Lampes au néon - Circuits de travail et d'application

Une lampe au néon est une lampe à incandescence composée d'un couvercle en verre, fixé avec une paire d'électrodes séparées et contenant un gaz inerte (néon ou argon). L'application principale d'une lampe au néon se présente sous la forme de voyants ou de lampes témoins.

Lorsqu'il est alimenté en basse tension, la résistance entre les électrodes est si grande que le néon se comporte pratiquement comme un circuit ouvert.

Cependant, lorsque la tension est augmentée progressivement, à un certain niveau spécifique où le gaz inerte à l'intérieur du verre au néon commence à s'ioniser et conduit à être extrêmement conducteur.

Pour cette raison, le gaz commence à produire un éclairage rayonnant autour de l'électrode négative.

Dans le cas où le gaz inerte se trouve être du néon, l'éclairage est de couleur orange. Pour le gaz Argon qui n'est pas très courant, la lumière émise est bleue.

Comment fonctionne la lampe au néon

La caractéristique de fonctionnement d'une lampe au néon peut être observée sur la Fig. 10-1.

Le niveau de tension qui déclenche l'effet lumineux dans l'ampoule au néon est appelé tension de claquage initiale.

Dès que ce niveau de claquage est atteint, l'ampoule est déclenchée en mode `` allumage '' (incandescent) et la chute de tension aux bornes du néon reste pratiquement fixe indépendamment de tout type d'augmentation du courant dans le circuit.

De plus, la section incandescente à l'intérieur de l'ampoule augmente au fur et à mesure que le courant d'alimentation augmente, jusqu'à un point où la surface totale de l'électrode négative est remplie par la lueur.

Toute escalade supplémentaire de courant peut alors conduire le néon dans une situation d'arc, dans laquelle l'éclairage incandescent se transforme en une lumière de couleur bleu-blanc sur l'électrode négative et commence à produire une dégradation rapide de la lampe.

Par conséquent, pour que vous puissiez éclairer une lampe au néon efficacement, vous devez avoir une tension suffisante pour que la lampe `` s'allume '', et, puis, une résistance en série suffisante dans le circuit pour pouvoir limiter le courant à un niveau qui garantira que le la lampe reste allumée dans la section incandescente typique.

Étant donné que la résistance au néon en elle-même est extrêmement faible peu de temps après son déclenchement, elle a besoin d'une résistance série avec l'une de ses lignes d'alimentation, appelée résistance de ballast.

Tension de panne au néon

Généralement, la tension d'allumage ou de claquage d'une lampe au néon peut être comprise entre environ 60 et 100 volts (ou parfois même plus). Le courant nominal continu est assez minime, généralement entre 0,1 et 10 milliampères.

La valeur de la résistance série est déterminée en fonction de la tension d'alimentation d'entrée à laquelle le néon peut être attaché.

Lorsqu'il s'agit de lampes au néon contrôlées avec une alimentation de 220 volts (secteur), une résistance de 220 k est généralement une bonne valeur.

En ce qui concerne de nombreuses ampoules au néon commerciales, la résistance pourrait éventuellement être incluse dans le corps de la construction.

Sans aucune information précise donnée, on peut supposer qu'une lampe au néon peut avoir simplement aucune résistance lorsqu'elle est allumée, mais peut avoir une chute d'environ 80 volts à ses bornes.

Comment calculer la résistance au néon

Une valeur appropriée pour la résistance de ballast au néon pourrait être déterminée en tenant compte de cette référence, qui est pertinente pour la tension d'alimentation précise utilisée à travers elle, et en supposant un courant `` sûr '' d'environ 0,2 milliampère, à titre d'exemple.

