โคมไฟนีออน - วงจรการทำงานและการใช้งาน

หลอดนีออนเป็นหลอดเรืองแสงที่ประกอบด้วยฝาแก้วซึ่งยึดด้วยขั้วไฟฟ้าแยกคู่และบรรจุก๊าซเฉื่อย (นีออนหรืออาร์กอน) การใช้หลอดนีออนเป็นหลักในรูปแบบของไฟแสดงสถานะหรือหลอดไฟนำร่อง

เมื่อจ่ายด้วยแรงดันไฟฟ้าต่ำความต้านทานระหว่างอิเล็กโทรดจะมีขนาดใหญ่มากจนนีออนมีพฤติกรรมเหมือนวงจรเปิด

อย่างไรก็ตามเมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในระดับเฉพาะที่ก๊าซเฉื่อยภายในแก้วนีออนเริ่มแตกตัวเป็นไอออนและส่งผลให้เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าได้มาก

ด้วยเหตุนี้ก๊าซจึงเริ่มสร้างแสงสว่างจากรอบขั้วลบ

ในกรณีที่ก๊าซเฉื่อยเป็นนีออนไฟส่องสว่างจะเป็นสีส้ม สำหรับก๊าซอาร์กอนซึ่งพบไม่บ่อยนักแสงที่ปล่อยออกมาจะเป็นสีฟ้า

หลอดไฟนีออนทำงานอย่างไร

ลักษณะการทำงานของหลอดนีออนสามารถเห็นได้ในรูปที่ 10-1

ระดับแรงดันไฟฟ้าที่ก่อให้เกิดเอฟเฟกต์การเรืองแสงในหลอดนีออนเรียกว่าเป็นแรงดันไฟฟ้าสลายเริ่มต้น

ทันทีที่ระดับการสลายนี้เกิดขึ้นหลอดไฟจะถูกกระตุ้นให้เข้าสู่โหมด 'ยิง' (เรืองแสง) และแรงดันตกคร่อมขั้วไฟนีออนจะคงที่ในทางปฏิบัติโดยไม่คำนึงถึงการเพิ่มขึ้นของกระแสในวงจรใด ๆ

นอกจากนี้ส่วนเรืองแสงภายในหลอดไฟจะเพิ่มขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นจนกระทั่งถึงจุดที่พื้นที่ทั้งหมดของขั้วลบเต็มไปด้วยการเรืองแสง

จากนั้นการเพิ่มระดับเพิ่มเติมใด ๆ ในกระแสไฟฟ้าอาจทำให้นีออนเข้าสู่สถานการณ์ที่เกิดประกายไฟซึ่งไฟเรืองแสงจะเปลี่ยนเป็นแสงสีฟ้า - ขาวเหนือขั้วลบและเริ่มทำให้หลอดไฟเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็ว

ดังนั้นเพื่อให้คุณส่องแสงหลอดนีออนได้อย่างมีประสิทธิภาพคุณต้องมีแรงดันไฟฟ้าเพียงพอสำหรับหลอดไฟที่จะ 'ยิง' และจากนั้นความต้านทานต่ออนุกรมที่เพียงพอในวงจรจึงจะสามารถ จำกัด กระแสให้อยู่ในระดับที่จะรับประกันได้ว่า หลอดไฟยังคงทำงานอยู่ภายในส่วนเรืองแสงทั่วไป

เนื่องจากความต้านทานของนีออนด้วยตัวมันเองนั้นมีขนาดเล็กมากไม่นานหลังจากที่ถูกยิงจึงจำเป็นต้องมีตัวต้านทานแบบอนุกรมที่มีสายจ่ายหนึ่งสายเรียกว่าตัวต้านทานบัลลาสต์

Neon Breakdown แรงดันไฟฟ้า

โดยทั่วไปแล้วแรงดันไฟฟ้าของหลอดนีออนที่เกิดการเผาไหม้หรือแตกอาจอยู่ระหว่างประมาณ 60 ถึง 100 โวลต์ (หรือบางครั้งอาจมากกว่า) อัตรากระแสไฟฟ้าต่อเนื่องค่อนข้างน้อยโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 0.1 ถึง 10 มิลลิแอมป์

ค่าตัวต้านทานแบบอนุกรมจะถูกกำหนดตามแรงดันไฟฟ้าขาเข้าที่อาจติดนีออน

เมื่อพูดถึงหลอดนีออนที่ควบคุมด้วยแหล่งจ่ายไฟ 220 โวลต์ตัวต้านทาน 220 k มักจะเป็นค่าที่ดี

