ГЕНЕРАЦИЯ  ИМПУЛЬСНОГО  ИЗЛУЧЕНИЯ  В  ПРИАНОДНОЙ  ОБЛАСТИ  ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ  ЛАМП

Майоров  Михаил  Иванович

д-р  техн.  наук,  профессор  национального  исследовательского  Мордовского  государственного  университета  им.  Н.П.  Огарева,  РФ,  Республика  Мордовия,  г.  Саранск

E -mail:  mayorovmi@mail.ru

Майоров  Александр  Михайлович

канд.  физ.-мат.  наук,  доцент  национального  исследовательского  Мордовского  государственного  университета  им.  Н.П.  Огарева.,  РФ,  Республика  Мордовия,  г.  Саранск

E-mail: 

GENERATION  PULSED  RADIATION  IN  THE  ANODE  REGION  FLUORESCENT  LAMP

Mikhail  Mayorov

doctor  of  Technical  Sciences,  Professor  National  Research  Mordovia  State  University,  N.P.  Ogareva,  Russia,  Republic  of  Mordovia  Saransk

Alexander  Mayorov

candidate  of  physico-mathematical  sciences,  docent  National  Research  Mordovia  State  University,  N.P.Ogareva,  Russia,  Republic  of  Mordovia  Saransk

Аннотация

Возникновение  анодных  колебаний  в  лампах  с  аргоново-ртутным  наполнением  объяснено  периодическими  изменениями  величины  анодного  падения,  связанными  с  накоплением  и  рассасыванием  нескомпенсированного  пространственного  заряда  вблизи  анода.  Синхронно  с  возникновением  «пробоев»  возникали  импульсы  свечения  плазмы  в  прианодной  области  в  анодный  полупериод.  Наибольшие  значения  импульсов  свечения  регистрировались  в  области  между  стенкой  колбы  лампы  и  сетевым  вводом.

ABSTRACT

Occurrence  of  anode  oscillations  in  tubes  with  an  argon-mercury  filling  explained  by  periodic  changes  of  anode  fall  associated  with  the  accumulation  and  dispersal  of  uncompensated  space  charge  near  the  anode.  Synchronously  with  the  appearance  of  "breakdowns"  occurred  pulses  plasma  glow  in  the  anode  region  of  the  anode  half-time.  The  highest  values  were  recorded  in  the  pulse  emission  region  between  the  wall  of  the  lamp  bulb  and  mains  supply.

Ключевые  слова:   люминесцентная  лампа;  анодные  колебания;  свечение  плазмы.

Keywords:   fluorescent  lamp;  anode  oscillations;  plasma  glow.

Возникновение  анодных  колебаний  для  чисто  ртутного  разряда  в  [5,  с.  1301]  объясняется  периодическими  изменениями  величины  анодного  падения,  связанными  с  накоплением  и  рассасыванием  нескомпенсированного  пространственного  заряда  вблизи  малого  анода.  Этим  же  можно  объяснить  и  возникновение  анодных  колебаний  в  лампах  с  аргоново-ртутным  наполнением.

Величина  анодного  падения  в  люминесцентных  лампах  примерно  равна  потенциалу  ионизации  ртути  [7].  Проведенные  нами  эксперименты  показали,  что  при  вымораживании  паров  ртути  амплитуда  анодных  колебаний  возрастала  до  потенциала  ионизации  аргона.  В  специально  изготовленных  лампах  с  чисто  неоновым  наполнением  амплитуда  анодных  колебаний  достигала  17  В. 

Синхронно  с  возникновением  «пробоев»  (рис.  1а)  возникали  импульсы  свечения  плазмы  в  прианодной  области  (рис.  1б).  Это  также  подтверждает  возможность  использования  предложенной  модели  для  объяснения  анодных  колебаний  в  люминесцентных  лампах. 

  При  изменении  давления  наполняющего  лампу  аргона,  величина  анодного  падения  изменяется,  уменьшаясь  при  увеличении  давления.  Это  объясняется  тем,  что  при  увеличении  площади  анода  и  давления  аргона  изменяются  условия  образования  и  ухода  ионов  в  прианодной  области.  Из-за  этого  происходит  и  изменение  амплитуды  колебания  [6,  с.  1312].  При  увеличении  давления  аргона  диффузия  ионов  к  стенкам  трубки  затрудняется  и  периодически  образующиеся  перед  анодом  отрицательный  объемный  заряд  тем  меньше,  чем  больше  давление  аргона.  Это  и  приводит  к  уменьшению  величины  анодного  падения. 

Рисунок  1.Осциллограммы  колебаний  анодного  падения  потенциала  Ua   (5В/дел)  —  (а)  и  светового  излучения  Ф  —  (б)  в  прианодной  области

Увеличение  разрядного  тока  через  лампу  (с  0,2  А  до  0,4  А)  во  всех  случаях  приводило  к  некоторому  увеличению  величины  анодного  падения.  Это  объясняется  тем,  что  с  увеличением  разрядного  тока  растет  количество  электронов,  подлетающих  к  поверхности  анода.  В  результате  роста  объемного  отрицательного  заряда  растет  и  величина  анодного  падения  потенциала. 

Для  ламп  с  разным  давлением  аргона  при  разных  разрядных  токах  были  измерены  температуры  анодов.  Большему  разрядному  току  соответствовали  и  большие  температуры.  При  увеличении  давления  аргона  для  данной  величины  разрядного  тока  температура  анода  уменьшалась.  Наиболее  нагретым  участком  был  сетевой  ввод  в  месте  закрепления  вольфрамовой  спирали.

