第三章《電光源》解析

1、2021/3/261概述3.1 白熾發(fā)光和熱輻射3.2 氣體放電3.3 白熾燈和鹵鎢燈3.4 熒光燈3.5 高強(qiáng)度氣體放電燈3.6 場(chǎng)致發(fā)光3.7 各種常用電光源的性能比較與選用第三章 電光源2021/3/262概述一、定義一、定義 電光源:將電能轉(zhuǎn)換成光學(xué)輻射能的器件。二、分類二、分類:按照工作原理分類 （1）熱輻射光源:白熾燈、鹵鎢燈; （2）氣體放電光源:熒光燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等;2021/3/263一、黑體輻射一、黑體輻射 （一）普朗克公式 （二）維恩(Wien)位移定律（三）斯特藩玻爾茲曼(Stefan-Boltzmann) 定律二、鎢絲的輻射二、鎢絲的輻射 3.1 白熾發(fā)光

2、和熱輻射2021/3/2643.2 氣體放電 在電場(chǎng)的作用下,載流子在氣體（或蒸氣）中產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng),從而使電流通過(guò)氣體（或蒸氣）媒質(zhì)時(shí)所發(fā)生的物理過(guò)程稱為“氣氣體放電體放電”。 圖 3-3 氣體放電燈的結(jié)構(gòu)示意GACB2021/3/265一、氣體放電的全伏安特性一、氣體放電的全伏安特性 通過(guò)改變電源電壓 ,測(cè)量在不同放電電流時(shí)的燈管電壓 ,就可得到氣體放電的“全伏安特性曲線”。 b) ) 全全伏伏安安特特性性非非自自持持放放電電自自持持放放電電輝輝光光放放電電弧弧光光放放電電a) ) 工工作作電電路路圖 3-4 氣體放電燈ARU0UIAOBCDEFGHUZ10-910-610-110I /AU

3、/ V10-30UU2021/3/266二、輝光放電燈二、輝光放電燈 輝光放電燈的光強(qiáng)、電位等沿?zé)艄茌S向的分布情況。 圖 3-5 輝光放電時(shí)光強(qiáng)沿管軸的分布12345陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極光強(qiáng)光強(qiáng)電位差電位差1- -陰極暗區(qū)陰極暗區(qū)2- -負(fù)輝區(qū)負(fù)輝區(qū)3- -法拉第暗區(qū)法拉第暗區(qū)4- -正柱區(qū)正柱區(qū)5- -陽(yáng)極輝區(qū)陽(yáng)極輝區(qū)2021/3/267三、弧光放電燈三、弧光放電燈 （一） 低氣壓弧光放電燈 （二） 高氣壓弧光放電燈四、氣體放電燈的穩(wěn)定工作四、氣體放電燈的穩(wěn)定工作圖 3-6 放電燈與電阻串聯(lián)時(shí)的伏安特性I U2U3U1UI2I1I3bac02021/3/2683.3 白熾燈和鹵鎢燈一、白熾燈一、

4、白熾燈（一）結(jié)構(gòu) 圖3-7 白熾燈結(jié)構(gòu)圖 圖3-8 各種白熾燈的外形2021/3/269（二）白熾燈的類別1、規(guī)格:一般可以分為真空燈泡和充氣燈泡2、型號(hào)意義: 譬如,普通照明燈泡的型號(hào)為“PZ220-100”。其中,P“普(pu)”的第一個(gè)字母;Z“照(zhao)”的第一個(gè)字母;220燈泡的額定電壓(V);100燈泡額定功率(W)。 2021/3/2610（三）光電參數(shù)（1）額定電壓（2）功率 （3）額定光通量 （4）發(fā)光效率（5）壽命（6）光譜能量分布 （7）色溫 （8）顯色指數(shù)NENUNPcTaR光光 通通光光 效效壽壽 命命功功 率率電電 流流圖 3-10 白 熾 燈 光 電 參 數(shù)

