Lampade al neon - Circuiti di lavoro e di applicazione

Una lampada al neon è una lampada a incandescenza costituita da una copertura in vetro, fissata con una coppia di elettrodi separati e contenente un gas inerte (neon o argon). L'applicazione principale di una lampada al neon è sotto forma di spie luminose o lampade pilota.

Quando viene alimentato con una bassa tensione, la resistenza tra gli elettrodi è così grande che il neon si comporta praticamente come un circuito aperto.

Tuttavia, quando la tensione viene aumentata gradualmente, a un certo livello specifico in cui il gas inerte all'interno del vetro al neon inizia a ionizzare e risulta essere estremamente conduttivo.

A causa di ciò, il gas inizia a produrre un'illuminazione radiante intorno all'elettrodo negativo.

Nel caso in cui il gas inerte sia neon, l'illuminazione è di colore arancione. Per il gas Argon, che non è molto comune, la luce emessa è blu.

Come funziona la lampada al neon

La caratteristica di funzionamento di una lampada al neon può essere osservata in Fig. 10-1.

Il livello di tensione che attiva l'effetto luminoso nella lampadina al neon è definito come tensione di rottura iniziale.

Non appena viene raggiunto questo livello di guasto, la lampadina viene attivata in modalità di 'accensione' (incandescente) e la caduta di tensione sui terminali del neon rimane praticamente fissa indipendentemente da qualsiasi tipo di aumento della corrente nel circuito.

Inoltre, la sezione incandescente all'interno della lampadina aumenta all'aumentare della corrente di alimentazione, fino a un punto in cui l'area totale dell'elettrodo negativo viene riempita dal bagliore.

Qualsiasi ulteriore aumento della corrente può quindi portare il neon in una situazione di arco, in cui l'illuminazione a bagliore si trasforma in una luce di colore blu-bianco sopra l'elettrodo negativo e inizia a produrre una rapida degradazione della lampada.

Quindi, per poter illuminare una lampada al neon in modo efficiente, è necessario disporre di una tensione sufficiente affinché la lampada `` si accenda '' e, quindi, un'ampia resistenza in serie nel circuito per poter limitare la corrente a un livello che garantisca che il la lampada rimane accesa all'interno della tipica sezione luminosa.

Poiché la resistenza al neon di per sé è estremamente piccola subito dopo essere stata accesa, ha bisogno di una resistenza in serie con una delle sue linee di alimentazione, chiamata resistenza di zavorra.

Tensione di rottura al neon

Comunemente la tensione di accensione, o guasto, di una lampada al neon potrebbe essere compresa tra circa 60 e 100 volt (o occasionalmente anche maggiore). La corrente nominale continua è abbastanza minima, generalmente tra 0,1 e 10 milliampere.

Il valore del resistore in serie è determinato in base alla tensione di alimentazione in ingresso a cui può essere collegato il neon.

Quando si tratta di lampade al neon controllate con un'alimentazione a 220 volt (rete), un resistore da 220 k di solito è un buon valore.

Per quanto riguarda molte lampadine al neon commerciali, la resistenza potrebbe essere inclusa nel corpo della costruzione.

Senza alcuna informazione precisa fornita, si può supporre che una lampada al neon possa semplicemente non avere resistenza mentre è illuminata, ma potrebbe avere una caduta di circa 80 volt attraverso i suoi terminali.

Come calcolare la resistenza al neon

Un valore appropriato per il resistore del reattore al neon potrebbe essere determinato tenendo conto di questo parametro di riferimento, che è rilevante per la precisa tensione di alimentazione utilizzata attraverso di esso, e presumendo una corrente 'sicura' di circa 0,2 milliampere, come esempio.

