Неоновые лампы: принцип работы, разновидности, что представляет свет лампочки, как работает для освещения дома и квартиры

Обновлено: 28.04.2024

Газоразрядная трубка низкого давления, заполненная инертным газом неоном, представляет собой классическую неонку — лампу, производящую равномерный оранжево красный неоновый свет по всей длине. К инертным газам, применяемым в осветительных приборах относят гелий, ксенон, аргон, криптон, но они имеют другие спектры свечения, что позволяет комбинировать их и создавать различные цветовые решения.

Конструкционно неонка ничем не отличается от других газоразрядных ламп, в том числе люминесцентных. Для запуска устройства необходим ток в пределах 0,1-1 миллиампер. Такая чувствительность сделала возможным применение неоновых ламп в индикаторах сетевого напряжения при условии использования понижающего резистора для предохранения от удара электричеством.

В то же время напряжение зажигания, в зависимости от длины, диаметра и газонаполнения колбы может достигать 12 000 вольт. Поэтому запуск и поддержание работы устройства требует наличия в схеме инвертора. Основное применение неоновое освещение нашло в сфере рекламы и развлечений на территории Европы и США. В России эта мода распространилась с опозданием на десять-пятнадцать лет, хотя в промышленных приборах тлеющего разряда и индикации технология использовалась с 50-х годов.

Где берут неон

Первая неонка была изготовлена в 1910 году Жоржем Клодом, но для своего изобретения он использовал наработки Мориса Траверса и Уильяма Рамзая — английских химиков, получивших неон путем исключения его из воздуха в качестве побочного продукта. В атмосферном воздухе максимальная концентрация Ne достигает 0,00182%. Это очень мало в масштабах планеты, но достаточно для его добычи в промышленных объемах.

Способ получения неона заключается в сжижении всех тяжелых компонентов воздуха, вследствие чего образуется остаточный несжиженый компонент — гелий-неоновая смесь. Для разделения гелия и неона применяются три способа:

адсорбция неона охлажденным активированным углем;
вымораживание жидким водородом;
двукратная ректификация в конденсаторе-испарителе;
холодная ректификация сжатой смеси.

Именно последняя технология позволяет получать газ 99,9% чистоты в промышленных масштабах.

Видео: Неон — самый ИНЕРТНЫЙ газ на ЗЕМЛЕ

Виды неона

Любую светящуюся цветную трубку, иногда изогнутую необходимым образом ошибочно называют неонкой. Однако в классическом виде такая лампа изготавливается из стеклянной колбы, заполненной инертным неоном, с двумя-тремя электродами на концах. Индикаторные лампочки по размеру бывают меньше LED-элемента, а газоразрядные трубки достигают десяти метров в длину и 20 мм в диаметре.

При изготовлении колбы ей придают необходимую форму, нагревая стекло на газовой горелке, заполняют неоном, добавляют несколько капель ртути для яркости свечения. Устройство неустойчиво к механическим воздействиям, а его утилизация требует специальных мер безопасности, связанных с токсичностью паров ртути. Однако простота устройства ограничивает его долговечность только целостностью колбы, составом электродов, а также исправностью пусковых элементов. В классической неонке буквально нечему перегорать, поэтому их корректная работа может продолжаться в беспрерывном режиме до 80 000 часов.

Гибкий

Сложность эксплуатации стеклянных ламп привела к изобретению альтернативных технологий, имитирующих неоновую подсветку. В качестве замены стали популярны светодиодные ленты, вмонтированные в поливинилхлоридные или силиконовые полоски, рассеивающие лучи лампочек таким образом, чтобы свет распределялся равномерно по поверхности полосы. Так называемый гибкий неон:

прост в монтаже — устанавливается в специальные крепления или пазы с изгибом в 180° и диаметром изгиба в 10 мм;
механически устойчив и герметичен;
доступен;
экономичен в плане энергопотребления — полоска длинной 50 см запитывается от обычного USB-разъема с напряжением в 3-4 вольта.

