Что такое неоновые лампы и как они работают

Еще 20-30 лет назад неоновые трубки были весьма популярны. Они использовались в рекламе и подсветке, из них изготавливали яркие и броские вывески. Позже светодиоды и ленты из них начали успешно вытеснять неон, но, как говорится, мода возвращается. Сегодня такие лампы снова набирают популярность. В этой статье ты узнаешь, как работает неоновая лампа и где она применяется, а при желании сможешь самостоятельно организовать неоновую подсветку в своем доме.

Как устроена и работает неоновая лампа

Прибор состоит из стеклянной трубки, заполненной неоном под низким давлением, в концы которой запаяны электроды. Вот и вся лампа.

На рисунке показана ровная трубка из стекла, на самом деле приборы выпускаются любой конфигурации и длины. Это могут быть фрагменты букв, буквы, надписи, рисунки, элементы рисунков и пр. Никаких ограничений по форме и длине: все будет зависеть от производителя и желания заказчика.

Неоновые лампы, помимо различной длины и конфигурации, могут иметь и разный диаметр. Стандартные значения: 8, 10, 12, 15 и 20 мм.

Принцип работы

Неоновая трубка, по сути, является газоразрядным прибором, но принцип его работы существенно отличается от принципа работы газоразрядных приборов других типов.

Приложенное к электродам напряжение выбирается такой величины, чтобы суметь сорвать с молекулы неона электрон, находящийся на внешней орбите. Остатки молекулы получают положительный заряд и начинают двигаться к отрицательному электроду, а электроны с отрицательным зарядом – к положительному. В трубке возникает электрический ток.

Соударяясь между собой, молекулы и “полумолекулы” неона постоянно обмениваются энергией, и если электрон получает энергию, он поднимается на более высокую орбиту. Если теряет, то опускается на более низкую. В первом случае выделяется тепло, во втором энергия выделяется в виде фотона – частицы света.

Параллельно этому неполные молекулы могут захватывать и свободные электроны, сорванные ранее напряжением. В этом случае электрон, сидящий на внешней орбите, теряет часть энергии и спускается на более низкую с выделением фотона. В результате трубка (она может быть прозрачной или матовой) начинает равномерно мягко светиться спектром неона – красно-оранжевым цветом.

Именно потому, что в лампах подобного типа видимый свет излучает сам газ, а не, к примеру, люминофор, они и получили название газосветных.

Во время работы лампа нагревается до температуры не выше 40 градусов и потребляет очень малый ток. Если неоновая лампа питается переменным напряжением, она равномерно светится по всей длине. Если постоянным, то светится область только возле одного электрода. Поскольку неоновые лампы имеют малую инерционность их можно диммировать при помощи широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Получение разных цветов свечения

Если трубку заполнить не неоном, а другим благородным (инертным) газом, то можно получить и другой цвет свечения. Основные газы, которыми заполняют современные газосветные лампы, и их цвет свечения я свел в небольшую табличку.

Цвет свечения некоторых инертных газов

Цветов, казалось бы, немного, но, смешивая несколько газов и добавляя в трубку в небольших количествах имеющую голубовато-зеленый спектр ртуть, цветов можно получить гораздо больше, хотя их количество все же сильно ограничено.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Несмотря на то что лампы могут быть заполнены другими газами или смесями, название «неоновые» для них так и сохранилось, став общим названием газосветных приборов.

Применение в интерьере и на улице

Благодаря своей универсальности неоновые лампы нашли применение в самых различных сферах нашей жизни. Чаще всего, конечно, их можно увидеть на улице.

Неоновые вывески

Естественно, не забыли про неон и рекламщики.

Неоновыми лампами украшают улицы и подсвечивают фасады зданий.

Не менее популярна сегодня неоновая подсветка и в квартире. Благодаря своеобразному мягкому и легко диммируемому свечению газосветные источники света открывают дизайнерам широкое поле деятельности.

Подсветка интерьера при помощи неоновых ламп

Кроме подсветки, неон может служить и оригинальным украшением дома.

