瞬时启动式荧光灯的荧光灯的工作原理

荧光灯启动器的工作原理是什么？~

　　启动器
　　starter and igniter

　　安装在气体放电光源（见电光源）电路中，使放电灯启动点燃的装置。又称触发器。启动器可以是一个独立的器件或电路,也可以包括在灯、电源或镇流器中;可以在电源电压作用下独立地启动灯，也可以和电源、镇流器等装置组合在一起共同作用使灯启动。
　　作用原理 气体放电光源不同于热辐射光源，接通电源一般并不能点亮灯，而是有一个启动过程，即点亮灯的过程。每一个放电灯都有相应的着火电压（又称击穿电压），只有当灯管两端电压超过着火电压，才有可能建立气体放电，将灯点亮。放电灯的着火电压有的高达数万伏,有的则低至数百伏,一般均大于电源电压。所以单接通电源，一般的放电灯是不可能被点亮的。在电路中必须要提供大于气体放电光源着火电压的电压发生装置，这就是启动器。
　　根据气体放电的理论，气体放电光源的着火电压在某些条件下可以降低，如阴极预热，灯表面涂以导电膜或导电带，安装辅助电极，灯管内充填潘宁气体，灯内加入放射性物质，采用高频电压等。因此，根据不同气体放电光源种类，就逐步形成了各种不同的启动器。
　　启动器的主要作用是启动灯，将灯点亮，一旦放电灯被点亮，启动器就不起作用了，等到下一次点灯时再使用。所以启动器应尽可能简单、轻便和可靠，有的甚至可以在放电灯点亮后从电路中取下而不影响放电灯的正常工作。
　　类型 各种气体放电光源启动器，按工作原理可分为3类。
　　①在放电灯电路中或者在放电灯结构中采取措施，以降低放电灯的着火电压，在电源电压或在电路中产生的较高电压作用下，使放电灯启动点亮。这类启动器的特点是：不一定是某一器件起到启动器的作用，而是多个器件或整个电路都能起到启动器的作用。例如部分荧光灯启动器和高压汞灯启动器。
　　②在放电灯电路中有一个独立的电路部分作为启动器,它产生较高的脉冲电压加在放电灯两端,在电源电压的作用下使灯启动点亮。这类启动器的参数主要有：脉冲电压峰值、脉冲电压宽度、脉冲前沿的上升时间、脉冲电压位于电源电压的相位范围和能量等。例如高压钠灯启动器。
　　③在放电灯电路中有一个独立的电路部分作为启动器，它产生间歇振荡的高频电压加在放电灯两端，在电源电压的共同作用下使灯启动点亮，又称高频高压启动器。这类启动器的参数主要有：高频电压峰值、高频频率、间歇振荡的重复频率和能量等。一般着火电压很高（达数万伏）的放电灯采用此类启动器。例如短弧氙灯启动器和部分金属卤化物灯启动器。
　　在实际应用中，常按放电灯的名称命名启动器。
　　荧光灯启动器 又称启辉器。常用的荧光灯启动器和荧光灯电路见图1 [荧光灯启动器和荧光灯电路]。荧光灯启动器是一个开关控制元件，也能用一个普通开关代替。另一种荧光灯工作电路见图2 [不用独立启动器的荧光灯电路]，电路中每一部分都是荧光灯启动过程中不可少的。
　　高压汞灯启动器 高压汞灯的结构和电路见图3[高压汞灯结构和电路]。启动器由放电灯结构中的辅助电极和限流电阻等组成。
　　高压钠灯启动器 高压钠灯的电路和启动器见图4[高压钠灯的电路和启动器]。启动器在电源电压作用下产生一个峰值达数千伏、宽度为数微秒的脉冲电压，加在灯管两端，再在电源电压的共同作用下使灯启动点亮。当灯被点亮后,由于灯电压较低,启动器停止工作。
　　短弧氙灯启动器 短弧氙灯的电路和启动器见图5[短弧氙灯的电路和启动器]。启动器输入直流电压，经振子和变压器变换成一定频率的交流电压，数值达数千伏，再经火花振荡器形成间歇振荡的高频电压，最后经高频升压变压器输出数万伏的高频电压加在氙灯两端，再在电源电压共同作用下，使灯启动点亮。
　　金属卤化物灯启动器 金属卤化物灯的电路和启动器见图6 [金属卤化物灯的电路和启动器]。启动器在电源电压（交流）作用下，经振子火花振荡器和高频变压器输出数千伏的高频电压、加在灯管两端，并在电源电压共同作用下使灯启动点亮。
　　不同的气体放电光源可以使用同一类型的启动器，同一种气体放电光源也可以使用不同类型的启动器。
　　发展趋势 今后主要是应用电子技术发展所提供的新型元器件，组成新型的启动器，有的与镇流器组成一体，有的与电源组成一体。但是任何启动器必须十分注意可靠性和减少启动过程对灯的影响。由于启动器的启动点灯过程也是对灯的损伤过程，对灯的寿命有一定影响，所以启动器必须在保证可靠启动点灯的前提下，尽可能减少启动过程对灯的损伤。

