dòng)的燈管里則是表面氧化的燈絲線圈。
在電極施加電壓之前，燈管里幾乎沒(méi)有載流子存在，因?yàn)闆](méi)有任何氣體原子被電離。當(dāng)在電極兩端施加電壓后，少量的自由電子從電極中被激發(fā)出來(lái)，并被電場(chǎng)加速到一定速度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生大量的載流子。因?yàn)榧铀俚碾娮优鲎惨粋€(gè)中性的氣體原子后，會(huì)將它電離，從而產(chǎn)生一個(gè)新的自由電子和一個(gè)質(zhì)量較大的正離子。電子被加速朝著陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，正離子則被加速朝著陰極運(yùn)動(dòng)，這樣會(huì)產(chǎn)生更多的碰撞電離。每次碰撞就會(huì)產(chǎn)生更多的載流子，而更多的載流子會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致更多的碰撞電離。這就產(chǎn)生了電流的雪崩效應(yīng)，形成了電弧。

瞬時(shí)啟動(dòng)的燈管本身并不具有大量初始的自由電子來(lái)啟動(dòng)以上的過(guò)程，它們依賴于由宇宙射線產(chǎn)生的少量的自由電子和電極上巨大的電壓梯度來(lái)產(chǎn)生足夠多的自由電子去啟動(dòng)碰撞電離的過(guò)程。因此，它們需要一個(gè)高壓去啟動(dòng)或點(diǎn)燃電弧，而啟動(dòng)的瞬時(shí)性則由應(yīng)用場(chǎng)合的電壓大小決定。
快速啟動(dòng)型燈管（圖）具有載流氧化燈絲，它將提供大量的儲(chǔ)備電子去點(diǎn)燃電弧。它僅需要一個(gè)較低的加速電壓來(lái)點(diǎn)亮燈管，雖然其點(diǎn)亮的速度沒(méi)有瞬時(shí)啟動(dòng)的燈快，但已經(jīng)可以接受了。快速啟動(dòng)的燈在點(diǎn)亮后仍然保持燈絲上的加熱電流。舊式的預(yù)熱燈管使用啟輝器，只在啟動(dòng)時(shí)加熱燈絲，燈點(diǎn)亮后就自動(dòng)切斷燈絲上的電源適配器來(lái)節(jié)省能量。
瞬時(shí)啟動(dòng)和快速啟動(dòng)的燈都具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。快速啟動(dòng)的燈雖然在啟動(dòng)時(shí)相對(duì)慢點(diǎn)，但速度仍然可以接受，并且它需要的啟動(dòng)電壓相對(duì)較低。但是它的燈絲對(duì)于廠商來(lái)說(shuō)成本較高，并且它需要一個(gè)燈絲電源適配器，這就需要一個(gè)獨(dú)立的燈絲變壓器，或者在功率變壓器上增加個(gè)獨(dú)立的繞組。瞬時(shí)啟動(dòng)的燈會(huì)在每次啟動(dòng)時(shí)因較高的沖擊電壓而使陰極上的物質(zhì)剩離。經(jīng)過(guò)數(shù)次啟動(dòng)后，燈管的末端就會(huì)變黑并且壽命縮短。如果考慮到燈在正常使用時(shí)并不會(huì)頻繁的啟動(dòng)，則它低廉的價(jià)格仍然使它具有競(jìng)爭(zhēng)力。這兩種類型的燈管市場(chǎng)上都可以找到，不過(guò)它們都需要相應(yīng)的鎮(zhèn)流器才能正常工作。
燈管里充有低壓的氫氣或氪氣是為了讓燈管更快地啟動(dòng)。起初的碰撞電離或電弧就在這些氣體中產(chǎn)生。而正是因?yàn)闅鍤饣螂礆庵械碾娀。沟脽艄軆?nèi)溫度上升，汞蒸發(fā)成為氣體，從而使得汞原子參與碰撞電離而產(chǎn)生更多的電子和正離子。更重要的是，由汞原子產(chǎn)生的紫外線激發(fā)了燈管壁上的熒光物質(zhì)才發(fā)出了可見(jiàn)光。
現(xiàn)在電子向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，帶正電荷的汞離子朝陰極運(yùn)動(dòng)，同時(shí)它們和其他汞原子相碰撞將其在原子軌道上運(yùn)行的電子激發(fā)到一些更高能級(jí)的軌道。當(dāng)這些24伏電源適配器電子躍遷回基態(tài)能級(jí)時(shí)，就會(huì)發(fā)出一定頻率的光，該頻率對(duì)應(yīng)于電子所處的兩個(gè)能級(jí)之差。那些跨越低能級(jí)差的躍遷將會(huì)產(chǎn)生波長(zhǎng)較長(zhǎng)的可見(jiàn)光，而那些跨越高能級(jí)差的躍遷將會(huì)產(chǎn)生能量較高波長(zhǎng)較短的紫外線。
如一次特定的躍遷將會(huì)產(chǎn)生高能量的紫外線，它的波長(zhǎng)是2537埃（1埃=10厘米）。這低于約4000到7000埃的可見(jiàn)光光譜。但如此短波長(zhǎng)高能量的紫外線對(duì)激發(fā)燈管上的磷光質(zhì)產(chǎn)生可見(jiàn)光卻非常有效。
圖顯示了40瓦白光熒光燈的光譜能量分布，單位為毫瓦／納米（1納米=10埃）。光滑的曲線代表磷光粉被紫外線激發(fā)輻射產(chǎn)生了連續(xù)的光譜。10m寬的離散區(qū)域，代表汞原子在低能級(jí)之間躍遷產(chǎn)生的光譜。雖然這些躍遷也產(chǎn)生了可見(jiàn)光，但其激發(fā)熒光質(zhì)產(chǎn)生可見(jiàn)光的效果遠(yuǎn)不如波長(zhǎng)為2573埃的紫外線能級(jí)的躍遷。而大多數(shù)的可見(jiàn)光正是由紫外線激發(fā)磷光質(zhì)產(chǎn)生的。

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