Đèn Neon - Mạch làm việc và ứng dụng

Đèn neon là đèn phát sáng được tạo thành từ một vỏ thủy tinh, được cố định bằng một cặp điện cực riêng biệt và chứa khí trơ (neon hoặc argon). Ứng dụng chính của đèn neon ở dạng đèn báo hoặc đèn hoa tiêu.

Khi được cung cấp điện áp thấp, điện trở giữa các điện cực lớn đến mức neon thực tế hoạt động giống như một mạch hở.

Tuy nhiên, khi tăng dần điện áp, ở một mức cụ thể nhất định, khí trơ bên trong kính neon bắt đầu ion hóa và dẫn đến cực kỳ dẫn điện.

Do đó, khí bắt đầu tạo ra ánh sáng bức xạ từ xung quanh điện cực âm.

Trường hợp khí trơ xảy ra hiện tượng neon, đèn chiếu sáng có màu da cam. Đối với khí Argon không phổ biến lắm, ánh sáng phát ra có màu xanh lam.

Cách hoạt động của đèn Neon

Đặc tính làm việc của đèn neon có thể được chứng kiến ​​trong Hình 10-1.

Mức điện áp gây ra hiệu ứng phát sáng trong bóng đèn neon được gọi là điện áp đánh thủng ban đầu.

Ngay sau khi mức đánh thủng này xảy ra, bóng đèn được kích hoạt ở chế độ 'bắn' (phát sáng) và điện áp giảm trên các cực neon thực tế vẫn cố định bất kể có bất kỳ loại tăng dòng điện nào trong mạch.

Ngoài ra, phần phát sáng bên trong bóng đèn tăng lên khi tăng cường độ dòng điện cung cấp, cho đến khi một điểm trong đó tổng diện tích của điện cực âm được lấp đầy bởi phần phát sáng.

Sau đó, bất kỳ sự gia tăng thêm nào của dòng điện sau đó có thể đẩy neon vào tình trạng phóng điện hồ quang, trong đó ánh sáng phát sáng chuyển thành ánh sáng màu trắng xanh trên điện cực âm và bắt đầu tạo ra sự suy giảm nhanh chóng của đèn.

Do đó, để bạn chiếu sáng đèn neon một cách hiệu quả, bạn phải có đủ điện áp để đèn 'cháy' và sau đó, điện trở nối tiếp lớn trong mạch để có thể hạn chế dòng điện ở mức đảm bảo rằng đèn vẫn chạy trong phần phát sáng điển hình.

Vì bản thân điện trở của đèn neon là cực kỳ nhỏ ngay sau khi nó được bắn ra, nó cần một điện trở nối tiếp với một trong những đường cung cấp của nó, được gọi là điện trở chấn lưu.

Điện áp phá vỡ Neon

Thông thường, điện áp đánh lửa hoặc đánh thủng của đèn neon có thể nằm trong khoảng từ 60 đến 100 vôn (hoặc đôi khi thậm chí lớn hơn). Đánh giá dòng điện liên tục là khá nhỏ, thường từ 0,1 đến 10 miliampe.

Giá trị điện trở nối tiếp được xác định phù hợp với điện áp nguồn đầu vào mà đèn neon có thể được gắn vào.

Khi nói đến đèn neon được điều khiển bằng nguồn điện 220 volt (nguồn điện chính), điện trở 220 k thường là một giá trị tốt.

Đối với nhiều bóng đèn neon thương mại, điện trở có thể được bao gồm trong phần thân của cấu trúc.

Nếu không có bất kỳ thông tin chính xác nào được đưa ra, có thể cho rằng đèn neon có thể đơn giản là không có điện trở khi nó được chiếu sáng, nhưng có thể có sự sụt giảm khoảng 80 vôn trên các thiết bị đầu cuối của nó.

Cách tính toán điện trở Neon

Giá trị thích hợp cho điện trở chấn lưu neon có thể được xác định bằng cách tính đến điểm chuẩn này, có liên quan đến điện áp cung cấp chính xác được sử dụng trên nó, và giả định là dòng điện 'an toàn', khoảng 0,2 miliampe, làm ví dụ.

