مصباح نيون من نوع NE-2 مدعوم من التيار المتناوب (أس)
مصباح نيون – Neon lamp
من ويكيبيديا
مصباح نيون (أيضا مصباح توهج النيون) هي صورة مصغرة مصباح تفريغ الغاز. يتكون المصباح عادةً من كبسولة زجاجية صغيرة تحتوي على خليط من نيون و غازات أخرى عند ضغط منخفض واثنين أقطاب كهربائية (أ الأنود و أ الكاثود). عندما يتم تطبيق جهد كافٍ ويتم توفير تيار كافٍ بين الأقطاب ، ينتج المصباح برتقالي تفريغ الحماس. الجزء المتوهج في المصباح هو منطقة رقيقة بالقرب من الكاثود ؛ الأكبر والأطول بكثير لوحات ضوئية هي أيضًا تصريفات متوهجة ، ولكنها تستخدم عمود موجب وهو غير موجود في مصباح النيون العادي. تم استخدام مصابيح توهج النيون على نطاق واسع مصابيح المؤشر في شاشات عرض الأدوات والأجهزة الإلكترونية.
التاريخ
أ جنرال إلكتريك مصباح توهج NE-34 ، تم تصنيعه حوالي عام 1930
نيون تم اكتشافه في عام 1898 بواسطة وليام رامزي و موريس دبليو ترافرز. اللون الأحمر اللامع المميز الذي ينبعث من النيون الغازي عند الإثارة الكهربائية لوحظ على الفور ؛ كتب ترافرز لاحقًا ، “حكاية الضوء القرمزي المنبعث من الأنبوب قصتها الخاصة وكانت مشهداً يُفكر فيه ولا ينسى”.[1]
حالت ندرة النيون دون تطبيقه الفوري للإضاءة الكهربائية على غرار أنابيب مورالتي تستخدم التفريغ الكهربائي في النيتروجين. تم تسويق أنابيب مور من قبل مخترعهم ، دانيال مكفارلان مور، في وقت مبكر 1900s. بعد عام 1902 ، جورج كلودشركة اير ليكيد، كان ينتج كميات صناعية من النيون كمنتج ثانوي لأعمال تسييل الهواء ، وفي ديسمبر 1910 أظهر كلود حديثًا إضاءة النيون على أساس أنبوب مختوم من النيون. في عام 1915 ، تم إصدار براءة اختراع أمريكية لكلود تغطي تصميم الأقطاب الكهربائية لأضواء أنابيب النيون.[2] أصبحت براءة الاختراع هذه أساسًا للاحتكار في الولايات المتحدة من قبل شركته ، كلود نيون لايتس ، خلال أوائل الثلاثينيات.[3]
حوالي عام 1917 ، طور دانيال مور مصباح النيون أثناء عمله في شركة جنرال إلكتريك. يتميز المصباح بتصميم مختلف تمامًا عن أنابيب النيون الأكبر حجمًا المستخدمة إضاءة النيون. كان الاختلاف في التصميم كافياً لإصدار براءة اختراع أمريكية للمصباح في عام 1919.[4] يشير موقع مؤسسة سميثسونيان على الإنترنت إلى أن “هذه الأجهزة الصغيرة منخفضة الطاقة تستخدم مبدأ ماديًا يسمى إفرازات إكليلية. قام مور بتركيب قطبين كهربائيين قريبين من بعضهما البعض في لمبة وأضاف غاز النيون أو الأرجون. تتوهج الأقطاب الكهربائية بشكل ساطع باللون الأحمر أو الأزرق ، اعتمادًا على الغاز ، وتستمر المصابيح لسنوات. نظرًا لأن الأقطاب الكهربائية يمكن أن تتخذ أي شكل يمكن تخيله تقريبًا ، فقد كان أحد التطبيقات الشائعة هو المصابيح الزخرفية الخيالية.[5]
وجدت مصابيح التوهج استخدامًا عمليًا كمؤشرات في لوحات الأدوات وفي العديد من الأجهزة المنزلية حتى تم تسويقها على نطاق واسع الثنائيات الباعثة للضوء (المصابيح) في السبعينيات.[5]
وصف
الجهد مقابل الخصائص الحالية لمصباح نيون نموذجي[6][متردد – مناقشة]
صغير التيار الكهربائي (بالنسبة لمصباح NE-2 بقطر 5 مم ، يبلغ التيار الهادئ حوالي 400 µA) ، والذي قد يكون تكييف أو العاصمةمن خلال الأنبوب ، مما يجعله يتوهج باللون البرتقالي والأحمر. الغاز عادة خليط Penning, 99.5% نيون و 0.5٪ الأرجونالتي لديها أقل ضرب الجهد من النيون الخالص ، عند ضغط 1-20 تور (0.13-2.67 كيلو باسكال). المصباح تفريغ الحماس الأضواء بجهدها الضارب.[7] يتم تقليل جهد الضرب بواسطة الضوء المحيط أو النشاط الإشعاعي. لتقليل “التأثير المظلم” ، تم تصنيع بعض المصابيح بكمية صغيرة من المواد المشعة المضافة إلى الغلاف لتوفير التأين في الظلام.[7] الجهد المطلوب للحفاظ على التفريغ أقل بشكل ملحوظ (حتى 30٪) من جهد الضرب. ويرجع ذلك إلى تنظيم الأيونات الموجبة بالقرب من الكاثود. تعمل مصابيح النيون باستخدام تيار منخفض تفريغ الحماس. الأجهزة عالية الطاقة ، مثل مصابيح بخار الزئبق أو مصابيح هاليد معدنية استخدام تيار أعلى تفريغ القوس. ضغط منخفض مصابيح بخار الصوديوم استخدم مزيج نيون بينينج للإحماء ويمكن تشغيله كمصابيح نيون عملاقة إذا تم تشغيلها في وضع الطاقة المنخفضة.