5、與 電 源 電 壓 的 關(guān) 系額額 定定 電電 壓壓 百百 分分 比比10010210410610810014018022060209896941001101201309080壽壽命命( (%) )電電流流、 功功率率、 光光效效、 光光通通( (%) )2021/3/2611（四）特點(diǎn)便于控光適于頻繁開(kāi)關(guān)輻射光譜連續(xù)顯色性好價(jià)格便宜缺點(diǎn):光效較低2021/3/2612二、鹵鎢燈二、鹵鎢燈 定義:填充氣體內(nèi)含有部分鹵族元素或鹵化物的充氣白熾燈（一）鹵鎢循環(huán)的原理白熾燈絲蒸發(fā)出來(lái)的鎢,其中部分朝著泡殼壁方向擴(kuò)散。在燈絲與泡殼之間的一定范圍內(nèi),其溫度條件有利于鎢和鹵素結(jié)合,生成的鹵化鎢分子又會(huì)擴(kuò)散

6、到燈絲上重新分解,使鎢又送回到了燈絲。反應(yīng)形式:)()(靠近燈泡靠近燈絲AWXnnXW2021/3/2613（二）鹵素的選擇（1）碘鎢燈:維持碘再生循環(huán)的溫度適合許多使用燈泡的設(shè)計(jì)（2）溴鎢燈:能在室溫下以氣體的形式填充入泡殼內(nèi),簡(jiǎn)化了生產(chǎn)過(guò)程2021/3/2614（三）結(jié)構(gòu)與技術(shù)參數(shù)圖3-12 鹵鎢燈外形2021/3/2615（四）特點(diǎn)提高燈的使用壽命比一般白熾燈的紫外輻射多（五）應(yīng)用一般照明用投光照明用其他2021/3/2616（六）注意事項(xiàng)要避免出現(xiàn)冷端管壁溫度高,不能與易燃物接近;引線應(yīng)采用耐高溫導(dǎo)線避免震動(dòng)和撞擊,不宜作移動(dòng)式局部照明2021/3/26173.4 熒光燈熒光燈熒光燈:

7、 為了把放電過(guò)程中產(chǎn)生的紫外線輻射轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光,低壓汞蒸氣弧放電燈在它的玻璃管內(nèi)壁上涂有熒光材料.特點(diǎn)特點(diǎn):高效能,良好的光輸出,光輸出的持久性,顏色的多樣性,較長(zhǎng)的使用壽命2021/3/2618一、結(jié)構(gòu)與材料一、結(jié)構(gòu)與材料圖 3-13 熒光燈的結(jié)構(gòu)兩兩引引線線的的燈燈帽帽引引線線汞汞陰陰極極芯芯柱柱氬氬和和汞汞蒸蒸氣氣電電極極屏屏罩罩熒熒光光粉粉涂涂層層2021/3/2619二、工作電路二、工作電路 （一）開(kāi)關(guān)型啟動(dòng)電路(預(yù)熱式) 熒光燈最常用的工作電路是開(kāi)關(guān)啟動(dòng)電路,如圖3-14a所示 圖 3-14 熒光燈的啟動(dòng)電路b) ) 快快速速啟啟動(dòng)動(dòng)c) ) 瞬瞬時(shí)時(shí)啟啟動(dòng)動(dòng)a) ) 預(yù)預(yù)熱熱啟啟

8、動(dòng)動(dòng)SLNUnUnUnNNLL2021/3/2620（二）變壓器型啟動(dòng)電路 （1）快速啟動(dòng)(預(yù)熱式) 熒光燈的快速啟動(dòng)工作電路,如圖3-14b所示。 （2）瞬時(shí)啟動(dòng)(冷陰極式) 典型的電路,如圖3-14c所示。 2021/3/2621三、工作特性三、工作特性（一）電源電壓變化的影響電壓增高燈管電流變大電極過(guò)熱燈管發(fā)黑、壽命縮短電壓偏低工作電流小加劇陰極發(fā)射物質(zhì)的濺射壽命縮短2021/3/2622圖3-15 熒光燈光電參數(shù)隨電壓的變化2021/3/2623（二）光色: 可利用改變熒光粉的成分來(lái)得到不同的光色、色溫和顯色指數(shù)。熒光粉:（1）鹵磷酸鹽熒光粉,（2）三基色稀土銀光粉,（3）多光譜帶熒光

