Как подобрать сопротивление для неоновой лампы. Что такое неоновая лампа? Принцип действия, конструкция и характеристики
Внутри газоразрядные неоновые лампы наполнены под низким давлением неоном, что излучает оранжево-красное свечение. Содержимым могут быть и другие инертные газы. Так в трех словах можно объяснить принцип работы неоновых ламп.
Редакторы издания сегодня раскрывают все нюансы работы неоновых ламп — от их характеристик и сферы применения до качественной проверки.
Где лучше применять неоновые лампы?
- Принцип работы неоновой лампы
Неоновая лампа — разновидность газоразрядной, только с неоновым свечением.
Основным элементом неоновой лампы является стеклянная труба, имеющая на каждом конце металлический электрод. Они соединяются с цоколем, а сама лампа с сетью через патрон. Функционирует неоновая лампа от источника постоянного и переменного тока.
Выбираются они по напряжению сети (127 - 220 В), по напряжению, когда возникает электроразряд (60 - 550 В), по допустимому наибольшему току (от 0,2 - 30 Ма).
Лампа неоновая 220В BA9S EKF
Продолжительность службы неоновых ламп большая — 100-1000 ч.
Неоновые лампы сегодня представлены не только лампочками, но и лентами (неон гибкий) 12 Вольт — светодиодная гирлянда, запаянная в трубку из ПВХ. Ленты бывают монотонными или разноцветными.
Неоновые лампы характеризуются долговечностью и надежностью. Они пригодны и для дома, и для квартиры, и для освещения более крупных помещений. Активно применяются в ЭВМ, как элемент индикации или в виде подсветки — домашней или автомобильной, для наружной рекламы.
Область применения холодного неона:
- тюнинг машин;
- декоративная подсветка интерьеров;
- изготовление световых букв, вывесок, подписей;
- праздничная иллюминация;
- подсветка витрин, зданий, мостов, театральных афиш;
- оформление казино, ночных клубов, ресторанов;
- ландшафтный дизайн.
Обзор неоновых ламп:
Подключение неоновой лампы
Неоновые лампы во время работы остаются относительно холодными, поскольку не нагреваются более 70-80°С.
Плюсы неоновых ламп
- срок службы от 80000 часов;
- броский световой эффект;
- пожаробезопасность, поскольку устройство не нагревается;
- бесшумность работы;
- управление яркостью газосветной лампы и выбор желаемого оттенка белого свечения.
Минусы неоновых ламп
- хрупкость;
- содержание вредных веществ;
- необходимо высокое напряжение в сети и высоковольтный трансформатор;
- высокая цена.
Каждому инертному газу и парам металла соответствует исключительный спектр (состав) света.
ВАЖНО! Различные оттенки свечения получаются при смешении инертных газов или нанесении люминофоры на поверхность разрядной трубки.
В процессе подключения:
- трансформатор подбирают по длине лампы и состава газовой смеси, вторичное (выходное) напряжение трансформатора вычисляется по таблицам;
- если нет указания в сопроводительных документах, электронные преобразователи напряжения подходят больше для закрытых помещений;
- обязательно заземление при установке неоновых ламп на улице;
- подбирают высоковольтный провод ПМВК требуемого сечения и длины: длина провода должна быть минимальной, для отделения провода от металлических частей конструкции используют ПВХ-трубки;
- лампу неоновую устанавливают в поликарбонатные держатели, согласно указанной на трансформаторе схеме, а места соединения проводом изолируются лентой и специальными трубками;
- все токопроводящие части конструкции должны быть заземленными;
- поскольку при изготовлении неоновых ламп применяется обычное стекло, необходимо применять защитные покрытия из оргстекла или поликарбоната;
- необходимо соблюдать при монтаже правила безопасности: не ронять и не трясти неоновую лампу — конструкция не должна разгерметизироваться, в противном случае неоновая лампа гореть не будет;
- чтобы свечение было различного цвета, внутрь добавляют пары ртути и люминофор.
| Вид | Средняя продолжительность горения | Рабочий ток |
|---|---|---|
| ТН- 0,2 | не менее 220 час | не более 0,2 мА |
| ТН- 0,3 | не менее 220 час | не более 0,3 мА |
| ТН- 0,5 | не менее 300 час | не более 0,5 мА |
| ТН- 0,9 | не менее 300 час | не более 0,9 мА |
| ТН-1 | не менее 100 час | не более 1,0 мА |
| ТН-20 | не менее 1000 час | не более 20 мА |
| ТН-30 | не менее 1000 час | не более 30 мА |
В таблице представлены лампы газосветные тлеющего разряда. Их используют как световые сигналы в радиотехнических и электротехнических устройствах.
ВАЖНО! В обозначении типа лампы непосредственно буква «Т» означает «тлеющий» (вид разряда), буква «Н» — «неон» (название газонаполнителя), указанные числа — max рабочий ток в миллиамперах.
Основные характеристики всех неоновых ламп:
- наружный диаметр;
- линейная длина;
- цветность;
- индекс цветопередачи;
- световой поток при токе 50 мА и 80 мА;
- потребление мощности при токе 50 мА и 80 мА;
- электрическая длина.
Индикаторные лампы
Люминесцентная
Сигнальная
Декоративная
Цвет свечения в неоновых лампах полностью зависит от состава газа. Оранжево-красный наиболее характерен для индикаторных ламп.
ВАЖНО! Бытовая лампа-свеча подходит для декоративных светильников «под старину».
Люминесцентная лампа — электроприбор дневного освещения, смонтированный в специально предназначенные светильники. Минус — очень часто перегорают.
