Neonlampen - werk- en toepassingscircuits

Een neonlamp is een glimlamp die bestaat uit een glazen afdekking, bevestigd met een paar gescheiden elektroden en die een inert gas bevat (neon of argon). De belangrijkste toepassing van een neonlamp is in de vorm van indicatielampen of controlelampen.

Bij een lage spanning is de weerstand tussen de elektroden zo groot dat de neon zich praktisch gedraagt ​​als een open circuit.

Wanneer de spanning echter geleidelijk wordt verhoogd, op een bepaald specifiek niveau waar het inerte gas in het neonglas begint te ioniseren en extreem geleidend wordt.

Hierdoor begint het gas een stralende verlichting te produceren rond de negatieve elektrode.

In het geval dat het inerte gas neon is, is de verlichting oranje van kleur. Voor argongas, wat niet erg gebruikelijk is, is het uitgezonden licht blauw.

Hoe neonlamp werkt

De werkkarakteristiek van een neonlamp is te zien in Fig. 10-1.

Het spanningsniveau dat het gloei-effect in de neonlamp veroorzaakt, wordt de initiële doorslagspanning genoemd.

Zodra dit doorslagniveau wordt bereikt, wordt de lamp in de 'ontstekings'-modus (gloeien) getriggerd en blijft de spanningsval over de neonaansluitingen praktisch constant, ongeacht enige vorm van stroomstijging in het circuit.

Bovendien neemt het gloeiende gedeelte in de lamp toe naarmate de voedingsstroom toeneemt, tot een punt waarop het totale oppervlak van de negatieve elektrode wordt gevuld door de gloed.

Elke extra escalatie van de stroom kan dan de neon in een boogvormingssituatie drijven, waarin de glimverlichting over de negatieve elektrode in een blauwwit gekleurd licht verandert en een snelle degradatie van de lamp begint te produceren.

Om een ​​neonlamp efficiënt te verlichten, moet u dus voldoende spanning hebben om de lamp te laten 'vuren' en, en vervolgens, voldoende serieweerstand in het circuit om de stroom te kunnen beperken tot een niveau dat garandeert dat de lamp blijft draaien binnen het typische gloeiende gedeelte.

Omdat de neonweerstand zelf al snel na het ontsteken extreem klein is, heeft deze een serieweerstand nodig met een van de voedingslijnen, een zogenaamde ballastweerstand.

Neon doorslagspanning

Gewoonlijk kan de ontstekings- of doorslagspanning van een neonlamp ergens tussen ongeveer 60 en 100 volt liggen (of soms zelfs hoger). De continue stroomsterkte is vrij minimaal, meestal tussen 0,1 en 10 milliampère.

De serieweerstandswaarde wordt bepaald in overeenstemming met de ingangsvoedingsspanning waarover de neon kan worden aangesloten.

Als het gaat om neonlampen die worden aangestuurd met 220 volt (lichtnet), is een weerstand van 220 k meestal een goede waarde.

Met betrekking tot veel commerciële neonlampen zou de weerstand mogelijk in de behuizing van de constructie kunnen worden opgenomen.

Zonder enige precieze informatie kan worden aangenomen dat een neonlamp eenvoudigweg geen weerstand heeft terwijl hij brandt, maar een daling van ongeveer 80 volt over zijn aansluitingen heeft.

Hoe neonweerstand te berekenen

Een juiste waarde voor de neonballastweerstand zou kunnen worden bepaald door rekening te houden met deze maatstaf, die relevant is voor de precieze voedingsspanning die erover wordt gebruikt, en door bijvoorbeeld een 'veilige' stroom van ongeveer 0,2 milliampère aan te nemen.

Voor 220 volt voeding, kan de weerstand 250 - 80 = 170 volt verliezen. Stroom door serieweerstand en neonlamp is 0,2 mA. Daarom kunnen we de volgende formule van de wet van Ohm gebruiken om de juiste serieweerstand voor de neon te berekenen:

R = V / I = 170 / 0.0002 = 850.000 ohm of 850 k

Deze weerstandswaarde zou veilig zijn met de meeste commerciële neonlampen. Wanneer de neongloed niet helemaal verblindend is, kan de waarde van de ballastweerstand worden verlaagd om de lamp hoger over het typische gloeibereik te sturen.