เกี่ยวกับหลอดนีออนเชิงพาณิชย์จำนวนมากตัวต้านทานอาจรวมอยู่ในเนื้อของโครงสร้าง

หากไม่มีข้อมูลที่แม่นยำใด ๆ อาจเป็นไปได้ว่าหลอดนีออนอาจไม่มีแรงต้านในขณะที่ส่องสว่าง แต่อาจมีการลดลงประมาณ 80 โวลต์ทั่วทั้งขั้ว

วิธีการคำนวณตัวต้านทานนีออน

ค่าที่เหมาะสมสำหรับตัวต้านทานบัลลาสต์นีออนสามารถกำหนดได้โดยคำนึงถึงเกณฑ์มาตรฐานนี้ซึ่งเกี่ยวข้องกับแรงดันไฟฟ้าที่แม่นยำที่ใช้กับมันและสมมติว่ากระแสไฟฟ้า 'ปลอดภัย' ประมาณ 0.2 มิลลิแอมป์เป็นตัวอย่าง

สำหรับแหล่งจ่าย 220 โวลต์ตัวต้านทานอาจต้องสูญเสีย 250 - 80 = 170 โวลต์ กระแสผ่านตัวต้านทานแบบอนุกรมและหลอดนีออนจะเท่ากับ 0.2 mA ดังนั้นเราจึงสามารถใช้สูตรกฎของโอห์มต่อไปนี้ในการคำนวณตัวต้านทานอนุกรมที่เหมาะสมสำหรับนีออน:

R = V / I = 170 / 0.0002 = 850,000 โอห์มหรือ 850 k

นี้ ค่าตัวต้านทาน จะปลอดภัยกับหลอดนีออนเชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ เมื่อแสงนีออนไม่สว่างจ้าค่าตัวต้านทานบัลลาสต์อาจลดลงเพื่อขับหลอดไฟให้สูงขึ้นในช่วงเรืองแสงทั่วไป

ดังที่กล่าวไว้ความต้านทานจะต้องไม่ลดลงมากเกินไปซึ่งอาจทำให้ขั้วลบทั้งหมดถูกไฟเรืองแสงที่ร้อนจัดเพราะอาจบ่งชี้ว่าหลอดไฟถูกน้ำท่วมและเข้าใกล้โหมด arcing

อีกประเด็นหนึ่งเกี่ยวกับพลังของแสงนีออนคือโดยทั่วไปแล้วแสงโดยรอบอาจดูเงางามมากเมื่อเทียบกับในความมืด

ที่จริงแล้วในความมืดสนิทไฟส่องสว่างอาจไม่สม่ำเสมอและ / หรือเรียกให้มีแรงดันไฟฟ้าแยกส่วนเพิ่มขึ้นเพื่อเริ่มหลอดไฟ

เซลล์ประสาทบางชนิดมีก๊าซกัมมันตภาพรังสีเล็กน้อยผสมกับก๊าซเฉื่อยเพื่อส่งเสริมการแตกตัวเป็นไอออนในกรณีนี้อาจมองไม่เห็นผลกระทบประเภทนี้

วงจรหลอดนีออนอย่างง่าย

ในการสนทนาข้างต้นเราได้เข้าใจอย่างละเอียดถึงการทำงานและลักษณะของหลอดไฟนี้ ตอนนี้เราจะสนุกไปกับอุปกรณ์เหล่านี้และเรียนรู้วิธีสร้างวงจรหลอดไฟนีออนแบบง่ายๆเพื่อใช้ในแอพพลิเคชั่นเอฟเฟกต์แสงตกแต่งต่างๆ

หลอดไฟนีออนเป็นแหล่งจ่ายแรงดันคงที่

เนื่องจากคุณสมบัติแรงดันไฟฟ้าคงที่ของหลอดนีออนภายใต้สภาพแสงมาตรฐานจึงสามารถใช้เป็นหน่วยรักษาเสถียรภาพแรงดันไฟฟ้าได้

ดังนั้นในวงจรที่แสดงด้านบนเอาท์พุตที่ดึงออกมาจากแต่ละด้านของหลอดไฟอาจทำงานเหมือนต้นกำเนิดของแรงดันไฟฟ้าคงที่โดยที่นีออนยังคงทำงานภายในพื้นที่เรืองแสงทั่วไป