Люминесцентная лампа PHILIPS TL-D90 De Luxe
Сигнальные неоновые лампы – приборы, ориентированные для световой индикации электросигналов. В конструкции — два электрода в виде цилиндров, дисков или стержней различной конфигурации, помещенные в стеклянный баллон. В баллоне под давлением содержится неоновая смесь, что дает красное свечение, или неоново-гелиевая смесь с оранжево-красным свечением.
Лампа неоновая Camelion LH26-3U Blacklight E27
Декоративные неоновые лампы предназначены для установки в обычный стандартный патрон E14 или E27 и функционирующие от напряжения 220 В. Содержат встроенный резистор балластный, что предоставляет возможность включать их напрямую в осветительную сеть.
Зеленую флуоресцентную лампу используют, как сигнальный источник света. Изнутри стеклянную колбу покрывают специальной флуоресцирующей субстанцией, что поглощает красный свет и превращает его в зеленый.
Лампа люминесцентная T8 спец. — Narva 18Вт / T8 / 019
Маленькие неоновые лампы используют, как подсветку, вместе со светодиодом в паре с элементом сопротивления. Как правило, они запитаны параллельно с основными контактами выключателя.
ВАЖНО! Если выключатель в нерабочем положении, то питание светодиода происходит по нити накала внутри лампы с малым сопротивлением.
Как проверить исправность неоновых ламп?
Проверка газосветных сигнальных неоновых ламп заключается в их визуальном осмотре и испытании под напряжением.
Проверить работоспособность неоновой лампы можно и ее включением в радиотрансляционную сеть посредством трансформатора низкой частоты.
При отсутствии сетей — радиотрансляционной и переменного тока — можно проверить, используя батарейки и трансформатор низкой частоты (силового или междулампового).
Люминесцентная лампа запускается с помощью пускорегулирующей аппаратуры (электромагнитной или электронной). В современных лампах чаще применяется ЭПРА (электронная пускорегулирующая аппаратура).
Для проверки лампы рассматривается исправное устройство с такими же параметрами и подключается последовательно согласно схеме к проверяемой лампы. Если светильник заработал нормально, то причина неисправности в блоке.
Особенности разных видов неоновых ламп
- Сигнальная неоновая лампа
Являются факторами безопасности, корректируя работу транспортных систем. К сигнальным неоновым лампам относятся и индикаторные, использующиеся активно в приборах и оборудовании различного назначения, служат источником информации о функционировании прибора.
- Люминесцентная неоновая лампа
Применяются успешно для освещения и облучения школьных, детских, жилых и административных помещений, особенно если естественного освещения недостаточно. Производителями выпускаются специальные лампы, ориентированные на получение «солнечных ванн».
Преимущества люминесцентных ламп:
- обеспечивают много света;
- повышают работоспособность;
- сохраняют зрение;
- снижают утомляемость;
- влияют на повышение настроения.
ВАЖНО! Если у люминесцентной лампы из строя вышли спирали, как зажечь лампу? Это можно сделать без умножителя напряжения по обычной схеме ЭмПРА.
- Декоративная неоновая лампа
Широко применяется при оформлении различных интерьеров.
Как запустить и как работает перегоревшая лампа дневного света?
Производство светодиодных лампочек – не дешевое. По оптимальному соотношению цена/качество безусловные лидеры — Россия, Китай, Япония.
|
|
МН-13; МН 6 1970 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СН-1-220; NE-2G 3×10 |
|
220В BA9S EKF PROxima |
|
Иногда требуется выяснить факт наличия сетевого напряжения, либо, например, обозначить выключатель в темноте. Самый простой элемент индикации - это маленькая неоновая лампа, которую можно через резистор напрямую подключить к сети 220 В, потребление будет минимальным, а эффект удастся достичь. Да, в современных условиях, светодиоды гораздо более популярны, но они требуют большей обвязки для таких целей, поэтому и в устройствах выпускаемых промышленностью (утюги, чайники и т.п.) - до сих пор с успехом используют неоновые лампочки. Под катом будет построение стенда для тестирования устройств 220 Вольт (по возможности безопасного) и немного моего балкона, который я оборудовал для создания поделок…
Неоновые лампочки пришли без трека, нашел я их в почтовом ящике. Посылка ехала около полутора месяцев. Внутри пакета со встроенной пупыркой лежали лампочки с припаянными резисторами в пакетике с защелкой Zip lock:
Количество соответствует заявленному. Вид и размеры одного экземпляра:
Резистор установлен на 147 КОм:
Пробуем подключить к сети 220 Вольт:
Точнее 230:)
Такая розетка не фиксирует малые токи:
Подключим мультиметр, который фиксирует ток 1.2 мА:
Про сами неоновые лампочки. Свет лампы обладает малой инерционностью и допускает яркостную модуляцию с частотой до 20 кГц. Лампы подключаются к источнику питания через токоограничительный резистор так, чтобы ток через лампу был порядка 1 миллиампера. Использование лампы без резистора чрезвычайно опасно, поскольку может привести к перерастанию разряда в дуговой, с возрастанием тока через неё до значения, ограниченного лишь внутренним сопротивлением источника питания и подводящих проводов, и, как следствие, коротким замыканием и (или) разрывом баллона лампы. Напряжение зажигания лампы обычно не более 100 вольт, напряжение гашения порядка 40-65 вольт. Срок службы - 80 000 часов или более (ограничен поглощением газа стеклом колбы и потемнением колбы от распылённых электродов; «перегорать» в лампе просто нечему).
Теперь к применению… Вообще я их заказывал, чтобы заменить штатную лампочку в старом утюге, который использую для изготовления плат. Но раз у нас их много - грех не воспользоваться.