Pour une alimentation de 220 volts, la résistance peut devoir perdre 250 - 80 = 170 volts. Le courant à travers la résistance série et l'ampoule au néon sera de 0,2 mA. Par conséquent, nous pouvons utiliser la formule de la loi d'Ohm suivante pour calculer la résistance série appropriée pour le néon:

R = V / I = 170 / 0,0002 = 850 000 ohms ou 850 k

Ce valeur de résistance serait sans danger avec la majorité des lampes au néon commerciales. Lorsque la lueur au néon n'est pas tout à fait éblouissante, la valeur de la résistance de ballast pourrait être réduite pour entraîner la lampe plus haut dans la plage de lueur typique.

Cela dit, la résistance ne doit en aucun cas être trop abaissée, ce qui pourrait entraîner l'engloutissement de toute l'électrode négative par la lueur chaude, car cela peut indiquer que la lampe est maintenant inondée et se rapproche du mode d'arc.

Un autre problème concernant la puissance de la lueur au néon est qu'elle peut généralement paraître beaucoup plus brillante dans la lumière ambiante que dans l'obscurité.

En fait, dans l'obscurité totale, l'éclairage peut être incohérent et / ou exiger une tension de claquage accrue pour déclencher la lampe.

Certains néons possèdent un petit soupçon de gaz radioactif mélangé avec le gaz inerte pour favoriser l'ionisation, dans ce cas, ce type d'effet peut ne pas être visible.

Circuits d'ampoules au néon simples

Dans la discussion ci-dessus, nous avons minutieusement compris le fonctionnement et les caractéristiques de cette lampe. Nous allons maintenant nous amuser avec ces appareils et apprendre à construire des circuits de lampes au néon simples à utiliser dans diverses applications d'effets de lumière décoratifs.

Lampe au néon comme source de tension constante

En raison des caractéristiques de tension constante de la lampe au néon dans des conditions d'éclairage standard, elle pourrait être appliquée comme unité de stabilisation de tension.

Par conséquent, dans le circuit affiché ci-dessus, la sortie extraite de chaque côté de la lampe pourrait fonctionner comme une origine de tension constante, à condition que le néon continue à fonctionner dans la région lumineuse typique.

Cette tension serait alors identique à la tension minimale de claquage de la lampe.

Circuit de clignotant de lampe au néon

L'utilisation d'une lampe au néon comme un clignotant lumineux dans un circuit d'oscillateur de relaxation peut être vue dans l'image ci-dessous.

Cela comprend une résistance (R) et un condensateur (C) attachés en série à une tension d'alimentation d'une tension continue. Une lampe au néon est fixée en parallèle avec le condensateur. Ce néon est appliqué comme indicateur visuel pour montrer le fonctionnement du circuit.

La lampe fonctionne presque comme un circuit ouvert jusqu'à ce que sa tension d'allumage soit atteinte, lorsqu'elle commute instantanément le courant à travers elle tout comme une résistance de faible valeur et commence à briller.

La tension d'alimentation de cette source de courant doit donc être supérieure à celle de la tension de claquage du néon.

Lorsque ce circuit est alimenté, le condensateur commence à accumuler une charge avec un taux déterminé par la constante de temps RC résistance / condensateur. L'ampoule au néon reçoit une tension d'alimentation équivalente à la charge développée aux bornes du condensateur.

Dès que cette tension atteint la tension de claquage de la lampe, elle s'allume et force le condensateur à se décharger via le gaz à l'intérieur de l'ampoule au néon, ce qui fait briller le néon.

Lorsque le condensateur se décharge complètement, il empêche tout courant supplémentaire de passer à travers la lampe et s'éteint donc à nouveau jusqu'à ce que le condensateur ait accumulé un autre niveau de charge égal à la tension d'allumage du néon, et le cycle continue maintenant de se répéter.

En termes simples, la lampe au néon continue de clignoter ou de clignoter à une fréquence déterminée par les valeurs des composantes de constante de temps R et C.

Oscillateur de relaxation

Une modification de cette conception est indiquée dans le diagramme ci-dessus, en utilisant un potentiomètre de 1 mégohm fonctionnant comme une résistance de ballast et un couple de 45 volts ou quatre batteries sèches de 22,5 volts comme source d'entrée de tension.

