9990200079

Elektroniczny statecznik lampy fluorescencyjnej B 2 » 9

2.2. Lampy fluorescencyjne 2.2.a. Budowa i działanie niskociśnieniowych lamp fluorescencyjnych

Lampa fluorescencyjna (potocznie świetlówka, ang. fluorescent lamp) jest rodzajem lampy wyładowczej (ang. discharge lamp). Jej główny element stanowi szklana rurka wypełniona gazem obojętnym (najczęściej argonem lub kryptonem), w której umieszczona została niewielka ilość parującej rtęci (zob. rys. 1). Zadaniem gazu jest wspomożenie procesów fizycznych opisanych dalej. Ścianki rurki są pokryte od wewnątrz fluoroforem (ang. fluorophore), czyli materiałem emitującym światło w wyniku absorpcji światła (lub ogólnie promieniowania elektromagnetycznego) o innej długości fali. Na obu końcach rurki znajdują się włókna metalowe -elektrody.

W ćwiczeniu używamy lampy niskociśnieniowej (ang. low-pressure lamp), tj. w której ciśnienie gazu nie przekracza 1 atm. Tego typu lampy są przeznaczone do oświetlania pomieszczeń biurowych i mieszkalnych - w odróżnieniu od lamp wysokociśnieniowych (ang. high-pressure lamp), które posiadają większą moc, umożliwiającą oświetlanie hal i przestrzeni otwartych. Do lamp niskociśnieniowych należą tradycyjne świetlówki, jak również świetlówki kompaktowe.

para rtęci w atmosferze ścianka szklana gazu obojętnego pokryta fluoroforem

Rys.. 1. Budowa typowej niskociśnieniowej lampy fluorescencyjnej

Nieświecąca, zimna lampa fluorescencyjna stanowi dużą rezystancję. Można do niej przyłożyć stosunkowo duże napięcie przy przepływie nieznacznego prądu. Stanowi temu odpowiada odcinek 1 na charakterystyce prądowo-napięciowej przedstawionej na rys. 2a.

Jeżeli jednak napięcie między elektrodami przekroczy pewną wartość, zwaną napięciem zapłonu (ang. ignition voltage) - rzędu setek woltów, a nawet powyżej 1 kV - to wypełniająca lampę para rtęci ulegnie jonizacji, tj. rozpadowi na jony dodatnie i wolne elektrony. Dążenie do przywrócenia równowagi elektrycznej powoduje wytworzenie luku elektrycznego (ang. electric arc) - utrzymującego się przez dłuższy czas wyładowania elektrycznego (ang. electrical discharge), tj. przepływu prądu przez dielektryk (w analizowanym przypadku - parę rtęci).

W większości lamp fluorescencyjnych, po zapłonie łuk jest podtrzymywany dzięki zjawisku emisji termoelektronowej (ang. thermionic emissiori), tj. emisji elektronów przez rozgrzany metal elektrod. W analizowanym przypadku metal, z którego wykonane są elektrody, rozgrzewa się na skutek przepływu przez nie prądu. Wysokie napięcie między elektrodami przestaje więc być potrzebne. Emisja termoelektronowa staje się bardziej intensywna ze wzrostem temperatury. Z drugiej strony temperatura rośnie z prądem, gdyż rośnie moc wydzielana na rezystancji elektrod. Wobec tego, jeżeli prąd rośnie, to lampa jeszcze lepiej przewodzi, a napięcie na niej dalej spada. Oznacza to zmniejszenie rezystancji statycznej (U/I) i ujemną rezystancję różniczkową (dU/dl). Efekt ten widoczny jest na rys. 2a w postaci odcinka 2 o ujemnym nachyleniu.

Zmniejszenie prądu powoduje z kolei wzrost rezystancji lampy, co objawia się niewielkim jedynie zmniejszeniem napięcia (odcinek 3 na rys. 2a). Dopiero spadek prądu do dużo mniejszej wartości powoduje ostatecznie wyłączenie lampy - jej punkt pracy wraca na linię 1.

Jeżeli wyładowanie wywołuje emisję światła, to nazywane jest jarzeniowym (ang. glow discharge). Taki właśnie charakter ma łuk elektryczny w parach rtęci - powoduje on emisję światła w paśmie ultrafioletu. Promieniowanie to pobudza z kolei fluorofor do emisji światła w paśmie widzialnym. Jest to oczywiście proces o ograniczonej wydajności; nieprzetworzone promieniowanie ultrafioletowe - jako niebezpieczne dla człowieka - musi zostać pochłonięte przez