Đối với nguồn cung cấp 220 volt, điện trở có thể phải mất 250 - 80 = 170 volt. Dòng điện qua điện trở nối tiếp và bóng đèn neon sẽ là 0,2 mA. Do đó, chúng ta có thể sử dụng công thức định luật Ohm sau đây để tính điện trở nối tiếp thích hợp cho đèn neon:

R = V / I = 170 / 0,0002 = 850,000 ohms hoặc 850 k

Điều này giá trị điện trở sẽ an toàn với phần lớn đèn neon thương mại. Khi ánh sáng neon không quá chói, giá trị điện trở chấn lưu có thể được giảm xuống để đưa đèn lên cao hơn trong phạm vi phát sáng điển hình.

Điều đó nói rằng, điện trở không được hạ xuống quá nhiều có thể khiến toàn bộ điện cực âm bị nhấn chìm bởi ánh sáng nóng, bởi vì điều này có thể cho thấy rằng đèn hiện đang bị ngập nước và đang ở gần chế độ phóng điện hồ quang.

Một vấn đề nữa liên quan đến sức mạnh của ánh sáng neon là nó thường trông sáng bóng hơn rất nhiều trong ánh sáng xung quanh so với trong bóng tối.

Trên thực tế, trong bóng tối hoàn toàn, sự chiếu sáng có thể không nhất quán và / hoặc yêu cầu tăng điện áp đánh thủng để khởi động đèn.

Một số neon có một chút khí phóng xạ trộn lẫn với khí trơ để thúc đẩy quá trình ion hóa, trong trường hợp đó, loại hiệu ứng này có thể không nhìn thấy được.

Mạch đèn neon đơn giản

Trong phần thảo luận trên, chúng ta đã hiểu cặn kẽ về hoạt động và đặc tính của loại đèn này. Bây giờ chúng ta sẽ có một số niềm vui với các thiết bị này và học cách xây dựng một số mạch đèn neon đơn giản để sử dụng trong các ứng dụng hiệu ứng ánh sáng trang trí khác nhau.

Đèn Neon làm nguồn điện áp không đổi

Do đặc tính điện áp không đổi của đèn neon trong điều kiện ánh sáng tiêu chuẩn, nó có thể được sử dụng như một bộ ổn định điện áp.

Do đó, trong mạch hiển thị ở trên, đầu ra trích ra từ mỗi bên của bóng đèn có thể hoạt động giống như nguồn gốc của điện áp không đổi, miễn là đèn neon tiếp tục hoạt động trong vùng phát sáng điển hình.

Điện áp này sau đó sẽ giống với điện áp đánh thủng tối thiểu của bóng đèn.

Mạch đèn Neon Flasher

Có thể thấy việc sử dụng đèn neon giống như đèn flash trong mạch dao động thư giãn trong hình dưới đây.

Điều này bao gồm một điện trở (R) và tụ điện (C) mắc nối tiếp vào một nguồn điện áp một chiều. Một đèn nê-ông được mắc song song với tụ điện. Neon này được sử dụng như một chỉ báo trực quan để hiển thị hoạt động của mạch.

Đèn gần như hoạt động giống như một mạch hở cho đến khi đạt đến điện áp bắn của nó, khi nó ngay lập tức chuyển dòng điện qua nó giống như một điện trở có giá trị thấp và bắt đầu phát sáng.

Do đó, điện áp cung cấp cho nguồn dòng điện này cần phải cao hơn điện áp đánh thủng neon.

Khi mạch này được cấp nguồn, tụ điện bắt đầu tích lũy điện tích với tốc độ được xác định bởi hằng số thời gian của điện trở / tụ điện RC. Bóng đèn neon được cung cấp điện áp tương đương với điện tích được phát triển trên các đầu cực của tụ điện.

Ngay sau khi điện áp này đạt đến điện áp đánh thủng của bóng đèn, nó sẽ bật và buộc tụ điện phóng điện qua khí bên trong bóng đèn neon, làm cho đèn neon phát sáng.

Khi tụ điện phóng điện hoàn toàn, nó ngăn chặn bất kỳ dòng điện nào nữa đi qua đèn và do đó nó lại tắt cho đến khi tụ điện thu được điện tích mức khác bằng điện áp bắn của đèn neon và chu kỳ hiện tiếp tục lặp lại.

Nói một cách đơn giản, đèn neon hiện tiếp tục nhấp nháy hoặc nhấp nháy với tần số do giá trị của các thành phần hằng số thời gian R và C. quyết định.

Dao động thư giãn

Một sửa đổi trong thiết kế này được chỉ ra trong sơ đồ trên, bằng cách sử dụng một chiết áp 1 megohm hoạt động giống như một điện trở chấn lưu và một vài pin khô 45 volt hoặc bốn 22,5 volt làm nguồn điện áp đầu vào.