Учитывая, что я довольно часто тестирую устройства работающие с сетевым напряжением, решил собрать некий стенд для испытаний. Основные требования:
- безопасность, все таки это поделки и на столе во время тестов всякое возможно;
- удобное подключение своих приборов (розетка);
- индикация текущего тока и напряжения, а также потребляемой мощности;
- для тестирования коммутирующих устройств отдельная розетка с проводом и, желательно, с индикацией;
- возможность отключения обоих проводов питания устройства;
- минимальное влияние проводов на исследуемые процессы;
- более-менее приличный вид и компактность.
Для повышения безопасности прибора решил установить дифференциальный автомат категории «С» на 10 А, с током утечки 30 мА. А раз речь идет про автомат, то удобнее применить компактный щиток, тем более они недорогие. В качестве индикации выбрал , он удовлетворяет всем моим требованиям (80-260 В/20A AC), обзоры на этот прибор уже были на муське ( , ). Решил встроить этот прибор в компактный щиток:
Для подключения питания к своему стенду использовал типовой разъем C14, :
Расположить его решил сбоку, под него выпилил отверстие:
Крепил его винтами от разобранной микроволновки. В собранном виде:
Припаял провода: 3 по 2.5 мм2, контакты заизолировал клеевой термоусадкой:
Розетку для подключения тестируемых устройств использовал монтируемую на дин рейку. Собранное устройство:
Проверяем:
Но этого мне показалось мало… Довольно часто приходится тестировать коммутационный узел, поэтому хотелось интерфейс подключения нагрузок, также объединить с данным устройством. Для этого подойдет типовая розетка, я взял от Шнайдер Электрик (она, конечно, немного не в цвет, ну да ладно): 
именно в нее планируется встроить обозреваемые неоновые лампочки. В качестве светорассеивателя взято оргстекло красного цвета:
Вот так выглядит лампочка через него:
Отпиливаем лобзиком маленький кусочек:
Край доработаем бормашинкой на стойке:
Примеряем стекло:
Меня устроило, нужно сверлить:
Примеряем, я специально край полученный в домашних условиях повернул к основанию розетки - так его меньше всего будет видно:
Обезжириваем стеклышко и розетку верхушками от процесса домашней дистилляции и клеим на суперклей: 
Результат:
Далее возвращаемся к неоновым лампочкам. Меня не устроила длина выводов, поэтому перепаял резистор:
Приготовил проводок для подключения лампочки к розетке:
Надел термоусадку:
Припаял проводки:
Сверху одел общую клеевую термоусадку подходящего диаметра:
Итог:
Проверка:
Закрепить в розетке решил термоклеем:
Нужно было придумать чем закрыть остальное пространство вокруг лампы, решил, что фольга для этого подойдет отлично, но где ее взять. И тут пришла в голову мысль о новогодних подарках, спрятанных от детей на моем балконе мастерской. Пришлось перебрать не мало конфет, чтобы найти нужное. Оказалось, что современные производители активно экономят на фольге. Подходящий вариант:
Конфета была успешно съедена (да простят меня дети:)), вкусная конфета придала новых сил. Результат:
Готовимся соединять щиток и нашу мега розетку, сверлим основание:
И боковину щитка:
Пластик боковины достаточно мягкий, поэтому решил его усилить изнутри текстолитом (ну да я же в названии писал про платы). Отбракованная плата еще поработает, использовал основание розетки как шаблон:
Примеряем:
Чтобы винтики не раскрутились, решил использовать отечественный анаэробный фиксатор резьбы АвтомастерГель от «Регион Спецтехно». Обзор этого замечательного фиксатора я делал :
Фиксатор бывает разных типов, я использовал самый могучий:). Наносим его на винты:
Результат:
С другой стороны:
Собираем крышку:
Подключаем провода:
Сразу скажу, что потянул с усилием все сидит плотно несмотря на разницу в диаметре.
Итог:
Ближе:
Включено:
На некотором удалении, также, все отлично видно:
С лампой в розетке (именно так и планируется использовать во многих ближайших тестах):
Без света выглядит так:
С максимальным светом индикатор тоже заметен:
Готовим входной провод для теста коммутирующих устройств (ПВС 2х2.5 мм2), пометил его красной термоусадкой:
Собираем вилку:
Если диаметр провода большеват для тестирования устройства, используем переход на тонкий провод (ШВВП 2х0.5мм2) через многоразовые универсальные клемники Ваго (именно в таких случаях целесообразно их использовать - для временного подключения). Так выглядит очередное тестируемое устройство, подключенное к изготовленному стенду, сразу после уборки на столе:
Само устройство на подоконнике:
Общий вид рабочего места тестировщика:):
Основным объектом тестирования, будут платы точечной сварки из , и иные поделки для дачной автоматики.
Иллюстрация работы собранной конструкции в тестировании очередной поделки:
А так как коммутация осуществляется симистором, то на этом видео видно поведение индикатора, который в выключенном состоянии горит менее ярко, но не гаснет, об этой особенности симисторов следует помнить.
На этом заканчиваю свой длинный опус про достаточно простое, но очень нужное мне устройство. Всех поздравляю с наступающим Новым Годом! Надеюсь кому-то данная информация окажется полезной.
Дополнительная информация
Если делать индикацию на светодиоде, то правильная схема будет выглядеть так:
В реале:
Если снизить емкость в 10 раз до 10нФ:
Под влиянием общественного мнения переделал стенд:)
Сменил крышку розетки на белую в цвет ящика, из розетки засверлился в ящик, а в него врезал держатель неонки с красивым стеклышком:
в темноте 
при ярком свете настольной лампы направленной на стенд тоже все видно:
Кстати, для тестирования импульсных блоков питания стенд тоже прекрасно подходит, диф автомат защищает от кз и превышения тока, а также от проблем связанных с касанием фазы. А во внешнюю розетку можно вставить лампочку как в обзоре и скоммутировать 4 провода прибора так, чтобы фаза шла через лампочку - очень удобно.