Холодный

Разновидность гибкого неона, но технологически выполнен по другому принципу. В качестве источника света используется люминофор, которым покрывается гибкий медный провод. Поверх слоя люминофора и прозрачного диэлектрика наматывается тонкая медная проволока по спирали. Вся конструкция имеет прозрачную пластиковую оболочку. Спираль со стержнем работают по принципу магнитной катушки, и именно магнитное поле возбуждает свечение люминофора.

Работа холодного неона возможна при подключении к сети через специальные инверторы, выдающие ток частотой до 6000 Гц. Сама лампа представляет собой гибкий, прочный и герметичный шнур с различным цветом свечения в зависимости от типа люминофора.

Диаметр нити зачастую регулируется производителями лишь толщиной внешней оболочки, внутренняя часть остается неизменной. Поэтому брать толстый шнур есть смысл только в том случае, если это оправдано размером конструкционного паза.

Характерная особенность холодного неона — полное отсутствие нагревания нити во время продолжительной работы. Единственный недостаток технологии в том, что при частых остроугольных перегибах по малому диаметру покрытие из люминофора нарушается с образованием затемненных зон на проводе.

Где используют неоновые лампы, примеры с фото

Изначально свойства неоновых лампочек определили их применение в сфере электротехники в качестве:

индикаторов напряжения сети в электроприборах;
контрольно-индикаторных устройствах для определения наличия напряжения на проводниках;
индикаторов наличия электромагнитных излучений — в приборе Бализор неон светится при воздействии электромагнитного поля;
предохранителя в цепях сигнализации.

Неоновые лампы в современности используются, по большей части, в сфере торговли, дизайна и развлечений.

Как работает неоновая лампа

В классической газоразрядной неонке используется способность неона выделять фотоны света при обмене молекул газа энергией в разряженной среде под действием электричества. При подключении переменного тока свечение распределяется равномерно по всей колбе. Если ток постоянный, то свечение концентрируется вокруг катода.

Схема подключения

Индикаторные лампочки подключаются через понижающий резистор по следующей схеме.

Для примера, осветительные приборы на LED-элементах требуют более сложной схемы подключения через пускорегулирующий аппарат, как на рисунке ниже.

Подключение газоразрядной неонки подразумевает наличие в схеме инвертора соответствующей мощности.

Первая схема считается стандартной. Вторая позволяет уменьшить длину проводников, а в случае выхода из строя одной из сторон цепи вторая продолжает работать.

В зависимости от длины и диаметра газоразрядной трубки, для ее запуска необходим повышающий трансформатор мощностью, представленной в таблице.

Подключение электрических светильников к высоковольтным устройствам требует знания электрики и электротехники. При неверном расчете разряд может превратиться в дуговой, с последующим разрывом колбы.

Холодный неон подключается через инвертор к блоку питания на 12 или 24 вольта в зависимости от длины светящегося шнура.

LED-неон подключается аналогично светодиодным лентам, но все соединения производятся посредством коннекторов с последующей герметизацией места стыка, как на видео.

Как получить разный спектр свечения

RGB-ленты при наличии контроллера способны менять цвет, режимы и интенсивность свечения гибкого неона с имитацией гирлянд или стробоскопа. В газоразрядных лампах для получения разных цветов применяют разные инертные газы или их комбинации с цветом стекла колбы. К примеру, для получения зеленого свечения ксенон, светящийся синим цветом закачивают в желтую колбу.

Преимущества и недостатки

Газоразрядная неонка излучает мягкий, и, если так можно выразиться, более аналоговый свет по сравнению с устройствами другого типа. Среди плюсов этих ламп выделяют:

равномерность свечения наряду с возможностью концентрации света на одном из электродов при использовании постоянного тока;
долговечность — отсутствие в конструкции расходных элементов;
работа малых индикаторных лампочек напрямую от сети 220 В;
возможность изготовления колб и катодов различных форм;

В то же время устройство газоразрядных ламп не лишено недостатков и считается устаревшим по следующим причинам:

шум во время работы от повышающего трансформатора;
хрупкость стеклянной колбы;
сложность утилизации в связи с наличием ядовитых паров ртути внутри конструкции.

