Lâmpada néon - Neon lamp
Uma lâmpada de néon (também lâmpada de brilho de néon ) é uma lâmpada de descarga de gás em miniatura . A lâmpada normalmente consiste em uma pequena cápsula de vidro que contém uma mistura de néon e outros gases a baixa pressão e dois eletrodos (um ânodo e um cátodo ). Quando tensão suficiente é aplicada e corrente suficiente é fornecida entre os eletrodos, a lâmpada produz uma descarga brilhante laranja . A parte brilhante da lâmpada é uma região fina próxima ao cátodo; os sinais de néon maiores e muito mais longos também são descargas luminescentes, mas usam a coluna positiva que não está presente na lâmpada de néon comum. As lâmpadas incandescentes de néon eram amplamente utilizadas como lâmpadas indicadoras em displays de instrumentos e aparelhos eletrônicos. Eles ainda são usados algumas vezes por sua simplicidade elétrica em circuitos de alta tensão.
História
Neon foi descoberto em 1898 por William Ramsay e Morris W. Travers . A cor vermelha brilhante característica que é emitida pelo néon gasoso quando excitado eletricamente foi notada imediatamente; Travers escreveu mais tarde, "o clarão de luz carmesim do tubo contava sua própria história e era um espetáculo para refletir e nunca esquecer".
A escassez do Neon impediu sua aplicação imediata para iluminação elétrica ao longo das linhas dos tubos de Moore , que usavam descargas elétricas em nitrogênio. Os tubos de Moore foram comercializados por seu inventor, Daniel McFarlan Moore , no início do século XX. Depois de 1902, a empresa de Georges Claude , a Air Liquide , estava produzindo quantidades industriais de neon como um subproduto de seu negócio de liquefação de ar e, em dezembro de 1910, Claude demonstrou iluminação neon moderna baseada em um tubo de neon selado. Em 1915, uma patente dos EUA foi emitida para Claude cobrindo o projeto dos eletrodos para lâmpadas de tubo de néon; essa patente se tornou a base para o monopólio mantido nos Estados Unidos por sua empresa, Claude Neon Lights, até o início dos anos 1930.
Por volta de 1917, Daniel Moore desenvolveu a lâmpada de néon enquanto trabalhava na General Electric Company . A lâmpada tem um design muito diferente dos tubos de néon muito maiores usados para iluminação de néon . A diferença no design foi suficiente para que uma patente americana fosse emitida para a lâmpada em 1919. Um site da Smithsonian Institution observa: "Esses dispositivos pequenos e de baixa potência usam um princípio físico chamado descarga coronal . Moore montou dois eletrodos próximos um do outro em uma lâmpada e acrescentou gás neon ou argônio. Os eletrodos brilhavam intensamente em vermelho ou azul, dependendo do gás, e as lâmpadas duravam anos. Como os eletrodos podiam assumir quase qualquer forma imaginável, uma aplicação popular são as lâmpadas decorativas fantasiosas.
As lâmpadas incandescentes encontraram uso prático como indicadores em painéis de instrumentos e em muitos eletrodomésticos até a ampla comercialização de diodos emissores de luz (LEDs) na década de 1970.
Descrição
A: impulsos aleatórios por radiação cósmica
B: saturação corrente
C: avalancha repartição descarga Townsend
D: auto-sustentada Townsend descarga
E: região instável: descarga de coroa
F: sub-normais de descarga luminescente
L: normal de descarga luminescente
H: descarga luminescente anormal
I: região instável: transição arco-brilho
J: arco elétrico
K: arco elétrico
região A-D: descarga escura ; ocorre ionização, corrente abaixo de 10 microampères.
Região FH: descarga cintilante ; o plasma emite um brilho fraco.
Região IK: descarga de arco ; grande quantidade de radiação produzida.
Uma pequena corrente elétrica (para uma lâmpada NE-2 de diâmetro de bulbo de 5 mm, a corrente quiescente é de cerca de 400 µA), que pode ser CA ou CC , é permitida através do tubo, fazendo com que brilhe vermelho-laranja. O gás é normalmente uma mistura de Penning , 99,5% neon e 0,5% argônio , que tem uma voltagem de ataque mais baixa do que o neon puro, a uma pressão de 1–20 torrs (0,13–2,67 kPa).