Немалый интерес представляют комнатные декоративные светильники на неоновых лампах. Излучая мягкий ненавязчивый свет и имея оригинальные формы, они могут использоваться не только как украшение и создавать праздничную атмосферу, но и обеспечивать мягкую фоновую подсветку. На сегодня ассортимент неоновых светильников настолько широк, что выбрать подходящий не составляет труда.

Благодаря богатому ассортименту подобрать неоновый светильник на свой вкус не составит труда

Конечно, это далеко не вся область применения газосветных приборов, но и этого достаточно, чтобы показать, что неоновые лампы могут многое.

Достоинства и недостатки

Как и любые источники света, неоновые лампы имеют свои достоинства и недостатки. К достоинствам можно отнести следующие:

1. Исключительно малая потребляемая мощность (в среднем 8-10 Вт/м).
2. Низкая рабочая температура (не более 40 градусов по Цельсию).
3. Мягкое равномерное свечение, приятное для глаза.
4. Легко диммируется.
5. Относительно богатый выбор цветов.
6. Большой (до 15 лет) срок эксплуатации.
7. Может иметь любую конфигурацию и длину (определяется производителем и заказчиком).

Что касается недостатков, то они следующие:

1. Низкая ударопрочность (стекло).
2. Малая светоотдача (до 60 лм/Вт, зависит от цвета и газонаполнения).
3. Высокое напряжение питания, требующее принятия специальных мер при монтаже.
4. Необходимость в дополнительном оборудовании (высоковольтный трансформатор).
5. Содержат ртуть, требуют утилизации (кроме безртутных вариантов, которых немного).
6. Относительно высокая стоимость, особенно на заказ.

Схемы подключения и питания

Как неоновая лампа подключается к сети и можно ли это сделать самостоятельно? Попробуем это выяснить.

Для того чтобы заставить неон светиться, требуется много энергии, а потому неоновая лампа питается довольно высоким (киловольты) напряжением. В связи с этим просто так в розетку неоновую лампу не включишь. Для создания необходимого напряжения служат высоковольтные повышающие трансформаторы: электромагнитные или электронные.

Выше я сказал, что для питания газосветных приборов необходимы киловольты. Но сколько конкретно? Все будет зависеть от диаметра и длины лампы или группы однотипных ламп, которые можно включить последовательно. Если ты решил самостоятельно организовать подсветку неоновыми лампами (именно неоновыми), то в выборе трансформатора тебе поможет следующая табличка (длина лампы указана в метрах):

Зависимость питающего напряжения неоновой лампы от ее длины и диаметра:

Если же у тебя лампы не чисто неоновые, а наполнены стандартной газовой смесью К-4 (неон + аргон), то пользуйся вот этой табличкой (длина лампы указана в метрах):

Зависимость питающего напряжения неоновой лампы со смесью К-4 от ее длины и диаметра:

С трансформатором разобрались. Теперь о проводах. Поскольку питание газосветных приборов высоковольтное, то и провода, их питающие, должны быть высоковольтными, выдерживающими по изоляции минимум полтора рабочих напряжения.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Идеальным для наших целей будет провод ПМВК (провод высоковольтный, монтажный, теплостойкий), выдерживающий напряжение до 20 кВ. Стоит он относительно недорого (около 4 руб./м) и может работать при температурах от -60 до +80 градусов по Цельсию.

Монтируя неоновую конструкцию, придерживаемся следующих основных правил:

• провод и неоновые лапы не должны касаться металлических конструкций. Для этого при необходимости используются держатели из поликарбоната;
• провода от разных трансформаторов должны располагаться друг от друга на расстоянии не менее 20 см;
• длина проводов должна быть по возможности минимальной;
• при прохождении провода сквозь отверстия в металлических конструкциях его нужно поместить в отрезок ПВХ трубки;
• все металлические части несущей конструкции и трансформатор должны быть заземлены.

