Eine Neonlampe ist eine Glimmlampe, die aus einer Glasabdeckung besteht, die mit einem Paar getrennter Elektroden befestigt ist und ein Inertgas (Neon oder Argon) enthält. Die Hauptanwendung einer Neonlampe sind Anzeigelampen oder Kontrolllampen.
Bei Versorgung mit einer niedrigen Spannung ist der Widerstand zwischen den Elektroden so groß, dass sich das Neon praktisch wie ein offener Stromkreis verhält.
Wenn jedoch die Spannung allmählich erhöht wird, beginnt das Inertgas im Inneren des Neonglases auf einem bestimmten spezifischen Niveau zu ionisieren und führt zu einer extrem leitenden Wirkung.
Aufgrund dessen erzeugt das Gas eine Strahlungsbeleuchtung um die negative Elektrode herum.
Falls das Inertgas zufällig Neon ist, ist die Beleuchtung orangefarben. Für Argongas, das nicht sehr häufig ist, ist das emittierte Licht blau.
Wie Neonlampe funktioniert
Die Funktionsweise einer Neonlampe ist in Abb. 10-1 zu sehen.
Der Spannungspegel, der den Glüheffekt in der Neonröhre auslöst, wird als anfängliche Durchbruchspannung bezeichnet.
Sobald dieser Durchbruch erreicht ist, wird die Glühbirne in den Zündmodus versetzt, und der Spannungsabfall an den Neonanschlüssen bleibt praktisch konstant, unabhängig von jeglichem Anstieg des Stroms im Stromkreis.
Zusätzlich nimmt der Glühabschnitt innerhalb des Kolbens zu, wenn der Versorgungsstrom erhöht wird, bis ein Punkt erreicht ist, an dem die Gesamtfläche der negativen Elektrode durch das Glühen gefüllt wird.
Jede zusätzliche Stromeskalation kann dann das Neon in eine Lichtbogensituation treiben, in der sich die Glühbeleuchtung über der negativen Elektrode in ein blau-weiß gefärbtes Licht verwandelt und eine schnelle Verschlechterung der Lampe erzeugt.
Damit Sie eine Neonlampe effizient beleuchten können, müssen Sie über eine ausreichende Spannung verfügen, damit die Lampe „zünden“ kann, und dann über einen ausreichenden Serienwiderstand im Stromkreis, um den Strom auf einen Wert begrenzen zu können, der garantiert, dass die Die Lampe bleibt im typischen leuchtenden Bereich.
Da der Neonwiderstand an sich kurz nach dem Abfeuern extrem klein ist, benötigt er einen Vorwiderstand mit einer seiner Versorgungsleitungen, den sogenannten Ballastwiderstand.
Neon-Durchschlagspannung
Üblicherweise kann die Zünd- oder Durchschlagspannung einer Neonlampe irgendwo zwischen ungefähr 60 und 100 Volt (oder gelegentlich sogar höher) liegen. Die Dauerstromstärke ist ziemlich gering und liegt im Allgemeinen zwischen 0,1 und 10 Milliampere.
Der Vorwiderstandswert wird gemäß der Eingangsversorgungsspannung bestimmt, an die das Neon angeschlossen werden kann.
Wenn Neonlampen mit einer 220-Volt-Versorgung (Netz) gesteuert werden, ist ein 220-k-Widerstand normalerweise ein guter Wert.
In Bezug auf viele handelsübliche Neonröhren könnte der Widerstand möglicherweise im Körper der Konstruktion enthalten sein.
Ohne genaue Angaben kann davon ausgegangen werden, dass eine Neonlampe im beleuchteten Zustand einfach keinen Widerstand hat, an ihren Anschlüssen jedoch einen Abfall von etwa 80 Volt aufweist.
Berechnung des Neonwiderstands
Ein geeigneter Wert für den Neon-Vorschaltgerät-Widerstand könnte bestimmt werden, indem dieser Benchmark berücksichtigt wird, der für die genaue Versorgungsspannung relevant ist, die über ihn verwendet wird, und beispielsweise ein 'sicherer' Strom von ungefähr 0,2 Milliampere angenommen wird.
Bei einer 220-Volt-Versorgung muss der Widerstand möglicherweise 250 - 80 = 170 Volt verlieren. Der Strom durch den Vorwiderstand und die Neonröhre beträgt 0,2 mA. Daher können wir die folgende Ohmsche Gesetzformel zur Berechnung des geeigneten Vorwiderstands für das Neon verwenden:
R = V / I = 170 / 0,0002 = 850.000 Ohm oder 850 k
Dies Widerstandswert wäre mit den meisten kommerziellen Neonlampen sicher. Wenn das Neonlicht nicht ganz blendend ist, kann der Wert des Ballastwiderstands verringert werden, um die Lampe über den typischen Glühbereich höher zu treiben.