As luzes de descarga do brilho da lâmpada em sua voltagem impressionante. A voltagem impressionante é reduzida pela luz ambiente ou radioatividade. Para reduzir o "efeito escuro", algumas lâmpadas foram feitas com uma pequena quantidade de material radioativo adicionado ao envelope para fornecer ionização no escuro.
A voltagem necessária para sustentar a descarga é significativamente (até 30%) mais baixa do que a voltagem de ativação. Isso se deve à organização de íons positivos próximos ao cátodo. As lâmpadas de néon operam usando uma descarga luminescente de baixa corrente .
Dispositivos de alta potência, como lâmpadas de vapor de mercúrio ou lâmpadas de iodetos metálicos, usam uma descarga de arco de corrente mais alta . As lâmpadas de vapor de sódio de baixa pressão usam uma mistura Penning de néon para aquecimento e podem funcionar como lâmpadas de néon gigantes se operadas em modo de baixa energia.
Limitando a corrente
Uma vez que a lâmpada de néon esteja quebrada, ela pode suportar um grande fluxo de corrente. Por causa dessa característica, os circuitos elétricos externos à lâmpada de néon devem limitar a corrente através do circuito ou então a corrente aumentará rapidamente até que a lâmpada seja destruída.
Para lâmpadas de tamanho indicador, um resistor normalmente limita a corrente. Em contraste, as lâmpadas de tamanho maior geralmente usam um transformador de alta tensão especialmente construído com alta indutância de fuga ou outro reator elétrico para limitar a corrente disponível (veja o letreiro em neon ).
Chama tremeluzente
Quando a corrente através da lâmpada é menor do que a corrente para o caminho de descarga de corrente mais alta, a descarga luminescente pode se tornar instável e não cobrir toda a superfície dos eletrodos. Isso pode ser um sinal de envelhecimento da lâmpada indicadora e é explorado nas lâmpadas de néon decorativas de "chama tremeluzente". No entanto, enquanto uma corrente muito baixa causa cintilação, uma corrente muito alta aumenta o desgaste dos eletrodos, estimulando a pulverização catódica , que cobre a superfície interna da lâmpada com metal e faz com que ela escureça.
O potencial necessário para atingir a descarga é maior do que o necessário para sustentá-la. Quando não há corrente suficiente, o brilho se forma em torno de apenas parte da superfície do eletrodo. As correntes convectivas fazem com que as áreas brilhantes fluam para cima, não muito diferente da descarga em uma escada de Jacob . Um efeito de fotoionização também pode ser observado aqui, já que a área do eletrodo coberta pela descarga luminescente pode ser aumentada pelo brilho da luz na lâmpada.
Eficiência
Em comparação com as lâmpadas incandescentes , as lâmpadas de néon têm uma eficácia luminosa muito maior . Incandescência é a emissão de luz por calor, então uma grande parte da energia elétrica colocada em uma lâmpada incandescente é convertida em calor. Fontes de luz não incandescente, como lâmpadas de néon, lâmpadas fluorescentes e diodos emissores de luz são, portanto, muito mais eficientes em termos de energia do que as lâmpadas incandescentes normais.
As lâmpadas neon verdes podem produzir até 65 lumens por watt de entrada de energia, enquanto as lâmpadas neon brancas têm uma eficácia de cerca de 50 lumens por watt. Em contraste, uma lâmpada incandescente padrão produz apenas cerca de 13,5 lumens por watt.
Formulários
Indicador visual
As lâmpadas de néon pequenas são mais amplamente utilizadas como indicadores visuais em equipamentos e aparelhos eletrônicos, devido ao seu baixo consumo de energia, longa vida útil e capacidade de operar com energia da rede elétrica.
Supressão de sobretensão
As lâmpadas neon são comumente usadas como protetores de sobretensão de baixa tensão , mas geralmente são inferiores aos protetores de sobretensão de tubo de descarga de gás (GDT) (que podem ser projetados para aplicações de alta tensão). Lâmpadas de néon têm sido usadas como um método barato para proteger os receptores de RF de picos de tensão (lâmpada conectada à entrada de RF e aterramento do chassi), mas não são adequadas para transmissores de RF de alta potência.