Осталось рассмотреть схемы подключения неоновых ламп к трансформатору. Всего их две – стандартная и с нулевой точкой:

Вторая схема имеет некоторое преимущество перед первой. Во-первых, она позволит существенно сократить длину проводов, во-вторых, если выйдет из строя одна из ламп, то погаснет лишь одна секция.

Мнение эксперта

Алексей Бартош

Специалист по ремонту, обслуживанию электрооборудования и промышленной электроники.

Задать вопрос эксперту

Если будет выбрана вторая схема, то необходимо иметь в виду, что в обоих плечах должны стоять неоновые лампы одного диаметра и типа (одинаковое газонаполнение), а плечи должны иметь равную длину.

Чем холодный неон отличается от обычного

Нередко можно услышать такое понятие, как «холодный неон». Что это за неон такой и чем отличается от обычного? Прежде всего сразу оговорюсь, холодный неон – вовсе не неон. А называется он неоном потому, что свечение его практически не отличается от неонового. Оно такое же мягкое и равномерное.

Конструктивно источник холодного неона представляет собой токопроводящий провод, покрытый слоем специального люминофора, способного светиться в магнитном поле. Поверх люминофора спиралью с большим шагом наматываются два тонких дополнительных провода. Вся конструкция помещается в двойную прозрачную оболочку из ПВХ. Процесс пайки коннектора к холодному неону вы видите ниже.

Конструкция лампы холодного неона

Токонесущий провод и два дополнительных соединяются со специальной схемой – инвертором, а сам инвертор подключается к источнику питания – 220, 12, 3.5 В и др. (зависит от исполнения инвертора).

При подаче на инвертор напряжения между проводами создается магнитное поле, которое заставляет светиться люминофор мягким светом, очень напоминающим неоновое сечение. Как и неоновая лампа, лампа холодного неона может светиться разными цветами – все зависит от состава люминофора.

Благодаря тому, что лампа холодного неона очень хорошо гнется в любом направлении, холодный неон нередко называют гибким неоном.

Чем отличается гибкий неон от обычной неоновой лампы?  Основных отличий четыре:

1. Трубка холодного неона отлично гнется, и ты можешь самостоятельно придать ей любую желаемую форму. Форма же неоновой лампы задается производителем раз и навсегда.
2. Высокая ударопрочность. Трубка холодного неона не боится ударов, в то время как стеклянную неоновую лампу легко разбить.
3. Низкое энергопотребление. Гибкий неон потребляет в среднем в два раза меньше энергии (4-6 Вт/м), но и создаваемый ею световой поток несколько ниже.
4. Отсутствие нагрева. Холодный неон называется холодным, потому что абсолютно не нагревается.

Светодиодная лента – альтернатива неону или нет

Я думаю, прочитав эту статью, ты и сам ответишь на вопрос в заголовке. Начать хотя бы с того, что резкое контрастное светодиодное освещение не идет ни в какое сравнение с мягким ровным светом, который создает неоновая подсветка. Особенно это заметно, если источник света открытый. Взглянем на «рисунки», сделанные неоновыми лампами и представим, как бы это выглядело в светодиодном исполнении. Лично я не могу провести даже приблизительной аналогии.

Далее, практически любая светодиодная лента (кроме разве что филаментных полупроводниковых трубок) светит точками – в ней четко просматривается каждый светодиод. Неоновая же лампа равномерно светится по всей длине.

Форма. У неоновой лампы она может быть любой, и в большинстве случаев ее невозможно повторить светодиодной лентой, изгибающейся только в одном измерении.

Единственный, пожалуй, вариант, когда лентой можно заменить неоновую лампу – подсветка отраженным светом, когда самого источника не видно. Но и в этом случае резкие свет и цвет светодиодов не идут ни в какое сравнение с мягким светом неоновой лампы.

Вот мы и познакомились с этими оригинальными источниками света – неоновыми лампами, узнали, чем холодный неон отличается от настоящего. Теперь ты легко отличишь неоновую подсветку от любой другой, а при желании сможешь самостоятельно подключить неоновую лампу к сети.