จากนั้นแรงดันไฟฟ้านี้จะเหมือนกับแรงดันไฟฟ้าที่สลายน้อยที่สุดของหลอดไฟ

วงจรไฟกะพริบหลอดนีออน

การใช้หลอดนีออนเช่นไฟกะพริบในวงจรออสซิลเลเตอร์เพื่อการผ่อนคลายสามารถดูได้จากภาพด้านล่าง

ซึ่งรวมถึงตัวต้านทาน (R) และตัวเก็บประจุ (C) ที่ต่ออยู่ในอนุกรมกับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง หลอดไฟนีออนติดขนานกับตัวเก็บประจุ นีออนนี้ใช้เป็นตัวบ่งชี้ภาพเพื่อแสดงการทำงานของวงจร

หลอดไฟเกือบจะทำงานเหมือนวงจรเปิดจนกว่าจะถึงแรงดันไฟเมื่อมันเปลี่ยนกระแสผ่านมันทันทีเหมือนกับตัวต้านทานที่มีค่าต่ำและเริ่มเรืองแสง

ดังนั้นแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าสำหรับแหล่งกระแสนี้จึงจำเป็นต้องสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าสลายของนีออน

เมื่อวงจรนี้ถูกขับเคลื่อนตัวเก็บประจุจะเริ่มสะสมประจุด้วยอัตราที่กำหนดโดยค่าคงที่เวลา RC ของตัวต้านทาน / ตัวเก็บประจุ หลอดนีออนได้รับแรงดันไฟฟ้าเทียบเท่ากับประจุที่พัฒนาผ่านขั้วตัวเก็บประจุ

ทันทีที่แรงดันไฟฟ้านี้ถึงแรงดันไฟฟ้าสลายของหลอดไฟจะเปิดและบังคับให้ตัวเก็บประจุปล่อยผ่านก๊าซภายในหลอดนีออนส่งผลให้นีออนเรืองแสง

เมื่อคาปาซิเตอร์ระบายออกจนหมดมันจะยับยั้งกระแสไฟฟ้าที่จะไหลผ่านหลอดไฟอีกต่อไปและจะปิดอีกครั้งจนกว่าตัวเก็บประจุจะรวบรวมประจุอีกระดับหนึ่งเท่ากับแรงดันไฟของนีออนและวงจรจะวนซ้ำไปเรื่อย ๆ

พูดง่ายๆก็คือหลอดไฟนีออนจะกระพริบหรือกระพริบที่ความถี่ตามที่กำหนดโดยค่าของส่วนประกอบคงที่ของเวลา R และ C

เครื่องสั่นแบบผ่อนคลาย

การปรับเปลี่ยนในการออกแบบนี้ระบุไว้ในแผนภาพด้านบนโดยใช้โพเทนชิออมิเตอร์ 1 megohm ที่ทำงานเหมือนตัวต้านทานบัลลาสต์และแบตเตอรี่แห้งขนาด 45 โวลต์หรือ 22.5 โวลต์สี่ก้อนเป็นแหล่งอินพุตแรงดันไฟฟ้า

โพเทนชิออมิเตอร์ได้รับการปรับแต่งอย่างละเอียดจนกระทั่งหลอดไฟสว่างขึ้น จากนั้นหม้อจะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้ามจนกว่าแสงนีออนจะจางหายไป

ปล่อยให้โพเทนชิออมิเตอร์อยู่ในตำแหน่งนี้จากนั้นไฟนีออนจะต้องเริ่มกะพริบด้วยอัตราการกะพริบที่แตกต่างกันตามค่าของตัวเก็บประจุที่เลือก

เมื่อพิจารณาถึงค่าของ R และ C ในแผนภาพค่าคงที่ของเวลาสำหรับวงจรอาจได้รับการประเมินดังนี้:

T = 5 (megohms) x 0.1 (microfarads) = 0.5 วินาที

นี่ไม่ใช่อัตราการกะพริบที่แท้จริงของหลอดนีออน อาจต้องใช้ระยะเวลาคงที่หลายครั้ง (หรือน้อยกว่า) เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุสะสมมากถึงแรงดันไฟนีออน

สิ่งนี้อาจสูงกว่าในกรณีที่แรงดันไฟฟ้าเปิดเครื่องมากกว่า 63% ของแรงดันไฟฟ้าและอาจน้อยกว่านี้หากข้อมูลจำเพาะแรงดันไฟนีออนต่ำกว่า 63% ของแรงดันไฟฟ้า