Основные отличия от светодиодной ленты

Шнур, работающий по принципу свечения люминофора под воздействием электромагнитного поля так же, как и газоразрядная трубка излучает свет на 360°, но при этом изгибается в любую сторону и потребляет меньше энергии. Гибкая полоса на LED-элементах излучает свет на 180° в одну сторону и изгибается только в одной плоскости. Преимущество гибкой светодиодной ленты, имитирующей неонку, в ее механической устойчивости, простоте эксплуатации и возможности управлять режимом через контроллер.

Конечно, система RGB-лент ограничена направлением и радиусом изгиба, а также узким вектором свечения, но эти недостатки компенсируются возможностью создания уникальных световых шоу при использовании программируемых контроллеров с разными режимами работы. В то же время светящаяся неоновая нить тоньше (до 2 мм), и это позволяет монтировать ее в узкие стыки и щели, что актуально при автотюнинге и декоративном апгрейде различных устройств.

Следует добавить, что сейчас возвращается мода на ретро, в том числе и аналоговое, поэтому старые газоразрядные светильники не утрачивают актуальности в сфере дизайна и маркетинга. Цена и сложность в эксплуатации сделали классические неонки предметом выбора для состоятельных покупателей, желающих выделиться своим статусом и хорошим вкусом.

Разноцветная подсветка домов, улиц, металлоконструкций и помещений стала возможна благодаря широкому распространению газоразрядных источников света. Неоновая лампа - один из их видов, имеющий свои плюсы, минусы и особенности. Рассмотрим, какова конструкция и принцип работы трубок с неоном, как образуются различные цвета их свечения, где они применяются, как выглядит схема подключения и питания и какими основными достоинствами и недостатками они обладают.

Конструкция и принцип работы

Стандартная неоновая лампа представляет собой стеклянную трубу, закрытую с концов металлическими заглушками с электродами. Внутри нее находится невзаимодействующий в обычных условиях с веществом светильника газ - неон. Механизм, обеспечивающий образование света в таком приборе, подразумевает быстрое, беспрепятственное и полномасштабное включение всего газообразного вещества в реакцию ионизации. Поэтому он находится в колбе в разряженном состоянии - под низким давлением.

Благодаря этому, как только электрический ток поступает на противолежащие по концам трубки электроды, происходит реакция ионизации ближайших атомов неона, сопровождающаяся потерей электронов. Происходит цепная реакция и весь объем газообразного вещества подвергается такому действию за считанные миллисекунды.

Электрическая цепь замыкается (так как вещество переходит в состояние плазмы) и частицы газа становятся химически активным, разгоняясь до огромной скорости и приобретая большую кинетическую энергию, сталкиваются с поверхностью стекла и вступают во взаимодействие с люминофором (излучение может происходить и без него при особом составе газа), нанесенным на него тонким слоем. В результате возникает яркое неоновое свечение.

Обратите внимание! Для реакции ионизации неона требуется напряжение в 15 тыс. вольт. Поэтому лампу нужно подключать только через специальный повышающий трансформатор. Кроме того, для ее стабильной работы требуется резистор-токоограничитель (как правило, он внедряется уже в цоколь), без которого может произойти замыкание и взрыв колбы.

Получение разных цветов свечения

Любое вещество в состоянии плазмы производит свечение, принадлежащее к определенному сегменту спектра излучения. Так, например, гелий образует желтый поток света, аргон - голубой, криптон - зеленоватый, а для неонового света характерен красно-розовый оттенок. Для создания заданных цветовых вариаций применяются следующие методы:

К основному неоновому газу добавляют другие со свойственным ему оттенком. Например, примешивая в лампу различные количества криптона, можно получить различные желтоватый свет.
Изменяют параметры электрического тока. Уменьшение плотности тока, смещает спектр свечения в оранжевую область, а увеличение - в синюю.
Варьируют состав люминофора.