Dat gezegd hebbende, mag de weerstand op geen enkele manier te veel worden verlaagd, wat ertoe kan leiden dat de hele negatieve elektrode wordt overspoeld door de hete gloed, omdat dit erop kan wijzen dat de lamp nu onder water staat en dicht bij de boogmodus komt.

Een ander probleem met betrekking tot de kracht van de neongloed is dat deze er in omgevingslicht doorgaans veel glanzend uitziet in vergelijking met in het donker.

In feite kan in totale duisternis de verlichting inconsistent zijn en / of een verhoogde doorslagspanning vereisen om de lamp te initiëren.

Sommige neons hebben een klein vleugje radioactief gas vermengd met het inerte gas om ionisatie te bevorderen, in dat geval is dit soort effect mogelijk niet zichtbaar.

Eenvoudige neonlampcircuits

In de bovenstaande bespreking hebben we de werking en karakteristiek van deze lamp uitvoerig begrepen. Nu zullen we wat plezier beleven aan deze apparaten en leren hoe we enkele eenvoudige neonlampcircuits kunnen bouwen voor gebruik in verschillende decoratieve lichteffecttoepassingen.

Neonlamp als constante spanningsbron

Vanwege de constante spanningskenmerken van de neonlamp onder standaard lichtomstandigheden, zou deze kunnen worden toegepast als een spanningsstabiliserende eenheid.

Daarom zou in het hierboven weergegeven circuit de output die aan elke kant van de lamp wordt onttrokken, kunnen werken als een oorsprong van constante spanning, op voorwaarde dat de neon blijft werken binnen het typische gloeiende gebied.

Deze spanning zou dan identiek zijn aan de minimale doorslagspanning van de lamp.

Neonlamp Flasher Circuit

Het gebruik van een neonlamp als een lichtflitser in een relaxatieoscillatorcircuit is te zien in de onderstaande afbeelding.

Dit omvat een weerstand (R) en condensator (C) die in serie zijn aangesloten op een voedingsspanning van een gelijkspanning. Parallel aan de condensator is een neonlamp bevestigd. Deze neon wordt toegepast als visuele indicator om de werking van het circuit te laten zien.

De lamp functioneert bijna als een open circuit totdat de ontstekingsspanning is bereikt, wanneer hij er onmiddellijk stroom doorheen schakelt als een lage weerstand en begint te gloeien.

De voedingsspanning voor deze stroombron moet daarom hoger zijn dan die van de doorslagspanning van de neon.

Wanneer dit circuit wordt gevoed, begint de condensator een lading te accumuleren met een snelheid die wordt bepaald door de tijdconstante van de weerstand / condensator RC. De neonlamp krijgt een spanningstoevoer die gelijk is aan de lading die over de condensatoraansluitingen wordt ontwikkeld.

Zodra deze spanning de doorslagspanning van de lamp bereikt, wordt deze ingeschakeld en wordt de condensator gedwongen te ontladen via het gas in de neonlamp, waardoor de neon gaat gloeien.

Wanneer de condensator volledig ontlaadt, verhindert hij dat er nog meer stroom door de lamp gaat en schakelt hij dus weer uit totdat de condensator een ander niveau van lading heeft verzameld gelijk aan de ontstekingsspanning van de neon, en de cyclus blijft zich nu herhalen.

Simpel gezegd, de neonlamp blijft nu knipperen of knipperen met een frequentie zoals bepaald door de waarden van de tijdconstante componenten R en C.

Ontspanning Oscillator

Een wijziging in dit ontwerp wordt aangegeven in het bovenstaande diagram, door een potentiometer van 1 megohm te gebruiken die werkt als een ballastweerstand en een paar 45 volt of vier 22,5 volt droge batterijen als de spanningsingangsbron.