Некоторым людям инструкция нужна для того, чтобы когда сгорит прибор выяснить, что они сделали не так.
Изготовление подсветки выключателя светодиодом своими руками не представляет никакой сложности. Крайне простая схема собирается буквально «на коленке» в течении нескольких минут. Но, если вы не хотите, чтобы все закончилось фейерверком и сгоревшей проводкой, внимательно прочтите эту статью.
Схема включения светодиода в выключатель в квартире
Схема и внешний вид выключателя
Как видите, устройство состоит лишь из двух элементов – токоограничивающего резистора и источника света.
Многих людей, не имеющих отношения к радиоэлектронике, эта схема может поставить в тупик. Ведь ставим мы светодиод в выключатель 220В переменного напряжения, хотя сам светодиод рассчитан на напряжение 2-12В постоянного. И основная лампа, по идее, тоже должна светиться при таком подключении.
Как и почему это работает?
Вспомним школьный курс физики:
- Напряжение – разность потенциалов с двух концов проводника . Чем выше напряжение, там быстрее электроны бегут по проводам.
- Сила тока – плотность электронов в проводнике . Когда в электрической цепи на пути электронов встречается участок с большим сопротивлением, часть из них отдает свою энергию этому участку.
Когда сила тока (плотность потока электронов) значительно больше, чем этот участок способен пропустить, излишки энергии преобразуются в тепло. Если бы перед диодом не было резистора, сила тока, проходящая через него, во много раз превысила бы его номинальные параметры, превратив кристалл диода в облачко. В этой схеме резистор исполняет роль вентиля, отсекая большую часть тока. Через саму лампу накаливания также будет протекать ток, но сила его настолько мала, что спираль раскаляться не будет.
Расчет параметров схемы
Подбираем резистор для светодиода. В этой формуле напряжение сети принимается за 320В, поскольку необходимо учитывать не номинальный параметр, а эффективное амплитудное напряжение.
Подбираем резистор Как сделать подсветку для выключателя
Главная задача схемы выключателя с подсветкой на светодиоде – ограничить силу тока, протекающую через светодиод. Для диода не важно с какой скоростью через него будут проходить электроны, он заберет свою «порцию» и преобразует ее в свечение. Если же плотность потока электронов буде выше его пропускной способности, излишки выделятся в виде тепла, расплавив кристалл.
Установка светодиода в выключатель 220В, схема:
Варианты, как можно подключить светодиод Вариант 1
Такой способ подключения будет работать, но очень недолго, несколько миллисекунд, пока разгорится спираль лампы накаливания. При таком подключении ток цепи будет рассчитан исходя из потребности лампы, превысив потребности светодиода в сотни раз. Это неправильный вариант.
Вариант 2
Это уже жизнеспособный вариант. Токоограничивающий резистор R1 уменьшит силу тока до необходимой величины. Для обычного светодиода на 20 мА сопротивление резистора должно быть:
(320В-3В)/0,02А≈16 кОм а мощность 0,25-0,5Вт.
Ради увеличения срока службы подсветки и уменьшения нагрева резистора, параметры сопротивления лучше увеличить в 3-4 раза. Такую схему можно увидеть, если разобрать дешёвый китайский выключатель со светодиодом. Здесь нет защиты от обратного тока, что не способствует долгой жизни такого устройства.
Вариант 3
Включение диода с обратной полярностью защищает светодиод от обратной полуволны. Это важно, если на линии в сети есть мощные устройства: стиральная машина, бойлер, электрочайник. Можно использовать любой малогабаритный диод с напряжением до 500-1000 вольт.
Примеры расчетов
Поскольку наша задача лишь подсветить выключатель и добиться максимальной жизнеспособности, ток светодиода берем 30% от номинала – 6мА
Резисторный токоограничитель
Uсд=3,5В, Iсд=20мА(0,02А)- Расчет делаем на 6мА (0,006А);
R1= (330-3,5) /0.006=55000Ом (55кОм). С целью уменьшения нагрева номинал резистора можно увеличить в 2 раза до 100 кОм.
Мощность резистора P=Ur1I=327 0.006=2Вт.
Параллельно светодиоду лучше зеркально включить диод на 1000В.
Емкостный токоограничитель
Вместо резистора можно использовать высоковольтный конденсатор, R1 необходим для саморазрядки конденсатора C1. Ёмкостная схема не греется.
C1=Rc/(2π £)=50кОм/(23,14 50Гц)=150мкФ; С1=150мкФ*500В;
R1=0,5-1 МОм;
Диод как в предыдущей конструкции.
Если выключатель предназначен для энергосберегающей лампы, лучше светодиод заменить неоновой лампочкой, донором которой послужит пускатель люминесцентного светильника. Классические схемы за счет гашения полуволны могут вызывать мерцание «энергосберегаек». Принцип подключения остается тот же, но из за более высокого номинального тока, около 100мА, резисторное или емкостное сопротивление (на неоновой лампочке) стоит увеличить до 500-600 кОм.
Область применения
- схема выключателя с подсветкой на светодиоде;
- индикатор включения в переносном удлинителе;
- миниатюрный ночник;
- подсветка для розетки.
При желании можно подключить светодиодную ленту, но лишь на емкостном ограничителе после тщательного перерасчета.
Так выглядит подсветка светодиодом 
Как подключать на живом примере Ниже приведена схема как подключить выключатель со светодиодом. Инструкция к подключению
- Перед началом монтажа схемы светодиода в выключателе убедитесь, что выключатель отключён от «фазы». Это можно сделать при помощи простой отвёртки-тестера.