Во время свечения неоновая лампа образует излучение не только видимого светового спектра, но и значительную часть электромагнитного в большом диапазоне радиоволн. Это может создавать помехи различным наземным радиоприемникам и передатчикам. Чем мощнее светильник, тем сильнее паразитное э/м-воздействие.

Гибкий неон

Большую популярность сегодня приобрел так называемый «гибкий неон». На самом деле это не совсем неоновая лампа, если ее устройство рассматривать с технической стороны. По конструкции - это стандартная светодиодная полоска, заключенная в матовую или прозрачную ПВХ-трубку, или полоску. Среди их главных особенностей можно выделить:

Возможность применения RGB-технологии (изменять цвет в одном светильнике).
Стойкость к механическим повреждениям (их нельзя разбить, как традиционные неоновые лампы).
Хорошая гидроизоляция (модели с защитой от IP65 используются прямо в воде).
Гибкость, универсальность, мобильность позволяет монтировать светильник в любое место и положение.
Лед-элементы долговечны и могут служить до 100 тыс. часов и при перегорании одного из них весь прибор продолжает работать.
Низкая цена.

Внимание! Тем не менее светодиоды чаще используются только для дополнительного и декоративного освещения - например, рекламных вывесок, праздничного оформления, подсветки ступенек. Лед-элементы при плохом качестве, неправильной электросхеме и эксплуатации могут начать мерцать и вызывать раздражение зрения.

Область использования

К какому бы типу не принадлежали неоновые лампы - стандартному или гибкому - сфера их применения достаточно обширна:

Декорирование квартиры, дома и других жилых помещений как внутри, так и снаружи.
Подсветка в труднодоступных местах - в кладовой, гардеробе, на чердаке, в подсобке.
Освещение бассейнов, бань, аквариумов (для лед-неона).
Повышение видимости рабочих областей - в кабинете над столом или у кухонного фартука.
Неоновые лампы применяются для индикации и в качестве предохранителей в составе технических устройств - телефонах, выключателях, стробоскопе.
Организация рекламных вывесок.
Выделение красными лампами особо важных зон на важных объектах, например, за взлетно-посадочной полосе.

Неоновые лампы нашли широкое применение в повседневности - от подсветки скверов, архитектурных памятников и небоскребов до создания уютного приглушенного освещения в спальной.

Схемы подключения и питания

Установка неоновой лампы - процедура несложная. Сначала необходимо закрепить держатель с помощью крепежа (саморезов/дюбелей) к стене, а затем к нему и сам светильник, а также кабеля и трансформатор. Другое дело - правильно собрать и подключить электросхему.

Схема сборки и подключения для традиционных неоновых ламп выглядит следующим образом:

Схема № 2 предполагает подключение через «ноль», а №1 - классическим способом - через последовательное соединение. Преимущество «номер два» в том, что если перегорит какая-либо лампа, вторая ветка неоновой подсветки сохранит работоспособность. Кроме того, она позволяет сэкономить на кабеле.

При сборке конструкций необходимо соблюдать ряд правил безопасности:

В качестве проводников использовать специальные кабеля, например, ПМВК - с толстой силиконовой изоляцией и площадью сечения медной жилы порядка 1,5 мм 2 .
Неоновые лампы, проводники и трансформатор не должны касаться металлической поверхности.
Кабеля и конвекторы должны располагаться друг от друга на расстоянии не менее 15 см.
Для крепления проводников нужно использовать специальные поликарбонатные держатели, а для проведения их через металлические перегородки - ПВХ-гофры.

При подсоединении гибкого неона нужно руководствоваться правилами подключения лед-светильников.

Важно! Все металлические части подсветки и трансформатор перед подключением ламп в сеть необходимо заземлить.

