ИНДИКАТОРЫ НА НЕОНОВЫХ ЛАМПАХ

Радио 1967, 4

Неоновая лампа относится к классу приборов тлеющего разряда. Она представляет собой стеклянный баллон (рис. 1), внутри которого помещены два металлических электрода. Электроды могут быть плоские, цилиндрической формы и в виде прямых или изогнутых стержней. Баллон заполнен инертным газом (неон, аргон или смесь их с гелием), находящимся под низким давлением (несколько мм ртутного столба).

Рис. 1

Одни из электродов лампы является катодом, другой - анодом. У ламп, предназначенных для работы на переменном токе, каждый электрод является поочередно анодом и катодом.

Соберём простую установку в соответствии со схемой, показанной на рис. 2, из источника питания, потенциометра R1 и вольтметра с пределом измерения 150 В, включённого параллельно неоновой лампе Л1.

Рис. 2

В качестве источника питания можно использовать батарею или маломощный выпрямитель, дающий постоянное напряжение не ниже 80 в.

Пока напряжение на электродах лампы мало, газовый промежуток между электродами является изолятором. По мере перемещения движка потенциометра влево (по схеме) напряжение на электродах лампы постепенно увеличивается. При определённом для данной лампы напряжении в ней возникает тлеющий разряд, при этом внутреннее сопротивление лампы резко уменьшается, а ток через неё возрастает. Напряжение, при котором в лампе возникает тлеющий разряд, называется напряжением зажигания. Величина его зависит от состава и давления газа в лампе, материала и формы электродов, и расстояния между электродами.

Возникновение тлеющего разряда можно объяснить следующим образом. В газе даже при обычной температуре часть молекул будет ионизирована, то есть в газе среди нейтральных молекул будут существовать электроны и положительные ионы - молекулы газа, потерявшие часть электронов.

При подаче на электроды лампы постоянного напряжения между ними создаётся электрическое поле. Электроны движутся в этом поле к положительному электроду - аноду, а положительные ионы к отрицательному электроду - катоду. Если напряжённость электрического поля между электродами лампы достаточно велика, электроны приобретают такую скорость, что при столкновении с молекулой газа ионизируют её; в свою очередь ноны, бомбардируя катод, выбивают из него новые электроны. В результате ионизации газ становится электропроводным, но в отличие от металлов, где ток создастся электронами, здесь в создании тока участвуют как электроны, так и ионы.

Ввиду того, что молекулы газа как при ионизации, так и при рекомбинации (восстановлении иона в нейтральную молекулу в результате захвата электрона) могут испускать свет, газ вблизи катода начинает светиться. Цвет свечения может быть красным или красно-оранжевым в зависимости от состава газа.

При прохождении через неоновую лампу переменного тока свечение наблюдается у обоих электродов.

Площадь свечения зависит от силы тока через лампу. С увеличением тока в работу включаются всё новые участки катода и площадь свечения расширяется. Напряжение на электродах лампы при этом сохраняется почти постоянным до тех пор, пока свечением будет охвачен весь катод.

Неоновая лампа - индикатор наэлектризованности тела. Определить, заряжено ли тело, можно не только электрометром, но и неоновой лампой. При приближении вывода электрода неоновой лампы к наэлектризованному телу, например, к стеклянной или эбонитовой палочке, наэлектризованной трением, в лампе возникает тлеющий разряд. Держать лампу следует за вывод второго электрода.

При помощи неоновой лампы можно убедиться, что во время работы школьной электрофорной машины электризуются только секторы из порошка алюминия, нанесённые на диски,- для этого следует поднести лампу к сектору диска. Если лампу поднести к диску между секторами, лампа не зажжётся.

Неоновая лампа - указатель полярности. Пользуясь тем, что свечение возникает у катода, то есть электрода, находящегося под отрицательным потенциалом, можно при помощи неоновой лампы определить полярность источника постоянного тока. Для этого лампу подключают к выводам источника тока и определяют, какой электрод лампы при этом светятся.

Предварительно, подключая неоновую лампу к источнику постоянного тока, полярность которого известна, нужно точно установить, как электроды лампы присоединены к цоколю.

Неоновая лампа - указатель фазового провода. В квартиру введены два провода электросети. Один из них соединён с землёй, его называют нулевым проводом. Прикосновение к нему безопасно. Другой провод, называемый фазовым, находится под полным напряжением относительно земли и прикосновение к нему может оказаться опасным для жизни. Отличить эти провода один от другого можно при помощи пробника с неоновой лампой (рис. 3).

Рис. 3

Пробник можно вмонтировать в изготовленную из прозрачной пластмассы рукоятку отвёртки, при этом один электрод лампы через резистор R1 соединяют с лезвием отвёртки, другой электрод подключают к металлическому кольцу, одетому на рукоятку отвёртки.

Прикосновение лезвием отвёртки к нулевому проводу не вызывает зажигания лампы, в случае прикосновения к фазовому проводу лампа зажжётся. Отвёртку следует держать так, чтобы был обеспечен контакт между рукой и металлическим кольцом.

Неоновая лампа - сигнализатор о перегорании предохранителя. При перегорании плавкого предохранителя - «пробки» приходится поочерёдно вывёртывать из гнёзд все предохранители в поисках перегоревшего. Если же параллельно каждому предохранителю включить неоновую лампу и резистор R1 (рис. 4), то при перегорании предохранителя напряжение сети через включённые электроприборы и резистор R1 окажется приложенным к неоновой лампе, вызывая её зажигание.

Рис. 4

Неоновая лампа - индикатор напряжения сети. В течение суток напряжение электрической сети обычно изменяется в некоторых пределах. Вечером, когда общее число электроприборов, включённых в сеть, увеличивается, напряжение несколько падает. Днём, когда нагрузка сети мала, напряжение становится нормальным или несколько выше нормы.

Для некоторых приборов, например, телевизора или радиоприёмника, изменение напряжения сети не должно превышать определённых значений во избежание выхода их из строя. Контролировать напряжение сети можно с помощью вольтметра, но лучше это делать при помощи индикатора напряжения, выполненного на неоновых лампах.

Рис. 5

Схема индикатора показана на рис. 5. В сеть переменного тока с напряжением 220 в включены два делителя напряжения из резисторов R1, R2 и R3, R4. Неоновые лампы Л1 и Л2 типа МН-3 включены параллельно резисторам R1 и R3. Сопротивления резисторов R1 и R2 выбраны так, что падение напряжения на резисторе R1 оказывается достаточным для зажигания лампы Л1, когда напряжение сети равно минимально допустимому (200 в). Падение напряжения на резисторе R3 должно быть равно напряжению зажигания лампы Л2, когда напряжение сети увеличится до максимально допустимого (230 В).

Следовательно, если напряжение сети находится в допустимых пределах, горит одна лампа Л1. Если ни одна из ламп не горит, значит, напряжение сети недостаточно для нормальной работы телевизора, горение же обеих ламп свидетельствует о повышении напряжения выше установленных пределов, в обоих случаях телевизор необходимо отключить от сети.

В. ШИЛОВ