燈絲溫度對于熒光燈的影響

在昨天測試紫外線燈管擊穿電壓實驗中， 燈絲沒有加熱。?對應的擊穿電壓為1308V，?如果將燈絲進行加熱， 能夠在多大程度上降低紫外線燈管的擊穿電壓呢？?我們知道電子是從陰極發射的， 所以下面通過實驗測試一下對于陰極燈絲加熱之后， 紫外線燈管的擊穿電壓是多少。

01 燈絲溫度

一、前言

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在昨天測試紫外線燈管擊穿電壓實驗中， 燈絲沒有加熱。?對應的擊穿電壓為1308V，?如果將燈絲進行加熱， 能夠在多大程度上降低紫外線燈管的擊穿電壓呢？?我們知道電子是從陰極發射的， 所以下面通過實驗測試一下對于陰極燈絲加熱之后， 紫外線燈管的擊穿電壓是多少。

二、燈絲特性

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使用萬用表測量紫外線燈管兩端的燈絲， 在室溫下電阻不到1歐姆。?下面使用程控直流電源測試一下燈絲的電壓-電流特性。?這是測量電路圖，?通過逐步增加燈絲兩端電壓，查看燈絲工作狀況。

圖1.2.1 測試燈絲特性示意圖

這是手工將直流電源輸出電壓調整在4伏左右， 可以看到燈管的燈絲開始發紅。?下面再讓我們看看燈絲電壓逐步上升的過程。?DH1766直流電源可以直接通過編程控制輸出電壓以及讀取輸出電流。?測量輸出電壓從0V上升到4V對應的燈絲工作電流。?可以看到電流上升分為兩個階段，?這兩個階段反映了燈絲在冷卻和熾熱狀態下的電阻是不同的。?后面實驗中選擇燈絲供電電壓3.5V的情況下， 重新測量紫外線燈管擊穿電壓的情況。

圖1.2.2 燈管燈絲的伏安特性

三、擊穿電壓

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下面通過編程自動測量燈管在陰極燈絲加熱的情況下， 燈管擊穿的情況。?燈絲驅動電壓為3.5V， 電流1.09A，?通過DH1766給高壓模塊提供輸入電壓， 控制高壓模塊輸出高壓。?這個過程與昨天測試的方式是一樣的。?這里給出了測量結果，?青色數據線表示紫外線燈管兩極之間的高壓，?在1185V的時候突然下降，對應燈管擊穿了。?這個電壓比起昨天在燈絲室溫情況下的1308V的電壓下降了大約120V左右。

圖1.3.1 陰極燈絲加熱狀態下擊穿電壓

雖然紫外線燈管擊穿電壓只是略微下降，但是燈管發光卻有了明顯變化，?可以看到此時燈管中的紫色光柱所占的比例增加了。?紫光更靠近陰極燈絲。?這是昨天在燈絲低溫下發光的情形，???這里對比一下燈絲加熱狀態下的區別。?可以看到明顯燈絲在加熱狀態下紫外光更強了。這說明燈絲加熱是提高燈管發光效率的方法。?另外在冷燈絲的情況下，陰極部分有熒光出現，?在加熱狀態下， 陰極沒有熒光出現。

圖1.3.2 燈絲在加熱狀態下一是室外下擊穿后發光對比

為了對比，重新在陰極燈絲為室溫下測量紫外線燈管擊穿電壓，?對比燈絲在加熱狀態下的曲線，?兩者基本上沒有差別。?把兩次測量中燈管高壓曲線繪制在統一張圖中，?比較明顯，燈絲的加熱會使得燈管擊穿電壓略微降低。?這是高壓包工作電流，在一定程度上反映燈管的功率，?在燈絲加熱后，燈管發光功率也是增加了。

圖1.3.4 燈絲在室溫和加熱狀態下紫外線燈管擊穿電壓

圖1.3.5 燈絲在室溫和加熱狀態下高壓電源的工作電流

下面研究一下燈絲陽極加熱對于燈管擊穿電壓有何影響，?使用3.5V給燈管的陽極燈絲加熱，?陰極仍然保持室溫，?使用相同的方式測量燈管擊穿的情況。?在燈管擊穿之后，從外觀上來看， 與陰極室溫情況下燈管發光情況相同， 此時可以看到陽極發出白熾光， 陰極發出橘紅色的熒光。?將燈管陰極加熱、陰極室溫以及陽極加熱對應的燈管擊穿電壓曲線繪制在一起。?可以看到燈絲的溫度對于燈管擊穿電壓有一定的影響。?令人想不到的是，陽極加熱反而提高了紫外線燈管的擊穿電壓，?這與陰極燈絲加熱的作用恰好相反。?對于這其中的物理原理，不知道誰能夠幫助解釋一下。

圖1.3.6 陽極加熱情況下燈管導通

圖1.3.7 對比陰極加熱與陽極加熱對于擊穿電壓的影響

總結

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本文通過實驗研究了燈絲對于紫外線燈管擊穿電壓和發光的影響，?令人想不到的是，紫外線燈管陰極和陽極燈絲的加熱，?對于燈管的擊穿電壓與發光影響是不同的。