Достоинства и недостатки

Среди явных плюсов неоновых ламп выделяются:

Высокий контраст светопередачи.
Большое цветовое разнообразие.
Долговечность (до 20 лет службы).
Пожаробезопасность.
Безвредность для здоровья.
Возможность изготовления трубок любых форм.
Яркость, насыщенность свечения, не раздражающего зрения.
Отсутствие шума и мерцания в работе.

Однако для неоновых ламп также характерны и некоторые недостатки:

Хрупкость стеклянной колбы.
Высокая стоимость.
Высокое напряжение требует особой осторожности в обращении и обязательное заземление светильников.

Неоновые лампы получили широкое распространение и применяются повсеместно. При правильной установке и эксплуатации они прослужат не один десяток лет.

Неоновая лампа - это стеклянная газоразрядная трубка, заполненная неоном и работающая по принципу ионизации разряженного инертного газа под действием высокого напряжения. В стандартном виде она имеет красноватый свет. Для изменения оттенка применяют различные методы:

Смешивание различных инертных газов с характерным свечением.
Изменение параметров электротока.
Варьирование состава светящегося вещества на внутренней поверхности колбы.
RGB-технологии (для гибкого неона).

Неоновые лампы нашли большую область применения - от дизайна помещений до оформления улиц, свекров, домов. Среди их главных плюсов - долговечность, контраст светопередачи, пожаробезопасность и безвредность, в том числе для зрения.

Минусы - относительно высокая цена и хрупкость стеклянной колбы. При сборке схемы и подключении необходимо соблюдать специфические требования монтажа и электробезопасности.

Если вы знаете, в каких еще областях применяются неоновые лампы и какие модификации их существуют, напишите об этом в комментариях ниже.

Создание цветовых эффектов в системах освещения стало возможным при использовании таких источников света, как неоновые лампы, которые относятся к газоразрядным и могут быть наполнены не только неоном, но и другими газами.

Они активно применяются дизайнерами, рекламщиками и оформителями, кроме того, ценятся и специалистами в сфере освещения за надежность и продолжительный срок службы.

В этом материале мы разберемся в конструкционных особенностях неоновых источников освещения, расскажем о их достоинствах и недостатках, а также о том, как украсить интерьер с их помощью.

Конструкция и принцип действия

Внешне лампа напоминает обычный люминесцентный прибор - это стеклянная трубка, но наполненная не аргоном с капелькой ртути, а неоном или другим инертным газом. Выбор газа как раз и влияет на цвет свечения, а процесс его закачивания в трубку происходит под низким давлением.

Форма трубки является наиболее удобной конструкцией, работающей по следующей схеме. С двух сторон присоединяются электроды, на которые затем подается напряжение. Под воздействием напряжения атомы газа расстаются с минусовыми электродами и приобретают положительный заряд.

Положительно заряженные атомы движутся к минусовому полюсу-электроду, а отрицательно заряженные электроны к плюсовому. Заряженные атомы газа и отделившиеся от них электроны называются плазмой, они-то и формируют электрическую цепь неоновой трубки.

Чтобы освободить полость стеклянной трубки от воздуха и выжечь лишние вещества, на производстве используют вакуумно-термические аппараты. С их же помощью закачивают один из благородных газов

Если внимательно присмотреться к разным типам неоновых лампочек, то можно заметить разницу: одни из них имеют ровное, спокойное свечение, другие светят максимально ярко. Во втором случае вместе с инертным газом внутрь трубки помещают пары ртути. Под воздействием электротока они начинают выделять ультрафиолет - отсюда и необычное, «волшебное» освещение.

Лампы, наполненные инертным газом, одинаково хорошо функционируют от переменного и постоянного тока. Однако второй вариант будет выглядеть неполноценно, так как область освещения сконцентрируется вокруг одного электрода. По этой причине для подключения приборов используют именно переменный ток, при этом значение напряжение должно быть большим - до 15 000 В.