日光灯的工作原理？
日光灯主要由灯管、镇流器和启动器组成。灯管的两端各有一个灯丝，管中充有稀簿的氩和微量水银蒸气，管壁上涂着荧光粉。灯管的工作原理和白炽灯不同，两个灯丝之间的气体在导电时主要发出紫外线，荧光粉受到紫外线的照射才发出可见光。荧光粉的种类不同，发光的颜色也不一样。
气体的导电有一个特点：只有当灯管两端的电压达到一定值时气体才能导电；而要在灯管中维持一定大小的电流，所需的电压却低得多。因此，如果把220V的电压加在灯管的两端并不能把它点燃。有了镇流器和启动器就能解决这个问题。

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当电子受到激发的时候原子就会释放出可见光子。如果你已经知道原子是如何工作的话，那你也就知道电子是围着原子核走来走去的负极电荷粒子。原子的电子有着不同等级的能量，主要取决几个因素，包括它们的速度和离原子核的距离。电子不同的能量等级占有不同的轨函数和轨道。通常来说，有着大能量的电子就会离原子核更远。
当原子得到或失去能量的时候，是以电子移动表示变化。当有某些东西将能量传到原子的时候---以热量为例子--电子可以暂时被推进到一个更高的轨道（远离原子核）。电子只是在这一轨道位置停留极短时间：几乎马上就被退回到原子核，到达它的原始轨道上。这时电子就以光子的形式放出额外的能量。发光的波长取决于有多少能量被释放出来，这也就取决于电子所在的轨道位置。因此，不同类的原子就会释放出不同类的可见光子。换句话说就是光的颜色是由受激发的原子种类决定。这几乎是在所有光源的最基本工作机制。这些光源的主要不同是在于激发原子的过程。在白炽灯光源里，原子是由通过加热来激发；而在灯管里，原子是通过化学反应来激发。荧光灯的中心元件就是它的一个密封的玻璃管。这个管含有少量水银和惰性气体，通常是氩惰性气体元素，这种惰性气体要保持非常低压。管也含有荧光粉，在玻璃管内单独涂上一层荧光粉。玻璃管两端各有一个电极，是连接到电流用的。
当你开灯的时候，电流就会穿过电路流到电极。有相当大的电压流过电极，所以电子会穿过来自管中的一端的气体到达另一端。这个能量的变化会将管内的水银从液体变为气体。由于电子和带电原子会在管内移动，它们中的一部分会和气态水银原子碰撞。这个碰撞激发出原子，电子会突然上升到一个更高的能量水平。当电子回复到它们的初始能量位置，它们就会释放出可见光子。
如上面所述，一个光子的波长是由原子里面的特别电子排列而决定的。由于在水银原子中的电子以这样的一种方式排列所以大部分会在紫外线波长范围内释放出可见光子。然而，我们的眼睛看不见这些紫外线光子，所以要转化为可见光才行。当被暴露在光的地方磷是一种可以发光的物质。当一个光子撞击一个磷原子的时候，这时一个磷电子就会跳到一个更高的能量位置和原子加热。当电子回落到正常位置就会以其它光子形式释放出能量。这个光子比最初的光子的能量要少，因为加热时一些能量消失了。在荧光灯里，发出的光是以可见光谱发出的--磷发出我们可以看见的白色光。我们还可以通过将不同磷粉的结合制造出不同的颜色。
传统的白炽灯泡也都会发出少量紫外线光，但它们不能把这些紫外线光转换为任何可见光。因此，大量能量被浪费掉。荧光灯使这种可见光工作和更加有效能。总的来说，荧光灯比白炽灯节能达到4至6倍。由于白炽灯发出一种更“暖色的光”--一种多红色小蓝色的光，所以人们通常会在家里使用白炽灯。
正如我们所知道的，整个荧光灯系统是依靠玻璃管内气体的一个电流流动。我们已经知道荧光灯的与玻璃管的水银原子是通过电流的电子流动而被激发的。这个电流在和普通电流的电流有几分相似，但它是穿过气态而不是固态。气态导体在几个方面有别于实心导体。实心导体的电荷是由自由电子从一个原子跳到另一个原子，从负极电荷区跳到正极电荷区。电子始终都有一个负极电荷，也就是说，它们始终都是被吸到正电荷。在气态中，电荷是由原子的自由电子独立地移动。电流也都是由离子携带的，原子有电荷是因为它们可以失去或获得电子。正如电子一样，离子被吸到对立地带电荷区。为了将电流穿过在管内的气体，那么荧光灯需要两样东西：
自由电子和离子 管两端间的不同电荷
通常来说，气体都有少数的离子和自由电子，因为所有的原子自然地保持一个中性的电荷。因此就比较难将电流穿过大多数气体。当你打开荧光灯，第一样需要做的事情是从两边电极引入新的自由电子。有几种不同的方法来做到。