นอกจากนี้ยังบ่งชี้ว่าสามารถแก้ไขอัตราการกะพริบได้โดยการเปลี่ยนค่าส่วนประกอบ R หรือ C ซึ่งอาจเป็นไปได้โดยการแทนที่ค่าต่างๆที่หาค่าคงที่ของเวลาอื่นหรือใช้ตัวต้านทานหรือตัวเก็บประจุแบบขนาน

ตัวอย่างเช่นการต่อตัวต้านทานที่เหมือนกันขนานกับ R อาจทำให้อัตราการกะพริบเพิ่มขึ้นสองเท่า (เนื่องจากการเพิ่มตัวต้านทานที่คล้ายกันแบบขนานทำให้ความต้านทานรวมลดลงเหลือครึ่งหนึ่ง)

การติดคาปาซิเตอร์ที่มีค่าเหมือนกันควบคู่ไปกับ C ที่มีอยู่อาจทำให้อัตราการกะพริบช้าลง 50% วงจรประเภทนี้เรียกว่า ออสซิลเลเตอร์ผ่อนคลาย .

สุ่มหลายนีออนกะพริบ

การเปลี่ยน R ด้วยตัวต้านทานแบบแปรผันสามารถทำให้สามารถปรับอัตราการกระพริบที่ต้องการได้ นอกจากนี้ยังสามารถปรับปรุงเพิ่มเติมได้เช่นระบบไฟแปลกใหม่โดยการติดวงจรนีออนของตัวเก็บประจุแต่ละตัวมีหลอดนีออนของตัวเองในน้ำตกดังที่แสดงด้านล่าง

แต่ละเครือข่าย RC เหล่านี้จะเปิดใช้งานค่าคงที่ของเวลาที่ไม่ซ้ำกัน สิ่งนี้อาจทำให้เกิดการกระพริบของนีออนแบบสุ่มทั่วทั้งวงจร

เครื่องกำเนิดแสงหลอดนีออน

อีกรูปแบบหนึ่งของแอปพลิเคชั่นหลอดนีออนในฐานะออสซิลเลเตอร์อาจเป็นวงจรออสซิลเลเตอร์แบบผ่อนคลายดังแสดงในรูปด้านล่าง

นี่อาจเป็นวงจรกำเนิดสัญญาณของแท้ซึ่งสามารถรับฟังเอาต์พุตผ่านหูฟังหรืออาจเป็นลำโพงขนาดเล็กโดยการปรับโพเทนชิออมิเตอร์โทนตัวแปรให้เหมาะสม

ไฟแฟลชนีออนสามารถออกแบบมาให้ทำงานแบบสุ่มหรือตามลำดับ วงจรไฟกะพริบตามลำดับจะแสดงในรูปที่ 10-6

ขั้นตอนเพิ่มเติมอาจรวมอยู่ในวงจรนี้หากจำเป็นโดยใช้การเชื่อมต่อ C3 กับขั้นตอนสุดท้าย

Astable Neon Lamp Flasher

สุดท้ายวงจรมัลติไวเบรเตอร์แบบแอสเทเบิ้ลเปิดเผยในรูปที่ 10-7 โดยใช้หลอดนีออนคู่

เซลล์ประสาทเหล่านี้จะกะพริบหรือเปิด / ปิดกะพริบตามลำดับที่ความถี่ที่กำหนดโดย R1 และ R2 (ซึ่งค่าต้องเหมือนกัน) และ C1

ตามคำแนะนำพื้นฐานเกี่ยวกับเวลากะพริบการเพิ่มค่าตัวต้านทานบัลลาสต์หรือค่าตัวเก็บประจุในวงจรออสซิลเลเตอร์แบบผ่อนคลายสามารถลดอัตราการกะพริบหรือความถี่ในการกะพริบและในทางกลับกัน

อย่างไรก็ตามเพื่อปกป้องอายุการใช้งานของหลอดนีออนทั่วไปค่าตัวต้านทานบัลลาสต์ที่ใช้จะต้องไม่ต่ำกว่าประมาณ 100 k และผลลัพธ์ที่ดีที่สุดในวงจรออสซิลเลเตอร์แบบผ่อนคลายที่เรียบง่ายมักจะทำได้โดยการรักษาค่าตัวเก็บประจุให้ต่ำกว่า 1 ไมโครฟารัด