بمجرد وصول مصباح النيون إلى الانهيار ، يمكنه دعم تدفق تيار كبير. بسبب هذه الخاصية ، يجب أن تحد الدوائر الكهربائية الخارجية لمصباح النيون من التيار عبر الدائرة وإلا سيزداد التيار بسرعة حتى يتم تدمير المصباح. للمصابيح بحجم المؤشر ، أ المقاوم عادة يحد من التيار. في المقابل ، غالبًا ما تستخدم المصابيح ذات الحجم الأكبر جهدًا عاليًا مصممًا خصيصًا محول مع ارتفاع محاثة التسرب أو غيرها الصابورة الكهربائية للحد من التيار المتاح (انظر النيون).
عندما يكون التيار المار من خلال المصباح أقل من تيار مسار التفريغ لأعلى تيار ، فإن تفريغ الحماس قد يصبح غير مستقر ولا يغطي كامل سطح الأقطاب الكهربائية.[6] قد تكون هذه علامة على تقادم لمبة المؤشر ، ويتم استغلالها في مصابيح النيون المزخرفة “باللهب الوامض”. ومع ذلك ، في حين أن التيار المنخفض جدًا يسبب الوميض ، فإن التيار العالي جدًا يزيد من تآكل الأقطاب الكهربائية عن طريق التحفيز الاخرق، والتي تغطي السطح الداخلي للمصباح بالمعدن وتؤدي إلى تغميقه.
القدرة اللازمة لضرب التفريغ أعلى مما هو مطلوب للحفاظ على التفريغ. عندما لا يكون هناك تيار كافي ، يتشكل الوهج حول جزء فقط من سطح القطب. تجعل التيارات الحملية المناطق المتوهجة تتدفق لأعلى ، على عكس التفريغ في أ سلم يعقوب. أ التأين الضوئي يمكن أيضًا ملاحظة التأثير هنا ، حيث يمكن زيادة مساحة القطب المغطاة بتفريغ الوهج عن طريق تسليط الضوء على المصباح.
بالمقارنة مع المصابيح المتوهجة، مصابيح النيون أعلى من ذلك بكثير فعالية مضيئة. اتقاد هو انبعاث ضوئي مدفوع بالحرارة ، لذلك يتم تحويل جزء كبير من الطاقة الكهربائية التي يتم وضعها في المصباح المتوهج إلى حرارة. مصادر الضوء غير المتوهجة مثل مصابيح النيون ، مصابيح الفلورسنتو و الثنائيات الباعثة للضوء وبالتالي فهي أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من المصابيح العادية المتوهجة. أخضر لمبات النيون[8] يمكن أن تنتج ما يصل إلى 65 لومن لكل واط من مدخلات الطاقة ، في حين أن مصابيح النيون البيضاء لها فعالية تبلغ حوالي 50 لومن لكل واط. في المقابل ، لا ينتج المصباح المتوهج القياسي سوى حوالي 13.5 لومن لكل واط.[9]
التطبيقات
قم بتشغيل ملف قطاع الطاقة، مضاء بمصباح نيون
مؤشر بصري
تُستخدم مصابيح النيون الصغيرة على نطاق واسع كمؤشرات بصرية في المعدات والأجهزة الإلكترونية ، نظرًا لاستهلاكها المنخفض للطاقة ، وعمرها الطويل ، والقدرة على العمل على طاقة التيار الكهربائي.