Per l'alimentazione a 220 volt, il resistore potrebbe dover perdere 250-80 = 170 volt. La corrente attraverso il resistore in serie e la lampadina al neon sarà di 0,2 mA. Pertanto possiamo utilizzare la seguente formula della legge di Ohm per calcolare il resistore in serie appropriato per il neon:

R = V / I = 170 / 0,0002 = 850.000 ohm o 850 k

Questo valore della resistenza sarebbe sicuro con la maggior parte delle lampade al neon commerciali. Quando il bagliore del neon non è abbastanza abbagliante, il valore del resistore di zavorra potrebbe essere ridotto per portare la lampada più in alto attraverso il tipico intervallo di bagliore.

Detto questo, la resistenza non deve in alcun modo essere abbassata troppo, il che potrebbe causare che l'intero elettrodo negativo venga inghiottito dal bagliore caldo, perché questo potrebbe indicare che la lampada è ora inondata e si sta avvicinando alla modalità arco.

Un altro problema riguardante la potenza del bagliore al neon è che in genere può sembrare molto brillante alla luce ambientale rispetto all'oscurità.

In realtà, nell'oscurità totale l'illuminazione potrebbe essere incoerente e / o richiedere una maggiore tensione di guasto per attivare la lampada.

Alcuni neon possiedono un piccolo accenno di gas radioattivo miscelato con il gas inerte per promuovere la ionizzazione, in tal caso questo tipo di effetto potrebbe non essere visibile.

Circuiti con lampadine al neon semplici

Nella discussione precedente abbiamo compreso in modo elaborato il funzionamento e le caratteristiche di questa lampada. Ora ci divertiremo un po 'con questi dispositivi e impareremo come costruire alcuni semplici circuiti di lampade al neon da utilizzare in varie applicazioni di effetti di luce decorativa.

Lampada al neon come fonte di tensione costante

A causa delle caratteristiche di tensione costante della lampada al neon in condizioni di luce standard, potrebbe essere applicata come unità di stabilizzazione della tensione.

Pertanto, nel circuito visualizzato sopra, l'uscita estratta da ciascun lato della lampada potrebbe funzionare come un'origine di tensione costante, a condizione che il neon continui a funzionare all'interno della tipica regione luminosa.

Questa tensione sarebbe quindi identica alla tensione di rottura minima della lampada.

Circuito lampeggiante con lampada al neon

L'utilizzo di una lampada al neon come un lampeggiatore luminoso in un circuito oscillatore di rilassamento può essere visto nell'immagine qui sotto.

Ciò include un resistore (R) e un condensatore (C) collegati in serie a una tensione di alimentazione di una tensione continua. Una lampada al neon è collegata in parallelo al condensatore. Questo neon viene applicato come indicatore visivo per mostrare il funzionamento del circuito.

La lampada si comporta quasi come un circuito aperto fino a quando non viene raggiunta la sua tensione di accensione, quando commuta istantaneamente corrente attraverso di essa come un resistore di basso valore e inizia a emettere luce.

La tensione di alimentazione per questa sorgente di corrente deve quindi essere superiore a quella della tensione di rottura del neon.

Quando questo circuito è alimentato, il condensatore inizia ad accumulare una carica con una velocità determinata dalla costante di tempo RC del resistore / condensatore. La lampadina al neon riceve una tensione di alimentazione equivalente alla carica sviluppata attraverso i terminali del condensatore.

Non appena questa tensione raggiunge la tensione di rottura della lampada, si accende e costringe il condensatore a scaricarsi attraverso il gas all'interno della lampadina al neon, facendo brillare il neon.

Quando il condensatore si scarica completamente, impedisce a qualsiasi altra corrente di passare attraverso la lampada e quindi si spegne di nuovo finché il condensatore non ha raccolto un altro livello di carica uguale alla tensione di accensione del neon, e il ciclo continua a ripetersi.

In parole povere, la lampada al neon ora continua a lampeggiare o lampeggiare a una frequenza determinata dai valori delle componenti costanti di tempo R e C.

Oscillatore di rilassamento

Una modifica in questo progetto è indicata nel diagramma sopra, utilizzando un potenziometro da 1 megohm che funziona come un resistore di zavorra e una coppia di 45 volt o quattro batterie a secco da 22,5 volt come sorgente di ingresso di tensione.