Der Widerstand darf jedoch in keiner Weise zu stark gesenkt werden, was dazu führen kann, dass die gesamte negative Elektrode vom heißen Glühen erfasst wird, da dies darauf hinweisen kann, dass die Lampe jetzt überflutet ist und sich dem Lichtbogenmodus nähert.
Ein weiteres Problem in Bezug auf die Leistung des Neonlichts ist, dass es im Umgebungslicht im Vergleich zu Dunkelheit normalerweise sehr glänzend aussieht.
Tatsächlich könnte bei völliger Dunkelheit die Beleuchtung inkonsistent sein und / oder eine erhöhte Durchbruchspannung erfordern, um die Lampe auszulösen.
Einige Neons besitzen einen winzigen Hinweis auf radioaktives Gas, das mit dem Inertgas gemischt ist, um die Ionisierung zu fördern. In diesem Fall ist diese Art von Effekt möglicherweise nicht sichtbar.
Einfache Neonröhrenschaltungen
In der obigen Diskussion haben wir die Funktionsweise und Eigenschaften dieser Lampe ausführlich verstanden. Jetzt werden wir Spaß mit diesen Geräten haben und lernen, wie man einige einfache Neonlampenschaltungen für die Verwendung in verschiedenen dekorativen Lichteffektanwendungen baut.
Neonlampe als Konstantspannungsquelle
Aufgrund der konstanten Spannungsmerkmale der Neonlampe unter normalen Lichtbedingungen kann sie als Spannungsstabilisierungseinheit eingesetzt werden.
Daher kann in der oben gezeigten Schaltung der von jeder Seite der Lampe extrahierte Ausgang wie ein Ursprung konstanter Spannung wirken, vorausgesetzt, das Neon arbeitet weiterhin innerhalb des typischen leuchtenden Bereichs.
Diese Spannung wäre dann identisch mit der minimalen Durchbruchspannung der Lampe.
Neonlampen-Blinkschaltung
Die Verwendung einer Neonlampe wie eines Lichtblinkers in einer Relaxationsoszillatorschaltung ist im Bild unten zu sehen.
Dies umfasst einen Widerstand (R) und einen Kondensator (C), die in Reihe zu einer Versorgungsspannung einer Gleichspannung geschaltet sind. Parallel zum Kondensator ist eine Neonlampe angebracht. Dieses Neon wird als visuelle Anzeige verwendet, um die Funktion der Schaltung anzuzeigen.
Die Lampe verhält sich fast wie ein offener Stromkreis, bis ihre Zündspannung erreicht ist, wenn sie sofort wie ein niederwertiger Widerstand Strom durch sie schaltet und zu leuchten beginnt.
Die Spannungsversorgung für diese Stromquelle muss daher höher sein als die Durchbruchspannung des Neons.
Wenn diese Schaltung mit Strom versorgt wird, beginnt der Kondensator, eine Ladung mit einer Rate zu akkumulieren, die durch die RC-Zeitkonstante des Widerstands / Kondensators bestimmt wird. Die Neonröhre erhält eine Spannungsversorgung, die der an den Kondensatoranschlüssen entstehenden Ladung entspricht.
Sobald diese Spannung die Durchbruchspannung der Lampe erreicht, schaltet sie sich ein und zwingt den Kondensator, sich über das Gas in der Neonröhre zu entladen, wodurch das Neon leuchtet.
Wenn sich der Kondensator vollständig entlädt, verhindert er, dass weiterer Strom durch die Lampe fließt, und schaltet sich somit wieder ab, bis der Kondensator eine weitere Ladungspegel erreicht hat, die der Zündspannung des Neons entspricht, und der Zyklus wiederholt sich nun weiter.
Einfach ausgedrückt, die Neonlampe blinkt oder blinkt jetzt mit einer Frequenz, die durch die Werte der Zeitkonstantenkomponenten R und C bestimmt wird.
Entspannungsoszillator
Eine Modifikation dieses Designs ist im obigen Diagramm angegeben, indem ein 1-Megaohm-Potentiometer, das wie ein Ballastwiderstand arbeitet, und ein paar 45-Volt- oder vier 22,5-Volt-Trockenbatterien als Spannungseingangsquelle verwendet werden.