- Проверьте качество изоляции всех соединительных контактов. Перемыкание оголенных проводов в лучшем случае выведет из строя схему подсветки, в худшем – проводку в квартире.
- При необходимости в пластиковой детали можно сделать монтажное отверстие светодиоду, чтобы тот равномерно освещал кнопку выключателя.
- Собираем получившуюся конструкцию и наслаждаемся результатом.
Если мы используем резисторный вариант, стоит поэкспериментировать с параметрами сопротивления. Диод может «стартовать» с 2В или 3В, соответственно во втором номинал резистора можно уменьшить.
Не забывайте, в таких устройствах ограничивается лишь плотность электронов, напряжение остается прежним и все еще опасным для живых организмов.
Неоновые лампы – это ярчайшие новые осветительные приборы, отличающиеся максимальной эффективностью и длительным сроком эксплуатации. Поэтому сегодня они используются в самых разных сферах деятельности человека, среди которых – освещение построек и внутренняя подсветка помещений.
Неоновая лампа – это трубка из стекла, заполненная газом под пониженным давлением.
Достоинства и недостатки
Рассмотрим основные достоинства таких востребованных на сегодняшний день осветительных приборов, как неоновая лампа:
- довольно яркий эффект света;
- длительный срок эксплуатации – в течение 80 000 часов;
- можно изготавливать лампы различной формы;
- не нагревается, значит, пожаробезопасна;
- можно подобрать прибор с любой белой подсветкой;
- можно управлять яркостью;
- работает она без шума.
Но стоит учесть, что хотя такое освещение используется повсеместно, оно имеет и свои недостатки:
- содержит вредные вещества;
- нуждается в высоком напряжении сети, к тому же потребуется высоковольтный трансформатор;
- высокая стоимость.
Как работают?
Неоновая лампа состоит из колбы, в которой протекают следующие процессы: при движении электроны сталкиваются с нейтральными газовыми атомами, которые являются заполнителями этой области, и начинают ионизировать их, выталкивая электроны с верхней области в емкость. Атомы в свою очередь сталкиваются с электронами, вновь оказываясь нейтральными атомами. Благодаря такому обратному превращению излучается квант световой энергии. Как видите, принцип работы неоновых ламп не очень-то и сложный.
При включении такие приборы не сильно нагреваются – температура нагрева достигает максимум 80 °С. Именно по этой причине неоновые трубки также принято именовать светильниками холодного катода. Их сфера применения довольно широкая, так как они отличаются долговечностью, экономичностью и функциональной гибкостью. Основное достоинство таких лампочек состоит в том, что они могут иметь какую угодно форму.
Любой инертный газ и пар металла имеет собственный спектральный световой состав:
- гелиевые трубки излучают светло-желтый либо бледно-розовый свет;
- неоновые трубки – красный свет;
- аргоновые трубки – голубой свет.
Применение неоновых лент
Необходимо отметить, что на рынке неоновых осветительных приборов вы также можете встретить неоновые ленты или, как еще их принято называть, – гибкий неон. Они являются светодиодной гирляндой, запаянной в трубку из ПВХ. Гибкие неоны разделяют на разноцветные и монотонные. Их производят из ПВХ-трубок высокого качества, они могут быть как прозрачные, так и матовые. Одноцветные варианты изготавливаются из матовой трубки.
Лента, в сравнении с лампочкой, обладает многочисленными преимуществами, среди которых стоит отметить:
- отсутствует риск нанесения механического повреждения. Стеклянные светильники очень часто бьются, поэтому они могут быть весьма опасными, в частности, в том случае, если вы ими хотите обустроить детскую. А вот у ленты нет такого недостатка;
- гидроизолированность;
- можно воспользоваться RGB-технологией;
- лента гибкая, что дает возможность монтировать ее практически в любое помещение либо снаружи постройки. В итоге подсветка оказывается довольно мобильной;
- лента обойдется дешевле, если сравнивать со светодиодным вариантом. Светодиодные ленты не во всех случаях отличная покупка.
Неоновые ленты довольно востребованы, и со временем могут даже вытеснить с рынка некоторые типы осветительных приборов. Они имеют довольно широкий диапазон света, по этой причине получили большое применение в разных сферах.
Применение неоновых осветительных приборов в интерьере
Область применения
И лампы, и шнуры, состоящие из инертных газов, используются повсеместно. Их стали применять для:
- производства скрытой подсветки;
- декоративного оформления наружной области построек, архитектурных построек, памятников и так далее;
- освещения рекламных конструкций;
- декорирования необычных интерьеров в любых жилых помещениях и в иных общественных местах.
Использующиеся на сегодняшний день неоновые светильники в оформлении интерьера дома смотрятся очень органично и презентабельно. Вы можете с их помощью преобразить любое помещение и внести в стиль убранства свои особенные нотки. Они незаменимы для организации пикника в вечернее время суток, вы сможете с их помощью создать необыкновенную атмосферу.
В быту такая лента также очень ценна. Она является идеальным решением для подсветки области потолка, аквариума, а также любого шкафа. Можно сделать так, чтобы при открывании шкафчика в нем автоматически включался свет, вмонтированный при помощи неонового шнура.
Лента может пригодиться и на кухонном пространстве – если при мытье посуды или приготовлении еды ощутимо темно. Вы можете просто в необходимой зоне установить неоновую ленту необходимой длины. И таких способов применения этой ленты огромное количество.
Как вы видите, область применения таких универсальных осветительных приборов довольно обширная. Это объясняется их достоинствами, среди которых стоит отметить высокое качество и красивый световой поток. С ними способна конкурировать лишь светодиодная лента.
Потому что нужно грамотно решить сразу две задачи:
- Ограничить прямой ток через светодиод, чтобы он не сгорел.
- Обеспечить защиту светодиода от пробоя обратным током.