Chiết áp được tinh chỉnh cho đến khi đèn sáng. Sau đó, chiếc nồi được xoay theo hướng ngược lại cho đến khi ánh sáng neon tắt dần.

Để chiết áp ở vị trí này, đèn neon sau đó phải bắt đầu nhấp nháy ở các tốc độ nhấp nháy khác nhau được xác định bởi giá trị của tụ điện đã chọn.

Xét các giá trị của R và C trong sơ đồ, hằng số thời gian của mạch có thể được đánh giá như sau:

T = 5 (megohms) x 0,1 (microfarads) = 0,5 giây.

Đây không phải là tỷ lệ nhấp nháy thực sự của đèn neon. Nó có thể yêu cầu một khoảng thời gian không đổi (hoặc ít hơn) để điện áp tụ điện tích lũy tối đa điện áp bắn neon.

Giá trị này có thể cao hơn trong trường hợp điện áp bật trên 63% điện áp nguồn và có thể nhỏ hơn nếu thông số điện áp bắn neon thấp hơn 63% điện áp nguồn.

Ngoài ra, nó biểu thị rằng tốc độ nhấp nháy có thể được sửa đổi bằng cách thay đổi các giá trị thành phần R hoặc C, có thể bằng cách thay thế các giá trị khác nhau đã được nghiên cứu để cung cấp một hằng số thời gian thay thế hoặc sử dụng điện trở hoặc tụ điện mắc song song.

Ví dụ, mắc một điện trở giống hệt song song với R, có thể sẽ làm cho tốc độ nhấp nháy cao hơn hai lần (vì khi mắc song song các điện trở tương tự sẽ làm cho tổng trở giảm xuống còn một nửa).

Việc gắn một tụ điện có giá trị giống hệt nhau song song với tụ điện C hiện có có thể khiến tốc độ nhấp nháy chậm hơn 50%. Loại mạch này được gọi là dao động thư giãn .

Ngẫu nhiên nhiều Neon Flasher

Thay R bằng một biến trở có thể cho phép điều chỉnh bất kỳ tốc độ nhấp nháy mong muốn cụ thể nào. Điều này cũng có thể được nâng cao hơn nữa giống như một hệ thống đèn mới bằng cách gắn một loạt các mạch neon tụ điện, mỗi mạch có đèn neon riêng theo tầng như hình dưới đây.

Mỗi mạng RC này sẽ kích hoạt một hằng số thời gian duy nhất. Điều này có thể tạo ra nhấp nháy ngẫu nhiên của đèn neon trên toàn bộ mạch.

Bộ tạo tông màu đèn neon

Một biến thể khác của ứng dụng đèn neon làm bộ dao động có thể là mạch dao động thư giãn được thể hiện trong hình bên dưới.

Đây có thể là một mạch tạo tín hiệu chính hãng, đầu ra của nó có thể được nghe qua tai nghe hoặc có thể là một loa nhỏ, bằng cách điều chỉnh chiết áp biến thiên một cách thích hợp.

Đèn flash neon có thể được thiết kế để hoạt động theo cách ngẫu nhiên hoặc tuần tự. Mạch nhấp nháy tuần tự được hiển thị trong Hình 10-6.

Các giai đoạn bổ sung có thể được đưa vào mạch này, nếu cần, bằng cách sử dụng kết nối C3 đến giai đoạn cuối cùng.

Astable đèn Neon Flasher

Cuối cùng, một mạch multivibrator đáng kinh ngạc được tiết lộ trong Hình 10-7, sử dụng một cặp đèn neon.

Các neon này sẽ nhấp nháy hoặc bật / tắt theo thứ tự ở tần số được quyết định bởi R1 và R2 (các giá trị của chúng phải giống nhau) và C1.

Như một hướng dẫn cơ bản về thời gian nhấp nháy, tăng giá trị điện trở chấn lưu hoặc giá trị tụ điện trong mạch dao động thư giãn có thể làm giảm tốc độ nhấp nháy hoặc tần số nhấp nháy và ngược lại.

Tuy nhiên, để bảo vệ tuổi thọ làm việc của bóng đèn neon điển hình, giá trị điện trở chấn lưu được sử dụng không được thấp hơn khoảng 100 k và kết quả tốt nhất trong các mạch dao động thư giãn rất đơn giản thường có thể được thực hiện bằng cách duy trì giá trị tụ điện dưới 1 microfarad.