Testador de tensão
A maioria das lâmpadas de néon pequenas (do tamanho de um indicador), como a NE-2 comum , tem uma tensão de interrupção de cerca de 90 volts . Quando acionado por uma fonte CC, apenas o eletrodo carregado negativamente ( cátodo ) irá brilhar. Quando acionados por uma fonte CA, os dois eletrodos brilharão (cada um durante meios ciclos alternados). Esses atributos tornam as lâmpadas de néon (com resistores em série) um testador de voltagem conveniente e de baixo custo . Examinando qual eletrodo está brilhando, eles podem revelar se uma determinada fonte de tensão é CA ou CC e, se CC, a polaridade dos pontos sendo testados.
Regulação de tensão
A característica de avaria das lâmpadas de descarga luminescente permite que sejam utilizadas como reguladores de tensão ou dispositivos de proteção contra sobretensão . A partir da década de 1930, a General Electric (GE), Signalite e outras firmas fabricaram tubos reguladores de tensão.
Elemento de comutação / oscilador
Como outras lâmpadas de descarga de gás , a lâmpada de néon tem resistência negativa ; sua tensão cai com o aumento da corrente depois que a lâmpada atinge sua tensão de ruptura. Portanto, a lâmpada tem histerese ; sua tensão de desligamento (extinção) é menor do que sua tensão de desligamento (quebra).
Isso permite que ele seja usado como um elemento de comutação ativo. Lâmpadas de néon foram usadas para fazer circuitos osciladores de relaxamento , usando este mecanismo, às vezes referido como o efeito Pearson – Anson para aplicações de baixa frequência, como luzes de advertência piscando, estroboscópios geradores de tom em órgãos eletrônicos e como bases de tempo e osciladores de deflexão no cátodo inicial osciloscópios de raios .
As lâmpadas de néon também podem ser biestáveis e até foram usadas para construir circuitos lógicos digitais, como portas lógicas , flip-flop , memórias binárias e contadores digitais . Essas aplicações eram tão comuns que os fabricantes fabricaram lâmpadas de néon especificamente para esse uso, às vezes chamadas de lâmpadas de "componentes de circuito". Pelo menos algumas dessas lâmpadas têm um brilho concentrado em um pequeno ponto no cátodo, o que as torna inadequadas para serem usadas como indicadores.
Uma variante da lâmpada tipo NE-2 para aplicações em circuito, a NE-77, possui eletrodos de três fios na lâmpada (em um plano) em vez dos dois usuais, o terceiro para uso como eletrodo de controle.
Detector
As lâmpadas de néon têm sido historicamente usadas como detectores de micro-ondas e ondas milimétricas ("diodos de plasma" ou detectores de descarga luminosa (GDDs)) até cerca de 100 GHz ou mais e, em tal serviço, foi dito que exibem sensibilidade comparável (da ordem de alguns 10s a talvez 100 microvolts) aos familiares diodos de silício de contato com catwhisker do tipo 1N23, uma vez onipresentes em equipamentos de micro-ondas. Mais recentemente, descobriu-se que essas lâmpadas funcionam bem como detectores mesmo em frequências sub-milimétricas ("terahertz") e têm sido usadas com sucesso como pixels em vários arranjos de imagens experimentais nesses comprimentos de onda.
Nessas aplicações, as lâmpadas são operadas no modo de "fome" (para reduzir o ruído da corrente da lâmpada) ou no modo de descarga luminescente normal; algumas referências da literatura seu uso como detectores de radiação no regime óptico quando operados em modo de brilho anormal. O acoplamento de microondas ao plasma pode ser no espaço livre, em guia de ondas, por meio de um concentrador parabólico (por exemplo, cone de Winston ), ou por meio de meios capacitivos por meio de um loop ou antena dipolo montada diretamente na lâmpada.
Embora a maioria dessas aplicações use lâmpadas de eletrodo duplo comuns, em um caso, foi descoberto que três (ou mais) lâmpadas de eletrodo especiais, com o eletrodo extra atuando como a antena de acoplamento, forneceram resultados ainda melhores (menor ruído e maior sensibilidade). Esta descoberta recebeu uma patente nos Estados Unidos.