Le potentiomètre est réglé avec précision jusqu'à ce que la lampe s'allume. Le pot est ensuite tourné dans la direction opposée jusqu'à ce que la lueur néon disparaisse simplement.

En permettant au potentiomètre d'être dans cette position, le néon doit alors commencer à clignoter à des taux de clignotement différents déterminés par la valeur du condensateur sélectionné.

Compte tenu des valeurs de R et C dans le diagramme, la constante de temps du circuit peut être évaluée comme suit:

T = 5 (mégohms) x 0,1 (microfarads) = 0,5 seconde.

Ce n'est pas spécifiquement le taux de clignotement réel de la lampe au néon. Cela peut nécessiter une période de plusieurs constantes de temps (ou moins) pour que la tension du condensateur s'accumule jusqu'à la tension de déclenchement du néon.

Cela peut être plus élevé dans le cas où la tension de mise sous tension est supérieure à 63% de la tension d'alimentation et peut être plus petite si la tension de déclenchement au néon est inférieure à 63% de la tension d'alimentation.

De plus, cela signifie que le taux de clignotement pourrait être modifié en changeant les valeurs des composants R ou C, éventuellement en remplaçant diverses valeurs élaborées pour fournir une constante de temps alternative ou en utilisant une résistance ou un condensateur attaché en parallèle.

Le branchement d'une résistance identique en parallèle avec R, par exemple, rendrait probablement la vitesse de clignotement deux fois plus élevée (car l'ajout de résistances similaires en parallèle entraîne une réduction de moitié de la résistance totale).

La connexion d'un condensateur de valeur identique en parallèle avec le C existant entraînerait probablement une vitesse de clignotement plus lente de 50%. Ce type de circuit est appelé oscillateur de relaxation .

Flasher multiple aléatoire au néon

Le remplacement de R par une résistance variable pourrait permettre un ajustement pour tout taux de clignotement souhaité spécifique. Cela pourrait également être amélioré comme un système d'éclairage de nouveauté en attachant un réseau de circuits au néon à condensateur, chacun ayant sa propre lampe au néon en cascade comme indiqué ci-dessous.

Chacun de ces réseaux RC permettra une constante de temps unique. Cela peut générer un clignotement aléatoire du néon sur tout le circuit.

Générateur de tonalité de lampe au néon

Une autre variante d'une application de lampe au néon en tant qu'oscillateur pourrait être un circuit oscillateur à relaxation est représentée sur la figure ci-dessous.

Il peut s'agir d'un véritable circuit générateur de signal, dont la sortie pourrait être écoutée via un casque ou peut-être un petit haut-parleur, en ajustant de manière appropriée le potentiomètre de tonalité variable.

Les clignotants au néon pourraient être conçus pour fonctionner de manière aléatoire ou séquentielle. Un circuit clignotant séquentiel est affiché sur la figure 10-6.

Des étapes supplémentaires pourraient être incluses dans ce circuit, si nécessaire, en utilisant la connexion C3 jusqu'au tout dernier étage.

Clignotant de lampe au néon astable

Enfin, un circuit multivibrateur astable est révélé sur la figure 10-7, utilisant une paire de lampes au néon.

Ces néons clignoteront ou clignoteront en séquence à une fréquence décidée par R1 et R2 (dont les valeurs doivent être identiques) et C1.

En tant qu'instructions de base sur la synchronisation des clignotants, l'augmentation de la valeur de la résistance de ballast ou de la valeur du condensateur dans le circuit de l'oscillateur à relaxation peut réduire la vitesse de clignotement ou la fréquence de clignotement et vice versa.

Cependant, afin de protéger la durée de vie d'une lampe au néon typique, la valeur de la résistance de ballast utilisée ne doit pas être inférieure à environ 100 k et les meilleurs résultats dans des circuits oscillateurs à relaxation très simples peuvent souvent être obtenus en maintenant la valeur du condensateur sous 1 microfarad.