Если проигнорировать любой из этих пунктов, светодиод моментально накроется медным тазом.
В самом простейшем случае ограничить ток через светодиод можно резистором и/или конденсатором. А предотвратить пробой от обратного напряжения можно с помощью обычного диода или еще одного светодиода.
Поэтому самая простая схема подключения светодиода к 220В состоит всего из нескольких элементов:
Защитный диод может быть практически любым, т.к. его обратное напряжение никогда не будет превышать прямого напряжения на светодиоде, а ток ограничен резистором.
Сопротивление и мощность ограничительного (балластного) резистора зависит от рабочего тока светодиода и рассчитывается по закону Ома:
R = (U вх - U LED) / I
А мощность рассеивания резистора рассчитывается так:
P = (U вх - U LED) 2 / R
где U вх = 220 В,
U LED - прямое (рабочее) напряжение светодиода. Обычно оно лежит в пределах 1.5-3.5 В. Для одного-двух светодиодов им можно пренебречь и, соответственно, упростить формулу до R=U вх /I,
I - ток светодиода. Для обычных индикаторных светодиодов ток будет 5-20 мА.
Пример расчета балластного резистора
Допустим, нам нужно получить средний ток через светодиод = 20 мА, следовательно, резистор должен быть:
R = 220В/0.020А = 11000 Ом (берем два резистора: 10 + 1 кОм)
P = (220В) 2 /11000 = 4.4 Вт (берём с запасом: 5 Вт)
Необходимое сопротивление резистора можно взять из таблицы ниже.
Таблица 1. Зависимость тока светодиода от сопротивления балластного резистора.
| Сопротивление резистора, кОм | Амплитудное значение тока через светодиод, мА | Средний ток светодиода, мА | Средний ток резистора, мА | Мощность резистора, Вт |
|---|---|---|---|---|
| 43 | 7.2 | 2.5 | 5 | 1.1 |
| 24 | 13 | 4.5 | 9 | 2 |
| 22 | 14 | 5 | 10 | 2.2 |
| 12 | 26 | 9 | 18 | 4 |
| 10 | 31 | 11 | 22 | 4.8 |
| 7.5 | 41 | 15 | 29 | 6.5 |
| 4.3 | 72 | 25 | 51 | 11.3 |
| 2.2 | 141 | 50 | 100 | 22 |
Другие варианты подключения
В предыдущих схемах защитный диод был включен встречно-параллельно, однако его можно разместить и так:
Это вторая схема включения светодиодов на 220 вольт без драйвера. В этой схеме ток через резистор будет в 2 раза меньше, чем в первом варианте. А, следовательно, на нем будет выделяться в 4 раза меньше мощности. Это несомненный плюс.
Но есть и минус: к защитному диоду прикладывается полное (амплитудное) напряжение сети, поэтому любой диод здесь не прокатит. Придется подобрать что-нибудь с обратным напряжением 400 В и выше. Но в наши дни это вообще не проблема. Отлично подойдет, например, вездесущий диод на 1000 вольт - 1N4007 (КД258).
Не смотря на распространенное заблуждение, в отрицательные полупериоды сетевого напряжения, светодиод все-таки будет находиться в состоянии электрического пробоя. Но благодаря тому, что сопротивление обратносмещенного p-n-перехода защитного диода очень велико, ток пробоя будет недостаточен для вывода светодиода из строя.
Внимание! Все простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт имеют непосредственную гальваническую связь с сетью, поэтому прикосновение к ЛЮБОЙ точке схемы - ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО!
Для уменьшения величины тока прикосновения нужно располовинить резистор на две части, чтобы получилось как показано на картинках:
Благодаря такому решению, даже поменяв местами фазу и ноль, ток через человека на "землю" (при случайном прикосновении) никак не сможет превысить 220/12000=0.018А. А это уже не так опасно.
Как быть с пульсациями?
В обеих схемах светодиод будет светиться только в положительный полупериод сетевого напряжения. То есть он будет мерцать с частой 50 Гц или 50 раз в секунду, причём размах пульсаций будет равен 100% (10 мс горит, 10 мс не горит и так далее). Это будет заметно глазу.
К тому же, при подсветке мерцающими светодиодами каких-либо движущихся объектов, например, лопастей вентилятора, колес велосипеда и т.п., неизбежно будет возникать стробоскопический эффект. В некоторых случаях данный эффект может быть неприемлем или даже опасен. Например, при работе за станком может показаться, что фреза неподвижна, а на самом деле она вращается с бешенной скоростью и только и ждет, чтобы вы сунули туда пальцы.
Чтобы сделать пульсации менее заметными, можно удвоить частоту включения светодиода с помощью двухполупериодного выпрямителя (диодного моста):
Обратите внимание, что по сравнению со схемой #2 при том же самом сопротивлении резисторов, мы получили в два раза больший средний ток. И, соответственно, в четыре раза большую мощность рассеивания резисторов.
К диодному мосту при этом не предъявляется каких-либо особых требований, главное, чтобы диоды, из которых он состоит, выдерживали половину рабочего тока светодиода. Обратное напряжение на каждом из диодов будет совсем ничтожным.
Еще, как вариант, можно организовать встречно-параллельное включение двух светодиодов. Тогда один из них будет гореть во время положительной полуволны, а второй - во время отрицательной.
Фишка в том, что при таком включении максимальное обратное напряжение на каждом из светодиодов будет равно прямому напряжению другого светодиода (несколько вольт максимум), поэтому каждый из светодиодов будет надежно защищен от пробоя.
Светодиоды следует разместить как можно ближе друг к другу. В идеале - попытаться найти сдвоенный светодиод, где оба кристалла размещены в одном корпусе и у каждого свои выводы (хотя я таких ни разу не видел).