Display alfanumérico
Lâmpadas de néon com vários eletrodos em forma foram usadas como displays alfanuméricos conhecidos como tubos Nixie . Desde então, eles foram substituídos por outros dispositivos de exibição, como diodos emissores de luz , telas fluorescentes a vácuo e telas de cristal líquido .
Uma vez que, pelo menos, a 1940, de árgon, néon, e phosphored brilho thyratron engate indicadores (que se acendem em cima de um impulso no seu eléctrodo de arranque e extinguir somente após a sua tensão de ânodo era corte) estavam disponíveis por exemplo como auto-visualizadas registos de deslocamento em grande -format, displays de matriz de pontos de texto de rastreamento ou, combinados em uma matriz 4 × 4 de tiratron fosforado de quatro cores, como um pixel RGBA de 625 cores empilhável para grandes matrizes de vídeo gráfico. Os tiratrons de múltiplos cátodos e / ou ânodos com brilho, chamados Dekatrons, podiam contar para frente e para trás, enquanto seu estado de contagem era visível como um brilho em um dos cátodos numerados. Estes eram usados como contador / cronômetro / pré-escalonador divisor por n de exibição automática em instrumentos de contagem ou como somador / subtrator em calculadoras .
De outros
Nos aparelhos de rádio da década de 1930, lâmpadas de néon eram usadas como indicadores de sintonia, chamados de "tuneons" e davam um brilho mais forte quando a estação era sintonizada corretamente.
Por causa de seu tempo de resposta comparativamente curto, no início do desenvolvimento da televisão, lâmpadas de néon foram usadas como fonte de luz em muitos monitores de TV de varredura mecânica .
Novas lâmpadas incandescentes com eletrodos em forma (como flores e folhas), muitas vezes revestidas com fósforo, foram feitas para fins artísticos. Em alguns deles, o brilho que envolve um eletrodo faz parte do projeto.
Cor
As lâmpadas indicadoras de néon são normalmente laranja e freqüentemente usadas com um filtro colorido sobre elas para melhorar o contraste e mudar sua cor para vermelho ou laranja mais vermelho.
Eles também podem ser preenchidos com argônio , criptônio ou xenônio, em vez de néon, ou misturados com ele. Embora as características elétricas de operação permaneçam semelhantes, essas lâmpadas acendem com um brilho azulado (incluindo um pouco de ultravioleta ) em vez do brilho laranja-avermelhado característico do neon. A radiação ultravioleta pode então ser usada para excitar um revestimento de fósforo dentro do bulbo e fornecer uma ampla gama de várias cores, incluindo o branco. Uma mistura de 95% neon, 2,5% criptônio e 2,5% argônio pode ser usada para obter um brilho verde, mas mesmo assim as lâmpadas de "neon verde" são mais comumente baseadas em fósforo.
Veja também
- Aerolux Light Corporation
- Tubo cheio de gás
- Arte leve
- Lista de fontes de luz
- Tubo de olho mágico
- Sinal de neon
- Efeito Pearson-Anson
- Linha do tempo da tecnologia de iluminação
Referências
Leitura adicional
- Usando e compreendendo lâmpadas de néon em miniatura ; 1ª Ed; William G. Miller; Publicação de Sams; 127 páginas; 1969; LCCN 69-16778. (arquivo)
- Tubos de cátodo frio ; 1ª Ed; JB Dance; Iliffe Books; 125 páginas; 1967. (arquivo)
- Glow Lamp Manual - Teoria, Circuitos, Classificações ; 2ª Ed; Elétrica geral; 122 páginas; 1966. (arquivo)
- Aplicações de lâmpadas de néon e tubos de descarga de gás ; 1ª Ed; Edward Bauman; Carlton Press; 1966. (arquivo)
links externos
- Oscilador de relaxamento de lâmpada de néon - Clifton Laboratories
- Folha de dados da lâmpada indicadora de néon - VCC (Visual Communications Company), controladora da Chicago Miniature Lighting (CML)