典型的荧光灯设计院是使用一个特别起动器开关机制来使它发光。
当打开灯时，最小电阻的通道通过分流电路然后穿过起动器开关。在这个电路中，电流通过灯管的两端的电极。这些电极就是简单的丝极，就像在白炽灯泡里的灯丝。当电流流过分流电路，电就会加热灯丝。把它们传送到气体管里面，使气体离子化。
同时，电流会在起动器开关中发出一连串的有趣事件。传统起动器开关是一个小小的放电灯泡，这个灯泡含有氖气和一些其它气体。灯泡的两个电极位于各自的右边。当电流开始通过分路电流时，电弧会在电极之间跳动来接通。这个弧点亮灯泡的方式和荧光灯泡的一个更大的弧点亮的方式一样。
其中一个电极受热时的双金属片会弯曲。少量来自灯泡的热使双金属片弯曲，这样才可以使它与另一电极接触。当两个电极互相接触时，电流就不再需要以一个电弧来跳跃了。因此就没有带电粒子流过气体，灯就熄灭了。
当电路流通过分路电路时，它会镇流器中的一部分建立一个磁场。这磁场是由流动的电流保持住的。当起动器开关被打开时，镇流器的电流就会切断。磁场消失，这时电流会突然上升---镇流器释放出它储备的能量。
电流的突升有助于建立必需的初始电压来创建一个穿过气体的电弧而不是穿过分路电路和跳过起动器中的间隙，电流流穿过管。自由电子和原子碰撞，释放其它电子，创造离子。最终是一个等离子，气体是大部分的组成物质都是离子和自由电子，所有都自由移动。这样就为电流创造了一人通道。受到快速移动的电子影响使得这两个丝极保持发热，所以继续发出新的电子进入到等离子里面。只要有交流电电流和丝极不烧坏，电流就会不断流穿过灯管。这种方法启动灯需要几秒钟时间。而目前大多数荧光灯都是瞬间启动了。
大多数受欢迎的荧光灯设计是快速启动。这个设计的工作原理基本上和传统的启动方式一样，不同是这种启动方法没带有起动器开关。改为使用镇流器不断的通路电流穿过两端电极。这个电流可以设定所以两极间有一个电荷差，当荧光灯被开着时，两端电极的丝极非常迅速的加热，使管内的气体离子化。一旦气体被离子化，电极间建立的电弧的电压就不同。流动带电粒子激发水银原子，触发照明过程。
另一种启动方法就是瞬间启动型荧光灯，是将非常高的初始电压用到电极。这个高电压创造了一个电晕放电。基本来说，电极表面的额外电子迫使一些电子进入到气体。这些自由电子将气体离子化并且是几乎瞬间电极之间创建的电弧的电压差。
不论启动机制是如何设定最终结果都是相同的：电流流动穿过一个离子化的气体。这种气体放电方法有些特殊和值得怀疑：意是是说如果电流没有小心控制的话电压就会不断增加并且灯具很有可能会爆炸。接着我们会解释一下究竟一盏荧光灯是如何保持平稳的工作的。
镇流器
正如之前所述，气体和固态的传导电流方式不同。气体和固态的其中一个主要不同是在于它们的电阻，固体金属导体比如说电线，电阻在任何特定温度下都是恒定的，受导体的大小和物质的特性来控制的。如荧光灯中的气体放电是电流引起电阻减少。这是因为有更多的电子和离子流穿过一个特别的区域，电子与更多的原子撞击来使释放电子并创造更多的带电粒子。如果荧光灯的电压不控制好就会烧坏许多的电子元件。
荧光灯镇流器是用来控制电流。最普通的镇流器是磁性镇流器，工作原理和感应器有几分相似。感应器基本上都含有线圈，通常是绕住一块金属。当所有电流通过电线时候它就会产生一个磁场。线圈就是增强磁场的作用。镇流器只可以使电流改变慢下来但并不可以使它们停下来。所以镇流器在一个短的时间内以一个特别的方向阻止不断增大的电流。磁性镇流器以一个相对低周波率调节电流，这样就会引起一个可见的闪烁。磁性镇流器可能也可以以一个低频率振动。这就是人们可以听到荧光灯的嗡嗡声。
现代的镇流器设计使用了先进的电子学来精确地调节通过电路的电流。由于它使用了一个更高周波率，通常都不再看见闪烁和听见电子镇流器发出的嗡嗡声。不同的灯需要特别的镇流器设计来保持特定电压和各样灯管设计所需的电流水平。
荧光灯有各种各样的外形和尺寸，但它们都是工作在一个同样的基本原理就是电流激发水银原子并使它们发出紫外线光子。这些光子反过来激发荧光粉并且发出可见光子。这就是所有荧光灯工作原理。

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