9、粉2021/3/2624（三）環(huán)境溫、濕度的影響最佳工作環(huán)境:溫度-2035,相對(duì)濕度60%圖3-16 典型熒光燈的光輸出隨溫度的變化2021/3/2625（四）控制電路的影響啟輝器預(yù)熱電路中,燈的壽命取決于開(kāi)關(guān)次數(shù)高頻電子鎮(zhèn)流器點(diǎn)燈點(diǎn)燈電路中,頻繁開(kāi)關(guān)不影響燈管壽命（五）壽命: 發(fā)射物質(zhì),開(kāi)關(guān)次數(shù)2021/3/2626（六）流明維持（光通量衰減）: 燈管在壽命期間光輸出隨點(diǎn)燃時(shí)間變化的情況因素:熒光粉材料的損傷,鈉含量,污染物質(zhì)的沉積（七）閃爍與頻閃效應(yīng)2021/3/2627（八）高頻工作特性圖3-18 熒光燈的高頻工作特性曲線2021/3/2628四、電子鎮(zhèn)流器四、電子鎮(zhèn)流器 一種電源轉(zhuǎn)換

10、器,將輸入的惡電源進(jìn)行頻率和幅度的改變,給燈管提供符合要求的能源,同時(shí)還具有燈的啟動(dòng)和輸入功率的控制等作用。2021/3/2629圖 3-19 電子鎮(zhèn)流器的組成框圖電電 源源或或?yàn)V濾波波器器交交流流直直流流整整流流器器直直流流交交流流逆逆變變器器燈 管EMI電電磁磁干干擾擾RFI射射頻頻干干擾擾EMIRFI50/60 Hz2021/3/2630五、熒光燈的種類五、熒光燈的種類（一）按功率: 標(biāo)準(zhǔn)型、高功率型、超高功率型（二）按工作電源頻率: 工頻燈管、高頻燈管、直流燈管（三）按形狀和結(jié)構(gòu): 直管型、高光通量單端型、緊湊型（四）按啟動(dòng)線路方式: 預(yù)熱型、快速啟動(dòng)型、冷陰極瞬時(shí)啟動(dòng)型（五）特種熒光

11、燈: 平板（平面）熒光燈、高頻無(wú)極感應(yīng)燈2021/3/26313.5 高強(qiáng)度氣體放電燈（HID） “高強(qiáng)度氣體放電燈(HID-High Intensity Discharge)”是高壓汞燈、金屬鹵化物燈和高壓鈉燈的統(tǒng)稱,是高壓弧光放電燈。 熒光高壓汞燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈。2021/3/2632一、HID燈的結(jié)構(gòu)（一）熒光高壓汞燈（二）金屬鹵化物燈（三）高壓鈉燈。2021/3/2633圖3-21 HID燈的結(jié)構(gòu)2021/3/2634二、二、HIDHID燈的工作特性燈的工作特性（一）燈的啟動(dòng)與再啟動(dòng) 啟動(dòng)時(shí)間:410min 再啟動(dòng)時(shí)間:510min（二）電源電壓變化的影響 燈在點(diǎn)燃過(guò)程中,電

12、源電壓允許有一定的變化范圍（三）壽命與光通量維持（四）燈的點(diǎn)燃位置2021/3/2635圖3-23 HID燈各參數(shù)與電源電壓的關(guān)系2021/3/2636三、三、HIDHID燈的工作線路燈的工作線路圖 3-25 H ID 燈 的 工 作 線 路a) ) H H I I D D 燈燈 通通 用用 線線 路路b ) ) 金金 屬屬 鹵鹵 化化 物物 燈燈 的的 外外 觸觸 發(fā)發(fā) 電電 路路c) ) 高高 壓壓 鈉鈉 燈燈 的的 外外 觸觸 發(fā)發(fā) 電電 路路900 V 峰峰 值值 控控 制制 極極控控 制制 極極燈燈燈燈燈燈CLUnUnUnCC1CC1DT RLabcT RDL3 4 kV 峰峰 值值

