霓虹燈

霓虹燈或冷陰極熒光燈（簡稱CCFL）是氣體放電管，其電極之間施加高壓以點燃輝光放電，其延伸的正極柱根據填充氣體的不同而以不同的顏色點亮。陰極未加熱，因此幾乎不發射熱電子 - 發射是通過正離子在陰極下降時加速并與陰極碰撞而產生的二次電子發射而發生的。

當使用壽命長很重要時，白色發光霓虹燈用于照明，例如第 一臺 (LC) 平板顯示器的背光或更早的用于市中心區域的設計元素和光場。

其他顏色可以用其他氣體實現，但也可以像熒光燈一樣使用熒光內涂層。 在這種情況下，氣體混合物由氬氣和汞組成，主要發射紫外線，通過熒光粉將其轉化為所需的光色。（因此，雖然作為冷陰極燈的熒光燈也可以含有熒光粉，但術語熒光管通常僅用于熱陰極燈。）

霓虹燈今天也廣泛用于照明廣告，但在這里越來越多地被發光二極管取代。

電極被密封在一個細的、充氣的玻璃管的末端，這兩個都被稱為陰極，盡管在幾乎完全使用的交流操作中，一個總是陽極。原因在于它們釋放電子的功能。

指定冷陰極管并不意味著電極在操作期間保持冷，而是電子發射的機制不是熱發射。這將需要在電極上涂上一種對電子功函數較低的材料，例如熒光燈，其壽命受限于這種材料的緩慢蒸發。

另一方面，虹燈與二次電子一起工作。施加的電壓在陰極和陽極之間產生電場，該電場使氣體中存在的氣體離子沿相應陰極的方向快速移動。

撞擊時釋放的能量會從陰極射出一些離子的電子，但對于大多數離子來說，它會完全消散，這使得“冷陰極”在高電流下通常比熱離子陰極更熱。另一個不希望的副作用是材料的去除。電極的環形或杯形導致材料的再沉積。

對于二次發射，陡峭的電壓降，直接在陰極前面的強電場是必要的，因為離子會因與氣體原子碰撞而失去速度，因此即使在短距離內也會失去能量。同時，該場使釋放的電子加速遠離陰極，以至于氣體原子在碰撞時失去電子（碰撞電離），從而使電子數量成倍增加。

然而，在正極柱中的電子攜帶大部分電流之前，場強仍然很高，因此到那時，50 到 100 伏特的工作電壓的很大一部分已經丟失。因此，陰極前面的區域稱為陰極液滴。它的膨脹取決于氣體壓力。

在充滿管子剩余長度的正極柱中，場強和電子能量較低。對于直徑為 30 毫米的管子，它約為每米 400 伏特，而對于直徑為約 80 毫米的管子，則高達 1000 V/m。電子與氣體原子的碰撞激發它們發光，罕見的碰撞電離僅通過復合取代電荷載流子的損失。

通常選擇幾百伏的燃燒電壓，以便陰極的損失不那么顯著；點火電壓要高得多。但是，VDE 法規將允許的電壓（以及管的長度）限制為 7.5 kV。

雖然熒光燈可以在電源電壓上使用簡單的扼流圈來操作（對于熱電子發射，陰極電壓降與氣體的電離能相當，工作電壓在 100 至 200 伏特時要小得多），但這是不可能的霓虹燈。

過去，雜散場變壓器被用作霓虹燈的鎮流器。這些通常有一種方法來設置工作電流或使其適應不同數量的串聯燈管，這是典型的霓虹燈標志。當前設置為在機械可調磁分流器中。通常的電壓為 2 × 2.5…4 kV。

與其他冷陰極管一樣，在低于標稱電流的情況下工作并不重要，這就是為什么氖管可以使用后沿調光器進行調光。

現在大多是根據開關電源的原理使用電子鎮流器；這些通常有一個選項可以自己設置電流。在電池或直流電源的情況下，它們被稱為諧振轉換器或逆變器。

空轉時，鎮流器提供高點火電壓，在運行期間下降到 30% 左右。霓虹燈的功耗約為 30 W/m，光輸出為 30-100 lm/W。根據填充氣體的不同，無涂層冷陰極燈的使用壽命可達 20 年。與開關機無關；一種有利于閃爍霓虹燈標志的特性。

用于背光 LC 和 TFT 顯示器的冷陰極燈的諧振轉換器是一種帶有諧振變壓器的特殊形式的逆變器，允許使用控制信號調節電流。在電路方面，它們通常設計為使用兩個晶體管作為開關元件的諧振推挽轉換器。

干線操作的鎮流器通常也是可控的。優點（無閃爍即時啟動、從 0 調光到 xxx、不同顏色）也有利于藝術裝置和 RGB 換色器。

由于氣體放電燈具有負微分內阻（流過燈管的電流越大，其兩端的電壓降越小），鎮流器必須限制輸出電流。對于逆變器，空轉有時會導致其損壞；如果電子鎮流器不點亮，它們會自動關閉。

逆變器產生的交流電壓具有 30...100 千赫茲的高頻，數值 < 50 kHz，因為三次諧波的發射干擾低于 150 kHz（EMC 測量的下限）。因此，逆變器和冷陰極之間的電源線不能太長或在導電表面（例如計算機外殼）上布線，否則部分逆變器功率會因高容量而損失，并且燈管會變暗，熄滅或不再在其整個長度上亮起。

線路和燈頭有耐高壓絕緣（一般為硅橡膠），不得損壞。

雜散場變壓器和逆變器通常提供與地電勢對稱且就直流電流而言無電勢的交流電壓；霓虹燈鎮流器可以通過這種方式檢測接地短路。此外，這減少了輻射干擾。

霓虹燈的顏色取決于所充氣體的種類（括號內為易老化的非稀有氣體）：

• 霓虹燈：橙紅色
• 紅色管中的霓虹燈：紅色
• 黃色管中的霓虹燈：橙色
• 氬氣：紫色
• 氬與汞：藍色
• 黃色管中帶汞的氬氣：綠色
• 氦氣：紅白色
• 黃管中的氦氣：黃色
• （二氧化碳：白色）
• 氪：灰白色
• （氮氣：粉色/紫色）
• 氙：藍白色

彩色霓虹燈通常像使用熒光染料的熒光燈一樣工作。有冷陰極燈和熱陰極燈兩種顏色。這些顏色不是通過氣體填充實現的，而是通過不同的磷光體實現的，這些磷光體將汞-氬填充的氣體放電的紫外線發射轉化為可見光。

無色管， 那些沒有彩色玻璃過濾器和/或熒光染料的很少使用，因為它們在關閉時很難看到，因此不太適合照明廣告。然而，通過閃爍切換，它們在裝飾上產生明顯的顏色變化效果。

氖管充滿惰性氣體氖，根據其發射光譜發出橙紅色光。熒光燈也通俗地稱為霓虹燈管 - 但熒光燈含有汞蒸氣，并且在玻璃內部有熒光粉。霓虹燈管有一個無涂層的透明或紅色玻璃燈泡。長期以來，霓虹燈管一直用于照明廣告（霓虹燈標志）和高層建筑照明，較小的設計被稱為輝光燈。