Вообще говоря, для светодиодов, выполняющих индикаторную функцию, величина пульсаций не очень-то и важна. Для них самое главное - это максимально заметная разница между включенным и выключенным состоянием (индикация вкл/выкл, воспроизведение/запись, заряд/разряд, норма/авария и т.п.)
А вот при создании светильников, всегда нужно стараться свести пульсации к минимуму. И не столько из-за опасностей стробоскопического эффекта, сколько из-за их вредного влияния на организм.
Какие пульсации считаются допустимыми?
Все зависит от частоты: чем она ниже, тем заметнее пульсации. На частотах выше 300 Гц пульсации становятся совершенно невидимыми и вообще никак не нормируются, то есть даже 100%-ные считаются нормой.
Не смотря на то, что пульсации освещенности на частотах 60-80 Гц и выше визуально не воспринимаются, тем не менее, они способны вызывать повышенную усталость глаз, общую утомляемость, тревожность, снижение производительности зрительной работы и даже головные боли.
Для предотвращения вышеперечисленных последствий, международный стандарт IEEE 1789-2015 рекомендует максимальный уровень пульсаций яркости для частоты 100 Гц - 8% (гарантированно безопасный уровень - 3%). Для частоты 50 Гц - это будут 1.25% и 0.5% соответственно. Но это для перфекционистов.
На самом деле, для того, чтобы пульсации яркости светодиода перестали хоть как-то досаждать, достаточно, чтобы они не превышали 15-20%. Именно таков уровень мерцания ламп накаливания средней мощности, а ведь на них никто и никогда не жаловался. Да и наш российский СНиП 23-05-95 допускает мерцание света в 20% (и только для особо кропотливых и ответственных работ требование повышено до 10%).
В соответствии с ГОСТ 33393-2015 "Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности" для оценки величины пульсаций вводится специальный показатель - коэффициент пульсаций (К п).
Коэфф. пульсаций в общем рассчитывается по сложной формуле с применением интегральной функции, но для гармонических колебаний формула упрощается до следующей:
К п = (Е max - E min) / (E max + E min) ⋅ 100%,
где Е мах - максимальное значение освещенности (амплитудное), а Е мин - минимальное.
Мы будем использовать эту формулу для расчета емкости сглаживающего конденсатора.
Очень точно определить пульсации любого источника света можно при помощи солнечной панели и осциллографа:
Как уменьшить пульсации?
Посмотрим, как включить светодиод в сеть 220 вольт, чтобы снизить пульсации. Для этого проще всего подпаять параллельно светодиоду накопительный (сглаживающий) конденсатор:
Из-за нелинейного сопротивления светодиодов, расчет емкости этого конденсатора является довольно нетривиальной задачей.
Однако, эту задачу можно упростить, если сделать несколько допущений. Во-первых, представить светодиод в виде эквивалентного постоянного резистора:
А во-вторых, сделать вид, что яркость светодиода (а, следовательно, и освещенность) имеет линейную зависимость от тока.
Расчет емкости сглаживающего конденсатора
Допустим, мы хотим получить коэфф. пульсаций 2.5% при токе через светодиод 20 мА. И пусть в нашем распоряжении оказался светодиод, на котором при токе в 20 мА падает 2 В. Частота сети, как обычно, 50 Гц.
Так как мы решили, что яркость линейно зависит от тока через светодиод, а сам светодиод мы представили в виде простого резистора, то освещенность в формуле расчета коэффициента пульсаций можем спокойно заменить на напряжение на конденсаторе:
К п = (U max - U min) / (U max + U min) ⋅ 100%
Подставляем исходные данные и вычисляем U min:
2.5% = (2В - U min) / (2В + U min) ⋅ 100% => U min = 1.9В
Период колебаний напряжения в сети равен 0.02 с (1/50).
Таким образом, осциллограмма напряжения на конденсаторе (а значит и на нашем упрощенном светодиоде) будет выглядеть примерно вот так:
Вспоминаем тригонометрию и считаем время заряда конденсатора (для простоты не будем учитывать сопротивление балластного резистора):
t зар = arccos(U min /U max) / 2πf = arccos(1.9/2) / (2⋅ 3.1415⋅ 50) = 0.0010108 с
Весь остальной остаток периода кондер будет разряжаться. Причем, период в данном случае нужно сократить в два раза, т.к. у нас используется двухполупериодный выпрямитель:
t разр = Т - t зар = 0.02/2 - 0.0010108 = 0.008989 с
Осталось вычислить емкость:
C = I LED ⋅ dt/dU = 0.02 ⋅ 0.008989/(2-1.9) = 0.0018 Ф (или 1800 мкФ)
На практике вряд ли кто-то будет ставить такой большой кондер ради одного маленького светодиодика. Хотя, если стоит задача получить пульсации в 10%, то нужно всего 440 мкФ.
Повышаем КПД
Обратили внимание, насколько большая мощность выделяется на гасящем резисторе? Мощность, которая тратится впустую. Нельзя ли ее как-нибудь уменьшить?
Оказывается, еще как можно! Достаточно вместо активного сопротивления (резистора) взять реактивное (конденсатор или дроссель).
Дроссель мы, пожалуй, сразу откинем из-за его громоздкости и возможных проблем с ЭДС самоиндукции. А насчет конденсаторов можно подумать.
Как известно, конденсатор любой емкости обладает бесконечным сопротивлением для постоянного тока. А вот сопротивление переменному току рассчитывается по этой формуле:
R c = 1 / 2πfC
то есть, чем больше емкость C и чем выше частота тока f - тем ниже сопротивление.