13、圖 3-25 HID燈的工作線路a) ) H HI ID D燈燈通通用用線線路路b) ) 金金屬屬鹵鹵化化物物燈燈的的外外觸觸發(fā)發(fā)電電路路c) ) 高高壓壓鈉鈉燈燈的的外外觸觸發(fā)發(fā)電電路路900V峰峰值值 控控制制極極控控制制極極燈燈燈燈燈燈CLUnUnUnCC1CC1DTRLabcTRDL34kV峰峰值值圖3-25 HID燈的工作電路2021/3/2637四、四、HIDHID燈常用產(chǎn)品及應(yīng)用燈常用產(chǎn)品及應(yīng)用（一）熒光高壓汞燈 （二）金屬鹵化物燈: 鈉鉈銦金屬鹵化物燈 、稀土金屬鹵化物燈 、短弧金屬鹵化物燈 、單色性金屬鹵化物燈 （三）高壓鈉燈: 普通型高壓鈉燈 、直接替代熒光高壓汞燈的高壓鈉

14、燈 、舒適型高壓鈉燈(SON Comfort型) 、高光效型的高壓鈉燈(SONplus型)、高顯色性高壓鈉燈(White SON型) 2021/3/26383.6 場(chǎng)致發(fā)光場(chǎng)致發(fā)光（電致發(fā)光）場(chǎng)致發(fā)光（電致發(fā)光）:由于某種適當(dāng)物質(zhì)與電場(chǎng)相互作用而發(fā)光的現(xiàn)象。發(fā)光二極管發(fā)光二極管:一種將電能直接轉(zhuǎn)化為光能的固體元件,可作為有效的輻射光源特點(diǎn)特點(diǎn):體積小,壽命長(zhǎng),可靠性高,便于控制2021/3/2639一、一、LEDLED的原理和結(jié)構(gòu)的原理和結(jié)構(gòu)（一）單色LED:由發(fā)光片來(lái)產(chǎn)生光,其材料的分子結(jié)構(gòu)決定了發(fā)光的波長(zhǎng)（光的顏色）（二）白色LED:先產(chǎn)生藍(lán)光,再借助于熒光物質(zhì)間接產(chǎn)生寬帶光譜來(lái)合成白光。

15、（1）光轉(zhuǎn)換型 （2）多色直接組合型 （3）多量子阱型 2021/3/2640二、二、LEDLED的性能的性能表3-2 白色LED與白熾燈的性能比較性性 能能發(fā)光二極管發(fā)光二極管白熾燈白熾燈色溫/K30001000025003000光效/(lm/W)1515沖擊電流無(wú)額定電流的10倍壽命/h200001000耐沖擊性很強(qiáng)封接玻璃、燈絲易斷裂可靠性非常高低2021/3/2641三、三、LEDLED的常用產(chǎn)品及其應(yīng)用的常用產(chǎn)品及其應(yīng)用常用產(chǎn)品（1）單個(gè)LED發(fā)光器（2）LED組合模塊（3）LED燈具應(yīng)用（1）各類儀器指示燈（2）交通信號(hào)燈（3）城市景觀照明2021/3/2642四、有機(jī)發(fā)光二極管四、有機(jī)發(fā)光二極管（Organic Light Emitting Diode即OLED） OLED除了具有省電、超薄、重量輕、響應(yīng)速度快、易于安裝等特點(diǎn)外,還具有制備工藝簡(jiǎn)單、發(fā)光顏色可在可見(jiàn)光區(qū)內(nèi)任意調(diào)節(jié)、易于大面積和柔韌彎曲、不存在視角問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)。 2021/3/26433.7 各種常用電光源的