霓虹灯

霓虹灯或冷阴极荧光灯（简称CCFL）是气体放电管，其电极之间施加高压以点燃辉光放电，其延伸的正极柱根据填充气体的不同而以不同的颜色点亮。阴极未加热，因此几乎不发射热电子 - 发射是通过正离子在阴极下降时加速并与阴极碰撞而产生的二次电子发射而发生的。

当使用寿命长很重要时，白色发光霓虹灯用于照明，例如第 一台 (LC) 平板显示器的背光或更早的用于市中心区域的设计元素和光场。

其他颜色可以用其他气体实现，但也可以像荧光灯一样使用荧光内涂层。 在这种情况下，气体混合物由氩气和汞组成，主要发射紫外线，通过荧光粉将其转化为所需的光色。（因此，虽然作为冷阴极灯的荧光灯也可以含有荧光粉，但术语荧光管通常仅用于热阴极灯。）

霓虹灯今天也广泛用于照明广告，但在这里越来越多地被发光二极管取代。

电极被密封在一个细的、充气的玻璃管的末端，这两个都被称为阴极，尽管在几乎完全使用的交流操作中，一个总是阳极。原因在于它们释放电子的功能。

指定冷阴极管并不意味着电极在操作期间保持冷，而是电子发射的机制不是热发射。这将需要在电极上涂上一种对电子功函数较低的材料，例如荧光灯，其寿命受限于这种材料的缓慢蒸发。

另一方面，虹灯与二次电子一起工作。施加的电压在阴极和阳极之间产生电场，该电场使气体中存在的气体离子沿相应阴极的方向快速移动。

撞击时释放的能量会从阴极射出一些离子的电子，但对于大多数离子来说，它会完全消散，这使得“冷阴极”在高电流下通常比热离子阴极更热。另一个不希望的副作用是材料的去除。电极的环形或杯形导致材料的再沉积。

对于二次发射，陡峭的电压降，直接在阴极前面的强电场是必要的，因为离子会因与气体原子碰撞而失去速度，因此即使在短距离内也会失去能量。同时，该场使释放的电子加速远离阴极，以至于气体原子在碰撞时失去电子（碰撞电离），从而使电子数量成倍增加。

然而，在正极柱中的电子携带大部分电流之前，场强仍然很高，因此到那时，50 到 100 伏特的工作电压的很大一部分已经丢失。因此，阴极前面的区域称为阴极液滴。它的膨胀取决于气体压力。

在充满管子剩余长度的正极柱中，场强和电子能量较低。对于直径为 30 毫米的管子，它约为每米 400 伏特，而对于直径为约 80 毫米的管子，则高达 1000 V/m。电子与气体原子的碰撞激发它们发光，罕见的碰撞电离仅通过复合取代电荷载流子的损失。

通常选择几百伏的燃烧电压，以便阴极的损失不那么显着；点火电压要高得多。但是，VDE 法规将允许的电压（以及管的长度）限制为 7.5 kV。

虽然荧光灯可以在电源电压上使用简单的扼流圈来操作（对于热电子发射，阴极电压降与气体的电离能相当，工作电压在 100 至 200 伏特时要小得多），但这是不可能的霓虹灯。

过去，杂散场变压器被用作霓虹灯的镇流器。这些通常有一种方法来设置工作电流或使其适应不同数量的串联灯管，这是典型的霓虹灯标志。当前设置为在机械可调磁分流器中。通常的电压为 2 × 2.5…4 kV。

与其他冷阴极管一样，在低于标称电流的情况下工作并不重要，这就是为什么氖管可以使用后沿调光器进行调光。

现在大多是根据开关电源的原理使用电子镇流器；这些通常有一个选项可以自己设置电流。在电池或直流电源的情况下，它们被称为谐振转换器或逆变器。

空转时，镇流器提供高点火电压，在运行期间下降到 30% 左右。霓虹灯的功耗约为 30 W/m，光输出为 30-100 lm/W。根据填充气体的不同，无涂层冷阴极灯的使用寿命可达 20 年。与开关机无关；一种有利于闪烁霓虹灯标志的特性。

用于背光 LC 和 TFT 显示器的冷阴极灯的谐振转换器是一种带有谐振变压器的特殊形式的逆变器，允许使用控制信号调节电流。在电路方面，它们通常设计为使用两个晶体管作为开关元件的谐振推挽转换器。

干线操作的镇流器通常也是可控的。优点（无闪烁即时启动、从 0 调光到 xxx、不同颜色）也有利于艺术装置和 RGB 换色器。

由于气体放电灯具有负微分内阻（流过灯管的电流越大，其两端的电压降越小），镇流器必须限制输出电流。对于逆变器，空转有时会导致其损坏；如果电子镇流器不点亮，它们会自动关闭。

逆变器产生的交流电压具有 30...100 千赫兹的高频，数值 < 50 kHz，因为三次谐波的发射干扰低于 150 kHz（EMC 测量的下限）。因此，逆变器和冷阴极之间的电源线不能太长或在导电表面（例如计算机外壳）上布线，否则部分逆变器功率会因高容量而损失，并且灯管会变暗，熄灭或不再在其整个长度上亮起。

线路和灯头有耐高压绝缘（一般为硅橡胶），不得损坏。

杂散场变压器和逆变器通常提供与地电势对称且就直流电流而言无电势的交流电压；霓虹灯镇流器可以通过这种方式检测接地短路。此外，这减少了辐射干扰。

霓虹灯的颜色取决于所充气体的种类（括号内为易老化的非稀有气体）：

• 霓虹灯：橙红色
• 红色管中的霓虹灯：红色
• 黄色管中的霓虹灯：橙色
• 氩气：紫色
• 氩与汞：蓝色
• 黄色管中带汞的氩气：绿色
• 氦气：红白色
• 黄管中的氦气：黄色
• （二氧化碳：白色）
• 氪：灰白色
• （氮气：粉色/紫色）
• 氙：蓝白色

彩色霓虹灯通常像使用荧光染料的荧光灯一样工作。有冷阴极灯和热阴极灯两种颜色。这些颜色不是通过气体填充实现的，而是通过不同的磷光体实现的，这些磷光体将汞-氩填充的气体放电的紫外线发射转化为可见光。

无色管， 那些没有彩色玻璃过滤器和/或荧光染料的很少使用，因为它们在关闭时很难看到，因此不太适合照明广告。然而，通过闪烁切换，它们在装饰上产生明显的颜色变化效果。

氖管充满惰性气体氖，根据其发射光谱发出橙红色光。荧光灯也通俗地称为霓虹灯管 - 但荧光灯含有汞蒸气，并且在玻璃内部有荧光粉。霓虹灯管有一个无涂层的透明或红色玻璃灯泡。长期以来，霓虹灯管一直用于照明广告（霓虹灯标志）和高层建筑照明，较小的设计被称为辉光灯。