De potentiometer wordt nauwkeurig afgesteld totdat de lamp gaat branden. De pot wordt vervolgens in de tegenovergestelde richting gedraaid totdat de neongloed alleen maar verdwijnt.

Om de potentiometer in deze positie te laten staan, moet de neon beginnen te knipperen met verschillende flitssnelheden zoals bepaald door de waarde van de geselecteerde condensator.

Gezien de waarden van de R en C in het diagram, kan de tijdconstante voor het circuit als volgt worden geëvalueerd:

T = 5 (megohm) x 0,1 (microfarad) = 0,5 seconden.

Dit is niet specifiek de werkelijke flitssnelheid van de neonlamp. Het kan een periode van verschillende tijdconstanten (of minder) nodig hebben voordat de condensatorspanning zich ophoopt tot de neonontstekingsspanning.

Dit kan hoger zijn als de inschakelspanning hoger is dan 63% van de voedingsspanning en kan kleiner zijn als de specificatie van de neonontstekingsspanning lager is dan 63% van de voedingsspanning.

Bovendien betekent het dat de knipperfrequentie kan worden gewijzigd door de R- of C-componentwaarden te wijzigen, mogelijk door verschillende waarden te vervangen die zijn uitgewerkt om een ​​alternatieve tijdconstante te bieden of door een parallel aangesloten weerstand of condensator te gebruiken.

Als u bijvoorbeeld een identieke weerstand parallel met R aansluit, zou de flitssnelheid waarschijnlijk twee keer zo hoog zijn (aangezien het parallel toevoegen van vergelijkbare weerstanden ervoor zorgt dat de totale weerstand tot de helft wordt verminderd).

Het aansluiten van een condensator met identieke waarde parallel aan de bestaande C zou er waarschijnlijk voor zorgen dat de flitssnelheid 50% langzamer wordt. Dit type circuit wordt een ontspanning oscillator ​

Random Multiple Neon Flasher

Door R te vervangen door een variabele weerstand, kan worden aangepast aan elke specifieke gewenste knipperfrequentie. Dit zou ook verder kunnen worden verbeterd als een nieuw lichtsysteem door een reeks condensator-neoncircuits aan te sluiten, elk met zijn eigen neonlamp in cascade, zoals hieronder weergegeven.

Elk van deze RC-netwerken maakt een unieke tijdconstante mogelijk. Dit kan een willekeurig knipperen van de neon over het hele circuit genereren.

Neonlamp Toongenerator

Een andere variatie van een neonlamptoepassing als oscillator zou een relaxatieoscillatorcircuit kunnen zijn, wordt getoond in de onderstaande afbeelding.

Dit kan een echt signaalgeneratorcircuit zijn, waarvan de output kan worden beluisterd via een koptelefoon of misschien een kleine luidspreker, door de potentiometer met variabele toon op de juiste manier aan te passen.

Neonflitsen kunnen worden ontworpen om op een willekeurige manier of opeenvolgend te functioneren. Een sequentieel knipperlichtcircuit wordt weergegeven in Afb. 10-6.

Indien nodig kunnen extra trappen in dit circuit worden opgenomen door de C3-verbinding tot de allerlaatste trap te gebruiken.

Astable Neon Lamp Flasher

Ten slotte wordt een stabiel multivibratorcircuit onthuld in figuur 10-7, waarbij een paar neonlampen wordt gebruikt.

Deze neonlichten knipperen of knipperen achtereenvolgens aan / uit met een frequentie bepaald door R1 en R2 (waarvan de waarden identiek moeten zijn) en C1.

Als basisinstructie voor de timing van de knipperlichten kan het verhogen van de ballastweerstandswaarde of de condensatorwaarde in het relaxatieoscillatorcircuit de knipperfrequentie of de knipperfrequentie verminderen en vice versa.

Om de levensduur van een typische neonlamp te beschermen, mag de gebruikte ballastweerstand echter niet lager zijn dan ongeveer 100 k en de beste resultaten in zeer eenvoudige relaxatieoscillatorcircuits kunnen vaak worden bereikt door de condensatorwaarde onder 1 microfarad te houden.