قمع زيادة الجهد
تستخدم مصابيح النيون بشكل شائع كجهد منخفض حماة الطفرة، لكنهم بشكل عام أقل شأنا من أنبوب تصريف الغاز (GDT) أجهزة حماية من زيادة التيار (يمكن تصميمها لتطبيقات الجهد العالي). تم استخدام مصابيح النيون كطريقة غير مكلفة لحماية مستقبلات الترددات الراديوية من ارتفاعات الجهد (المصباح المتصل بإدخال الترددات الراديوية وتأريض الهيكل) ، ولكنها ليست مناسبة لأجهزة إرسال الترددات اللاسلكية عالية الطاقة.[10]
اختبار الجهد
+ DC (يسار) ، -DC (مركز) ، AC (يمين) مزود بمصابيح نيون من النوع NE-2
معظم مصابيح النيون الصغيرة (حجم المؤشر) ، مثل المصابيح الشائعة NE-2، عند جهد الانهيار من حوالي 90فولت. عند قيادته من مصدر تيار مستمر ، فقط القطب السالب الشحنة (الكاثود) سوف يتوهج. عند القيادة من مصدر تيار متردد ، يتوهج كلا القطبين (كل منهما خلال نصف دورات بديلة). هذه الصفات تجعل من مصابيح النيون (ذات المقاومات المتسلسلة) مناسبة ومنخفضة التكلفة اختبار الجهد. من خلال فحص القطب الكهربائي المتوهج ، يمكنهم الكشف عما إذا كان مصدر جهد معين هو AC أو DC ، وإذا كان DC ، قطبية النقاط التي يتم اختبارها.
تنظيم الجهد
تسمح خاصية انهيار مصابيح التفريغ المتوهج باستخدامها على أنها الجهد المنظم أو زيادة الجهد أجهزة الحماية.[11] بدءًا من الثلاثينيات تقريبًا ، جنرال إلكتريك (GE) و Signalite وشركات أخرى صنعت أنابيب منظم الجهد. تم استخدام أنبوب منظم الجهد في مارك 6 مفجر.
تبديل عنصر / مذبذب
مثل الأخر مصابيح تصريف الغاز,[12] لمبة النيون مقاومة سلبية؛ ينخفض جهدها مع زيادة التيار بعد أن يصل المصباح إلى جهد الانهيار.[13][14][15] لذلك ، المصباح لديه التخلفية؛ جهد إيقاف التشغيل (الانقراض) أقل من جهد التشغيل (الانهيار).[16] هذا يسمح باستخدامه كعنصر تبديل نشط. تم استخدام مصابيح النيون في صنعها مذبذب الاسترخاء الدوائر ، باستخدام هذه الآلية ، يشار إليها أحيانًا باسم تأثير بيرسون أنسون[14][16][17] لتطبيقات التردد المنخفض مثل وميض أضواء التحذير ، ستروبوسكوب[18] مولدات النغمة في الأعضاء الإلكترونية ،[14] وكقواعد زمنية ومذبذبات الانحراف في وقت مبكر راسمات الذبذبات بأشعة الكاثود.[19] يمكن أيضًا أن تكون مصابيح النيون ثنائي الاستقرار، بل واستخدمت في البناء المنطق الرقمي دوائر مثل بوابات المنطق، بوابات منطقية, نعال الشاطئ, الثنائية ذكرياتو و عدادات رقمية.[20][21][22] كانت هذه التطبيقات شائعة بدرجة كافية لدرجة أن المصنِّعين يصنعون مصابيح نيون خصيصًا لهذا الاستخدام ، والتي تسمى أحيانًا مصابيح “مكونات الدائرة”. بعض هذه المصابيح على الأقل لها توهج مركّز في بقعة صغيرة على الكاثود ، مما يجعلها غير مناسبة للاستخدام كمؤشرات. هناك نوع مختلف من المصباح من نوع NE-2 لتطبيقات الدوائر ، NE-77 ، له ثلاثة أقطاب سلكية في المصباح (في الطائرة) بدلاً من الاثنين المعتاد ، والثالث للاستخدام كقطب تحكم.
كاشف
تم استخدام مصابيح النيون تاريخياً ككاشفات للموجات الدقيقة والموجات المليمترية (“صمامات البلازما” أو كاشفات تفريغ التوهج (GDDs)) حتى حوالي 100 جيجاهرتز أو نحو ذلك ، وقيل إنها تظهر في هذه الخدمة حساسية مماثلة (بترتيب قليل من 10 إلى 100 ميكرو فولت تقريبًا) إلى صمامات ثنائية السيليكون المألوفة من النوع 1N23[بحاجة لمصدر] مرة واحدة في كل مكان في أجهزة الميكروويف. في الآونة الأخيرة ، وجد أن هذه المصابيح تعمل بشكل جيد ككاشفات حتى عند ترددات دون ملليمتر (“تيراهيرتز”) وقد تم استخدامها بنجاح كوحدات بكسل في العديد من مصفوفات التصوير التجريبية عند هذه الأطوال الموجية.