В  стандартных  Л.Л.  в  начале  срока  службы  анодные  колебания  не  наблюдались  во  всем  диапазоне  токов,  а  анодное  падение  потенциала  было  около  9  В.  Причина  этого  в  частичной  компенсации  объемного  заряда  электронов  испаряющимися  положительными  ионами  щелочноземельных  металлов  с  нагретого  до  высокой  температуры  оксида,  вследствие  чего  анодное  падение  не  достигает  потенциала  ионизации  ртути  —  пробоев  нет. 

  Однако,  как  показано  в  [1,  с.  8]  и  [2,  с.  86]  при  частичном  удалении  оксида  со  спирали,  когда  катодное  пятно  удаляется  от  сетевого  ввода  за  пределы  «тире»,  анодные  колебания  возникают  и  в  этих  лампах.  В  этом  случае  нагрев  оксида  уменьшается,  уменьшается  скорость  его  испарения  и  положительные  ионы  в  меньшей  степени  компенсируют  объемный  заряд  электронов.  Анодное  падение  достигает  потенциала  ионизации  ртути,  возникают  анодные  колебания.  Область  локализации  анодных  колебаний  —  между  сетевым  вводом  и  стенкой  лампы. 

Рисунок  2.  Распределение  интенсивности  свечения  ртути  (1)  и  аргона  (2)  вдоль  электрода  люминесцентной  лампы:    ────  катодный,  ─  ─  ─  анодный  полупериоды

На  рис.  2  приведено  распределение  интенсивности  свечения  ртути  (1)  и  аргона  (2)  вдоль  «прямой»  заоксидированной  спирали  электрода  люминесцентной  лампы  в  анодный  и  катодный  полупериоды.  Свечение  ртути  и  аргона  выделяли  с  помощью  монохроматора  и  регистрировали  быстродействующим  фотоприемником.  Изображение  спирали  фокусировали  на  плоскость  входной  щели  монохроматора.  Перемещая  изображение,  регистрировали  интенсивность  Ф  свечения  в  разных  зонах  приэлектродной  области  вдоль  линии  отстоящей  на  1  мм  от  спирали.  Видно,  что  в  катодный  полупериод  наибольшие  значения  Ф  реализуются  вблизи  катодного  пятна  (КП),  тогда  как  в  анодный  полупериод  наибольшие  значения  Ф  регистрировались  в  области  между  стенкой  колбы  лампы  и  сетевым  вводом  (рис.  2).  Именно  в  этой  области  фиксировалась  наибольшая  амплитуда  колебаний  светового  излучения  ртути  в  анодный  полупериод  показанных  на  рис.  1б. 

Приведенные  данные  говорят  о  том,  что  ток  в  анодный  полупериод  притекает  на  анод  в  основном  со  стороны  стенки  лампы  ближней  к  сетевому  вводу.  Стенка  лампы  заряжена  отрицательно  относительно  соседствующей  с  ней  плазмой,  вследствии  разной  подвижности  электронов  и  ионов,  и  поэтому  разность  потенциалов  между  ней  и  сетевым  вводом  в  анодный  полупериод  максимальна.  На  этот  путь  протекания  анодного  тока  указывает  зависимость  распределения  температуры  КП  по  периоду  от  его  положения  относительно  сетевого  ввода  [1,  с.  9].  С  течением  срока  службы  КП  «уходит»  от  сетевого  ввода.  Если  в  начале  срока  службы  максимальная  температура  зоны  КП  почти  одинакова  в  катодный  и  анодный  полупериоды  [3,  с.  11],  то  при  удалении  КП  от  сетевого  ввода  температура  зоны  КП  в  анодный  полупериод  уменьшается.  При  этом,  как  следует  из  данных  [4,  с.  6],  увеличивается  скорость  перемещения  КП  по  катоду  связываемая  со  ско­ростью  удаления  эмиссионного  ве­щества.

Список  литературы:

1.Горюнов  В.А.  Майоров  А.М.  Майоров  М.И.  .Модуляция  проводимости  прианодной  области  в  газовом  разряде  низкого  давления  //  Светотехника.  —  2007.  —  №  2.  —  С.  8—13.

2.Майоров  М.И.,  Самородова  Н.В.,  Тимкаева  Г.Т.  Влияние  электродного  фактора  на  изменение  характеристик  люминесцентных  ламп  в  течение  срока  службы:  сб.  статей  /  Электрические  источники  света.  —  1982.  —  №  13.  —  С.  86—89.

3.Майоров  М.И.,  Самородова  Н.В.,  Тимкаева  Г.Т.  Исследование  температуры  катодного  пятна  в  люминесцентных  лампах  низкого  давления  по  инфракрасному  излучению  //  Светотехника.  —  1979.  —  №  6.  —  С.  11—12.

4.Миль  Э.И.,  Рожкова  Н.В.  Об  ускоренном  определении  средней  продолжительности  горения  люминесцентных  ламп  //  Светотехника.  —  1969.  —  №  2.  —  С.  6—11.

5.Неретина  Н.А.,  Клярдфельд  Б.Н.  Образование  световых  пятен  на  аноде  //  Радиотехника  и  электроника.  —  1959.  —  №  8.  —  С.  1301—1305.

6.Рубчинский  А.В.,  Кобелев  Ф.С.,  Мантров  В.М.  Исследование  колебаний  на  малом  аноде  для  измерений  плотности  пара  или  газа  //  Радиотехника  и  электроника.  —  1959.  —  №  8.  —  С.  1312—1315.

7.Уэймаус  Д.  Газоразрядные  лампы:  учеб.  пособие.  М.:  Энергия,  1977.  —  344  с.