金属卤化物灯原理详解

　　金属卤化物灯以其发光效率高、体积小而广受人们关注,本文试对金属卤化物灯的方方面面作简要介绍。

　　一、金属卤化物灯的发光过程

　　金属卤化物灯内充有少量金属卤化物和气体,从触发到正常发光需一分多钟,大致分为三阶段。

　　1.触发阶段。金属卤化物灯内无灯丝,只有两个电极,直接加上工作电压不能点燃,必须先加高压使灯内气体电离。高压由专用触发器产生。

　　2.着火阶段。灯泡触发后,电极的放电电压进一步加热电极,形成辉光放电,并为弧光放电创造条件。

　　3.正常发光阶段。在辉光放电的作用下,电极温度越来越高,发射的电子数量越来越多,迅速过渡到弧光放电。随着温度进一步升高,灯的发光越来越强直到正常,全部过程需一分多钟,如果启动电流大,电源启动性能好,此过程可短些。

　　二、金属卤化物灯的发光机理

　　金属卤化物灯主要依靠金属卤化物作为发光材料,金属卤化物以固体形态存在灯内。因此,灯内必须充有少量的引燃气体氢或氙,以便点燃灯泡。灯点燃后,首先工作在低气压弧光放电状态,此时灯两极电压很低,约18~20V,光输出也很少,这时主要产生热能,使整个灯体加热,引入灯中的金属卤化物随温度升高不断蒸发,成为金属卤化物蒸气,在热对流的作用下,不断向电弧中心流动,一部分金属卤化物被电弧5500~6000K高温分解,成为金属原子和卤素原子,在电场的作用下,金属原子被激发发光;另一部分金属卤化物不被电弧高温所分解,在高温和电场双重作用下,直接激发形成分子发光。

　　由于各种金属卤化物蒸发温度不同,因此,这些粒子陆续蒸发参与发光,所以有不同的原子光谱相继出现,随着温度的逐渐升高,电弧中金属原子密度逐渐增加,产生共振吸收,原子特征光谱逐渐减弱直至消失,并向长波段扩展,由于灯温进一步提高并建立热平衡,于是全部金属卤化物蒸发,分子光谱随之出现,光色及亮度也趋于稳定,灯内气压可达几十个大气压,灯内电弧由低压弧光放电转为高压弧光放电,灯两端电压由18~20V上升并逐渐稳定到100V左右,进入正常发光状态。

　　灯的发光效率与灯的外形尺寸、工艺结构和所含金属种类有关。

　　三、金属卤化物灯的优缺点

　　金属卤化物灯的最大优点是发光效率特别高,光效高达80~90Lm/W,正常发光时发热少,因此是一种冷光源。由于金属卤化物灯的光谱是在连续光谱的基础上迭加了密集的线状光谱,故显色指数特别高,即彩色还原性特别好,可达90%。另外,金属卤化物灯的色温高,可达5000~6000K,专用投影机灯可达7000~8000K。在同等亮度条件下,色温越高,人眼感觉越亮。

　　金属卤化物灯因亮度高、体积小,故相对寿命较短,由于材料、工艺的限制,目前国产金属卤化物灯寿命仍低于1000小时,进口的金属卤化物灯寿命可达几千小时。

　　金属卤化物灯的另一个缺点是启动困难,必须用专门的触发器。启动后亮度系逐渐增加,如果启动能量过大,启动速度过快,会影响灯泡寿命,在电路设计时应充分考虑。