في هذه التطبيقات ، يتم تشغيل المصابيح إما في وضع “التجويع” (لتقليل ضوضاء تيار المصباح) أو في وضع تفريغ التوهج العادي ؛ تشير بعض الأدبيات إلى استخدامها ككاشفات للإشعاع في النظام البصري عند تشغيلها في وضع التوهج غير الطبيعي. قد يكون اقتران الموجات الدقيقة بالبلازما في مساحة خالية ، في دليل موجي ، عن طريق مكثف مكافئ (على سبيل المثال ، مخروط ونستون) ، أو عبر وسيلة سعوية عبر هوائي حلقي أو ثنائي القطب مركب مباشرة على المصباح.
على الرغم من أن معظم هذه التطبيقات تستخدم مصابيح الإلكترود العادية الجاهزة للاستخدام ، فقد وجد في إحدى الحالات أن ثلاثة مصابيح قطبية خاصة (أو أكثر) ، مع القطب الإضافي الذي يعمل كهوائي اقتران ، قدمت نتائج أفضل (ضوضاء أقل وحساسية أعلى). حصل هذا الاكتشاف على براءة اختراع أمريكية.[23]
عرض أبجدي رقمي
المقال الرئيسي: أنبوب Nixie
أرقام أ أنبوب Nixie.
تم استخدام مصابيح النيون مع عدة أقطاب كهربائية على شكل شاشات أبجدية رقمية معروفة باسم أنابيب Nixie. تم استبدالها منذ ذلك الحين بأجهزة عرض أخرى مثل الثنائيات الباعثة للضوء, شاشات الفلورسنت الفراغيةو و شاشات الكريستال السائل.
منذ أربعينيات القرن الماضي على الأقل ، استخدم الأرجون والنيون و فسفور توهج ثيراترون الإغلاق كانت المؤشرات (التي من شأنها أن تضيء عند اندفاع على قطب البداية الخاص بها وتنطفئ فقط بعد قطع جهد الأنود) متاحة على سبيل المثال كعرض ذاتي سجلات التحول بتنسيق كبير ، نص زحف شاشات نقطية,[24] أو ، مجتمعة في مصفوفة 4 × 4 ، أربعة ألوان فسفورية-ثيراترون ، كبكسل RGBA 625 لونًا قابل للتكديس لمصفوفات رسومات الفيديو الكبيرة.[25]متعدد الكاثود و / أو الأنود توهج الثيراترونات اتصل ديكاترونس يمكن العد إلى الأمام والخلف بينما كانت حالة العد الخاصة بهم مرئية كتوهج على أحد الكاثودات المرقمة.[26] تم استخدام هذه كعرض ذاتي قسمة على ن عداد / مؤقت / مقشرات مسبقة في أدوات العد ، أو كما الأفعى / الطرح في حاسبات.
آخر
في أجهزة الراديو في الثلاثينيات من القرن الماضي ، تم استخدام مصابيح النيون كمؤشرات ضبط ، تسمى “tuneons” وستعطي توهجًا أكثر سطوعًا حيث تم ضبط المحطة بشكل صحيح.[27][28]
بسبب وقت استجابتها القصير نسبيًا ، في التطور المبكر لـ التلفاز تم استخدام مصابيح النيون كمصدر للضوء في كثير تلفزيون المسح الميكانيكي يعرض.
مصابيح توهج مبتكرة بأقطاب كهربائية (مثل الزهور والأوراق) ، غالبًا ما تكون مغطاة بالفوسفور ، صنعت لأغراض فنية. في بعض هذه ، يكون التوهج الذي يحيط بالإلكترود جزءًا من التصميم.
اللون
مصابيح نيون غير مضاءة ومضاءة (نوع NE-2) وضوءها الطيف.
عادة ما تكون مصابيح مؤشر النيون برتقالية اللون ، وغالبًا ما تستخدم مع مرشح ملون فوقها لتحسين التباين وتغيير لونها إلى اللون الأحمر أو البرتقالي الأحمر.[بحاجة لمصدر]
مصابيح نيون ملونة بالفسفور
يمكن أيضًا ملؤها الأرجون, الكريبتونأو زينون بدلا من النيون ، أو مختلطة معها. بينما تظل خصائص التشغيل الكهربائية متشابهة ، تضيء هذه المصابيح بتوهج مزرق (بما في ذلك بعض فوق بنفسجي) بدلاً من الوهج البرتقالي المحمر المميز للنيون. بعد ذلك يمكن استخدام الأشعة فوق البنفسجية لإثارة أ الفوسفور طلاء داخل اللمبة وتوفر مجموعة واسعة من الألوان المختلفة بما في ذلك الأبيض.[29] خليط من 95٪ نيون ، 2.5٪ الكريبتون، ويمكن استخدام 2.5٪ من الأرجون للتوهج الأخضر ،[30] ولكن مع ذلك فإن مصابيح “النيون الخضراء” هي الأكثر شيوعًا التي تعتمد على الفوسفور.