Das Potentiometer ist fein eingestellt, bis die Lampe aufleuchtet. Der Topf wird dann in die entgegengesetzte Richtung gedreht, bis das Neonlicht nur noch ausgeblendet ist.
Damit sich das Potentiometer in dieser Position befindet, muss das Neon mit unterschiedlichen Blinkraten zu blinken beginnen, die durch den Wert des ausgewählten Kondensators bestimmt werden.
Unter Berücksichtigung der Werte von R und C im Diagramm kann die Zeitkonstante für die Schaltung wie folgt bewertet werden:
T = 5 (Megaohm) × 0,1 (Mikrofarad) = 0,5 Sekunden.
Dies ist nicht speziell die wahre Blinkrate der Neonlampe. Es kann eine Zeitspanne von mehreren Zeitkonstanten (oder weniger) erforderlich sein, bis sich die Kondensatorspannung bis zur Neonzündspannung angesammelt hat.
Dies kann höher sein, wenn die Einschaltspannung über 63% der Versorgungsspannung liegt, und kann kleiner sein, wenn die Neonzündspannungsspezifikation niedriger als 63% der Versorgungsspannung ist.
Darüber hinaus bedeutet dies, dass die Blinkrate durch Ändern der R- oder C-Komponentenwerte geändert werden kann, möglicherweise durch Ersetzen verschiedener Werte, die zur Bereitstellung einer alternativen Zeitkonstante berechnet wurden, oder durch Verwendung eines parallel angeschlossenen Widerstands oder Kondensators.
Wenn Sie beispielsweise einen identischen Widerstand parallel zu R anschließen, wird die Blinkrate wahrscheinlich doppelt so hoch sein (da durch paralleles Hinzufügen ähnlicher Widerstände der Gesamtwiderstand auf die Hälfte reduziert wird).
Das Anbringen eines Kondensators mit identischem Wert parallel zum vorhandenen C würde wahrscheinlich dazu führen, dass die Blinkrate um 50% langsamer wird. Diese Art von Schaltung wird als bezeichnet Entspannungsoszillator .
Zufälliger mehrfacher Neonblinker
Das Ersetzen von R durch einen variablen Widerstand könnte die Einstellung für eine bestimmte gewünschte Blinkrate ermöglichen. Dies könnte auch wie ein neuartiges Lichtsystem weiter verbessert werden, indem eine Anordnung von Kondensator-Neonschaltungen angebracht wird, von denen jede ihre eigene Neonlampe in Kaskade hat, wie unten gezeigt.
Jedes dieser RC-Netzwerke ermöglicht eine eindeutige Zeitkonstante. Dies kann ein zufälliges Blinken des Neons über die gesamte Schaltung erzeugen.
Neonlampentongenerator
Eine andere Variation einer Neonlampenanwendung als Oszillator könnte eine Relaxationsoszillatorschaltung sein, die in der folgenden Abbildung gezeigt ist.
Dies kann eine echte Signalgeneratorschaltung sein, deren Ausgabe über Kopfhörer oder vielleicht einen kleinen Lautsprecher durch geeignetes Einstellen des Potentiometers mit variablem Ton abgehört werden kann.
Neonblinker könnten so konstruiert sein, dass sie zufällig oder nacheinander funktionieren. Eine sequentielle Blinkschaltung ist in Abb. 10-6 dargestellt.
Bei Bedarf können zusätzliche Stufen in diese Schaltung aufgenommen werden, indem die C3-Verbindung zur allerletzten Stufe verwendet wird.
Astable Neonlampenblinker
Schließlich ist in Abb. 10-7 eine stabile Multivibratorschaltung mit einem Paar Neonlampen dargestellt.
Diese Neons blinken oder blinken nacheinander mit einer Frequenz, die von R1 und R2 (deren Werte identisch sein müssen) und C1 festgelegt wird.
Als grundlegende Anweisungen zum Blinker-Timing kann das Erhöhen des Ballastwiderstandswerts oder des Kondensatorwerts in der Relaxationsoszillatorschaltung die Blinkrate oder die Blinkfrequenz verringern und umgekehrt.
Um jedoch die Lebensdauer einer typischen Neonlampe zu schützen, darf der verwendete Ballastwiderstandswert nicht unter ungefähr 100 k liegen, und feinste Ergebnisse bei sehr einfachen Relaxationsoszillatorschaltungen können häufig erzielt werden, indem der Kondensatorwert unter 1 Mikrofarad gehalten wird.
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