燈飾的物理特性和類(lèi)型

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燈飾的物理特性和類(lèi)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(lèi)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(lèi)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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