Il potenziometro viene messo a punto fino a quando la spia non si accende. La pentola viene quindi ruotata nella direzione opposta fino a quando il bagliore al neon si limita a svanire.

Consentendo al potenziometro di essere in questa posizione, il neon deve quindi iniziare a lampeggiare a velocità di lampeggiamento diverse, determinate dal valore del condensatore selezionato.

Considerando i valori di R e C nel diagramma, la costante di tempo per il circuito può essere valutata come segue:

T = 5 (megaohm) x 0,1 (microfarad) = 0,5 secondi.

Questo non è specificamente il tasso di lampeggiamento reale della lampada al neon. Potrebbe essere necessario un periodo di diverse costanti di tempo (o meno) affinché la tensione del condensatore si accumuli fino alla tensione di accensione del neon.

Questo può essere maggiore nel caso in cui la tensione di accensione è superiore al 63% della tensione di alimentazione e può essere inferiore se la specifica della tensione di accensione del neon è inferiore al 63% della tensione di alimentazione.

Inoltre, significa che la velocità di lampeggiamento potrebbe essere modificata cambiando i valori dei componenti R o C, eventualmente sostituendo vari valori elaborati per fornire una costante di tempo alternativa o utilizzando un resistore o condensatore collegato in parallelo.

Il collegamento di un resistore identico in parallelo con R, ad esempio, probabilmente renderebbe la velocità di lampeggiamento due volte maggiore (poiché l'aggiunta di resistori simili in parallelo causa la riduzione della resistenza totale a metà).

Il collegamento di un condensatore di valore identico in parallelo con il C esistente probabilmente causerebbe un rallentamento della velocità di lampeggiamento del 50%. Questo tipo di circuito è indicato come a oscillatore di rilassamento .

Lampeggiatore al neon multiplo casuale

La sostituzione di R con un resistore variabile potrebbe consentire la regolazione per qualsiasi velocità di lampeggiamento desiderata specifica. Questo potrebbe anche essere ulteriormente migliorato come un nuovo sistema di illuminazione collegando una serie di circuiti al neon a condensatore, ciascuno con la propria lampada al neon in cascata come mostrato di seguito.

Ciascuna di queste reti RC consentirà una costante di tempo unica. Ciò potrebbe generare un lampeggiamento casuale del neon sull'intero circuito.

Generatore di toni della lampada al neon

Un'altra variante dell'applicazione di una lampada al neon come oscillatore potrebbe essere un circuito oscillatore di rilassamento è mostrato nella figura seguente.

Può trattarsi di un vero e proprio circuito generatore di segnale, la cui uscita potrebbe essere ascoltata tramite cuffie o magari un piccolo altoparlante, regolando opportunamente il potenziometro a tono variabile.

I lampeggiatori al neon potrebbero essere progettati per funzionare in modo casuale o sequenziale. Un circuito lampeggiante sequenziale è visualizzato in Fig. 10-6.

Ulteriori stadi potrebbero essere inclusi in questo circuito, se necessario, utilizzando la connessione C3 fino all'ultimo stadio.

Lampeggiatore al neon astabile

Infine, un circuito multivibratore astabile è mostrato in Fig. 10-7, impiegando una coppia di lampade al neon.

Questi neon lampeggeranno o lampeggeranno in sequenza ad una frequenza decisa da R1 e R2 (i cui valori devono essere identici) e C1.

Come istruzioni di base sulla temporizzazione del lampeggiatore, l'aumento del valore della resistenza di zavorra o del valore del condensatore nel circuito dell'oscillatore di rilassamento può ridurre la frequenza di lampeggiamento o la frequenza di lampeggiamento e viceversa.

Tuttavia, al fine di proteggere la vita utile di una tipica lampada al neon, il valore del resistore di zavorra utilizzato non deve essere inferiore a circa 100 ke i risultati migliori in circuiti oscillatori di rilassamento molto semplici possono spesso essere ottenuti mantenendo il valore del condensatore al di sotto di 1 microfarad.