Прелесть в том, что на реактивном сопротивлении и мощность тоже реактивная, то есть ненастоящая. Она как бы есть, но ее как бы и нет. На самом деле эта мощность не совершает никакой работы, а просто возвращается назад к источнику питания (в розетку). Бытовые счетчики ее не учитывают, поэтому платить за нее не придется. Да, она создает дополнительную нагрузку на сеть, но вас, как конечного потребителя, это вряд ли сильно обеспокоит =)
Таким образом, наша схема питания светодиодов от 220В своими руками приобретает следующий вид:
Но! Именно в таком виде ее лучше не использовать, так как в этой схеме светодиод уязвим для импульсных помех.
Включение или выключение распложенных на одной с вами линии мощной индуктивной нагрузки (двигатель кондиционера, компрессор холодильника, сварочный аппарат и т.п.) приводит к появлению в сети очень коротких выбросов напряжения. Конденсатор С1 представляет для них практически нулевое сопротивление, следовательно мощный импульс направится прямиком к С2 и VD5.
Еще один опасный момент возникает в случае включения схемы в момент пучности напряжения в сети (т.е. в тот самый момент, когда напряжение в розетке находится на пике своего значения). Т.к. С1 в этот момент полностью разряжен, то возникает слишком большой бросок тока через светодиод.
Все это со временем это приводит к прогрессирующей деградации кристалла и падению яркости свечения.
Во избежание таких печальных последствий, схему нужно дополнить небольшим гасящим резистором на 47-100 Ом и мощностью 1 Вт. Кроме того, резистор R1 будет выступать в роли предохранителя на случай пробоя конденсатора С1.
Получается, что схема включения светодиода в сеть 220 вольт должна быть такой:
И остается еще один маленький нюанс: если выдернуть эту схему из розетки, то на конденсаторе С1 останется какой-то заряд. Остаточное напряжение будет зависеть от того, в какой момент была разорвана цепь питания и в отдельных случаях может превышать 300 вольт.
А так как конденсатору некуда разряжаться, кроме как через свое внутреннее сопротивление, то заряд может сохраняться очень долго (сутки и более). И все это время кондер будет ждать вас или вашего ребенка, через которого можно будет как следует разрядиться. Причем, для того, чтобы получить удар током, не нужно лезть в недра схемы, достаточно просто прикоснуться к обоим контактам штепсельной вилки.
Чтобы помочь кондеру избавиться от ненужного заряда, подключим параллельно ему любой высокоомный резистор (например, на 1 МОм). Этот резистор не будет оказывать никакого влияния на расчетный режим работы схемы. Он даже греться не будет.
Таким образом, законченная схема подключения светодиода к сети 220В (с учетом всех нюансов и доработок) будет выглядеть так:
Значение емкости конденсатора C1 для получения нужного тока через светодиод можно сразу взять из , а можно рассчитать самостоятельно.
Расчет гасящего конденсатора для светодиода
Не буду приводить утомляющие математические выкладки, дам сразу готовую формулу емкости (в Фарадах):
C = I / (2πf√(U 2 вх - U 2 LED)) [Ф],
где I - ток через светодиод, f - частота тока (50 Гц), U вх - действующее значение напряжения сети (220В), U LED - напряжение на светодиоде.
Если расчет ведется для небольшого числа последовательно включенных светодиодов, то выражение √(U 2 вх - U 2 LED) приблизительно равно U вх, следовательно формулу можно упростить:
C ≈ 3183 ⋅ I LED / U вх [мкФ]
а, раз уж мы делаем расчеты под U вх = 220 вольт, то:
C ≈ 15 ⋅ I LED [мкФ]
Таким образом, при включении светодиода на напряжение 220 В, на каждые 100 мА тока потребуется примерно 1.5 мкФ (1500 нФ) емкости.
Кто не в ладах с математикой, заранее посчитанные значения можно взять из таблицы ниже.
Таблица 2. Зависимость тока через светодиоды от емкости балластного конденсатора.
| C1 | 15 nF | 68 nF | 100 nF | 150 nF | 330 nF | 680 nF | 1000 nF |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| I LED | 1 mA | 4.5 mA | 6.7 mA | 10 mA | 22 mA | 45 mA | 67 mA |
Немного о самих конденсаторах
В качестве гасящих рекомендуется применять помехоподавляющие конденсаторы класса Y1, Y2, X1 или X2 на напряжение не менее 250 В. Они имеют прямоугольный корпус с многочисленными обозначениями сертификатов на нем. Выглядят так:
Если вкратце, то:
- X1 - используются в промышленных устройствах, подключаемых к трехфазной сети. Эти конденсаторы гарантированно выдерживают всплеск напряжения в 4 кВ;
- X2 - самые распространенные. Используются в бытовых приборах с номинальным напряжением сети до 250 В, выдерживают скачек до 2.5 кВ;
- Y1 - работают при номинальном сетевом напряжении до 250 В и выдерживают импульсное напряжение до 8 кВ;
- Y2 - довольно-таки распространенный тип, может быть использован при сетевом напряжении до 250 В и выдерживает импульсы в 5 кВ.
Допустимо применять отечественные пленочные конденсаторы К73-17 на 400 В (а лучше - на 630 В).
Сегодня широкое распространение получили китайские "шоколадки" (CL21), но в виду их крайне низкой надежности, очень рекомендую удержаться от соблазна применять их в своих схемах. Особенно в качестве балластных конденсаторов.
Внимание! Полярные конденсаторы ни в коем случае нельзя использовать в качестве балластных!
Итак, мы рассмотрели, как подключать светодиод к 220В (схемы и их расчет). Все приведенные в данной статье примеры хорошо подходят для одного или нескольких маломощных светодиодов, но совершенно нецелесообразны для мощных светильников, например, ламп или прожекторов - для них лучше использовать , которые называются драйверами.