Варианты свечения газоразрядных ламп. Источники света, излучающие цветные лучи от свечения газа, а не покрытия стеклянных трубок, еще называют газосветными. Предположим, у люминесцентных ламп оттенок света возникает из-за люминофорного напыления

Чтобы увеличить стандартное напряжение до необходимого значения, применяют трансформатор. Опытным путем проверено, что напряжение менее 1000 В не вызывает разряда внутри трубки, следовательно, она не будет светиться.

Обязательный этап изготовления неоновых светильников - продолжительное тестирование. Для этого устройства подключают к напряжению на 12 или более часов, после чего выявляют недостатки. За этот период ртутные пары смешиваются с газом и равномерно распределяются внутри трубки, а напряжение стабилизируется.

Цветовое разнообразие газосветных ламп

Диапазон цветов у неоновых устройств действительно велик. Оттенки зависят и от выбранного газа, от состава нанесенного на стекло вещества и от газовой добавки к благородному наполнению трубки. Они могут менять интенсивность от нестабильности силы тока. Электроны атомов инертных газов при отделении высвобождают энергию, от которой зависит длина световой волны, а следовательно, и цвет.

Вопреки расхожему мнению, по которому неоновые лампы светятся голубым или сиреневым светом, приборы с неоновым наполнением имеют красное или оранжевое свечение. Кстати, для увеличения яркости красных ламп пары ртути не нужны - свет и так насыщенный

Если использовать в трубках чистые инертные газы, то они буду выдавать следующие цвета:

гелий - розовый;
криптон - зеленый;
аргон - сиреневый или синий.

Можно получить и другие цвета. Для этого смешивают различные газы, меняют их пропорции, наносят люминофоры с внутренней стороны на стекло. Например, применяя в качестве покрытых люминофором трубок криптон, можно получить широкую гамму желтых оттенков.

Плотность и частота электрического тока также могут влиять на изменение цвета. Если взять в качестве примера неоновую лампу, то при уменьшении плотности тока свечение станет оранжевым, а при ее увеличение перейдет в синий сегмент спектра свечения.

Кроме криптоновых и аргоновых ламп синим и сиреневым цветом могут светиться люминесцентные лампы - их часто путают. Похожее свечение и у ультрафиолетовой подсветки, которую часто используют в ночных клубах и дискотеках

Чтобы эффект ультрафиолетовых ламп присутствовал у газоразрядных приборов, их заполняют ксеноном или криптоном. Иногда используют их смеси в различных пропорциях и микс с аргоном.

На нашем сайте есть статья, где мы подробно рассказали об ультрафиолетовых лампах для домашнего использования. Подробнее — читайте далее.

Преимущества и недостатки светильников

Газоразрядные лампы быстро заняли свою нишу и не собираются ее покидать благодаря положительным качествам. Плюсы касаются как обилия сфер применения, так и технических характеристик устройств. Если проанализировать все стороны с точки зрения пользователей и специалистов, то можно выделить следующие преимущественные качества.

Широкая гамма, которую могут предоставить неоновые трубки и ленты, давно оценена дизайнерами интерьеров и экстерьеров

С помощью контроллера, подключаемого к светильникам, можно уменьшать или увеличивать интенсивность светового потока

Если лампа изготовлена с соблюдением всех требований и эксплуатируется в надлежащих условиях, срок службы достигает 15-20 лет

Стеклянные трубки и неоновые ленты хороши тем, что их форму легко менять. Для этого стекло нагревают, а лента изначально эластичная и гибкая

Поскольку металлические заглушки имеются только по краям, а тело светильника стеклянное, свет одинаково хорошо заполняет пространство вокруг устройства

Размеры и форма осветительных газоразрядных приборов позволяют встраивать их и устанавливать в труднодоступных местах - под навесным потолком, в нишах

В исправном состоянии неоновые лампы не представляют никакой опасности. Однако за герметичностью трубок с содержанием паров ртути лучше пристально следить

В отличие от некоторых энергосберегающих и светодиодных ламп, а также диммируемых устройств, газосветовые источники не шумят

Читайте также: