白炽灯_日光灯_LED的发光原理介绍 - 全文

　　白炽灯介绍

　　白炽灯是一种热辐射光源，能量的转换效率很低，只有2%～4%的电能转换为眼睛能够感受到的光。但白炽灯具有显色性好、光谱连续、使用方便等优点，因而仍被广泛应用。

　　白炽灯组成结构

　　白炽灯，主要由玻壳、灯丝、导线、感柱、灯头等组成。

　　玻壳做成圆球形，制作材料是耐热玻璃，它把灯丝和空气隔离，既能透光，又起保护作用。白炽灯工作的时候，玻壳的温度最高可达100℃左右。

　　灯丝：是用比头发丝还细得多的钨丝，做成螺旋形。看起来灯丝很短，其实把这种极细的螺旋形的钨丝拉成一条直线，这条直线竟有1米多长。

　　白炽灯里的钨丝害怕空气。如果玻壳里充满空气，那么通电以后，钨丝温度升高到2000℃以上，空气就会对它毫不留情地发动袭击，使它很快被烧断，同时生成一种黄白色的三氧化钨，附着在玻壳内壁和灯内部件上。

　　导线：两条导线表面上很简单，实际上由内导线、杜美丝和外导线三部分组成。内导线用来导电和固定灯丝，用铜丝或镀镍铁丝制做；中间一段很短的红色金属丝叫杜美丝，要求它同玻璃密切结合而不漏气；外导线是铜丝，任务就是连接灯头用以通电。

　　感柱：一个喇叭形的玻璃零件就是感柱，它连着玻壳，起着固定金属部件的作用。其中的排气管用来把玻壳里的空气抽走，然后将下端烧焊密封，灯就不漏气了。

　　灯头是连接灯座和接通电源的金属件，用焊泥把它同玻壳粘结在一起。

　　白炽灯的特性

　　能量特性

　　能量特性可以用发光效率来描述。白炽灯所消耗的能量 其中只有一小部分转换为可见辐射光， 很大一部分转换为红外线或被损失掉。白炽灯的发光效率在13%左右。

　　电压特性

　　白炽灯的灯丝温度、电流、功率、光通量、光效和寿命均随所加电压的变化成指数函数变化，并用特征指数描述其变化规律。图3表示出白炽灯的电压变化特性曲线。［2］

　　寿命

　　通常指新白炽灯开始使用到断丝为止的时间，或指灯保持在规定的光通量数值上的燃点时间。白炽灯的电源电压变化对灯寿命的影响，通常功率为30 W以上的灯，燃点750 h时，光通量维持率可在85%以上，在数百毫秒至数秒的开灯与关灯周期内的瞬时电流，可使灯的寿命缩短2%～8%。

　　白炽灯的发光原理

　　白炽灯是将电能转化为光能以提供照明的设备。其工作原理是：电首先被转化成了热，将灯丝加热至极高的温度（钨丝，熔点达3000℃多），这时候组成灯丝的元素的原子核外电子会被激发，从而使得其向较高能量的外层跃迁，当电子再次向低能量的电子层跃迁时，多余的能量便以光的形式放出来了。同时产生热量，螺旋状的灯丝不断将热量聚集，使得灯丝的温度达2000℃以上，灯丝在处于白炽状态时，就象烧红了的铁能发光一样而发出光来。灯丝的温度越高，发出的光就越亮。故称之为白炽灯。

　　白炽灯是由发光用的金属钨丝、与外界电源相通的电极，尾部的密封部分组成。一般将灯泡里面抽成真空或充入其它惰性气体，利用钨的熔点高的特点，将其制造成丝状，通入电流后，钨丝便发光，并有一部分电能转化为热能。在使用白炽灯时，注意不要去处接触灯泡，第一，灯泡表面温度很高，容易烫着手；第二，灯泡在工作时，钨丝在很高的温度下变软，如果晃动灯泡，容易使灯泡损坏。在刚开关刚闭合时钨丝最容易烧断。

　　日光灯介绍

　　日光灯又名荧光灯，所以日光灯就是荧光灯。日光灯俗称“电棒”，就是细长圆柱形的白色不透明玻璃管，（灯管内的白色物质就是引起发光的荧光粉，所以也叫荧光灯），两端还各有两个细腿的那种，因为照出的光线和太阳照的一样不会引起物体变色，所以叫日光灯。用途非常广泛。在造型上也有柱型、环型、U型等多种。其最大特点是光亮、节电、散射、无影，是典型的重在照明的灯具，装饰效果较差。所以在选购时应更注重其照明效果。 还有就是荧光灯节能灯，与日光灯的发光原理和效果一样，发光的灯管一般是“U”形或螺旋形的白色不透明玻璃。因它把电子镇流器什么的都做在灯头里了，所以不象日光灯安装那么麻烦，可以直接替代普通电灯泡（白炽灯），虽然价格高一点，但是光线效果很好，还节能，一个16瓦的节能灯亮度相当于一只60瓦的灯泡。

　　日光灯的工作原理

　　日光灯的整体电路如图所示。其工作原理是：当开关接通的时候，电源电压立即通过镇流器和灯管灯丝加到启辉器的两极。220伏的电压立即使启辉器的惰性气体电离，产生辉光放电。辉光放电的热量使双金属片受热膨胀，两极接触。电流通过镇流器、启辉器触极和两端灯丝构成通路。灯丝很快被电流加热，发射出大量电子。这时，由于启辉器两极闭合，两极间电压为零，辉光放电消失，管内温度降低；双金属片自动复位，两极断开。在两极断开的瞬间，电路电流突然切断，镇流器产生很大的自感电动势，与电源电压叠加后作用于管两端。灯丝受热时发射出来的大量电子，在灯管两端高电压作用下，以极大的速度由低电势端向高电势端运动。在加速运动的过程中，碰撞管内氩气分子，使之迅速电离。氩气电离生热，热量使水银产生蒸气，随之水银蒸气也被电离，并发出强烈的紫外线。在紫外线的激发下，管壁内的荧光粉发出近乎白色的可见光。

　　日光灯正常发光后，由于交流电不断通过镇流器的线圈，线圈中产生自感电动势，自感电动势阻碍线圈中的电流变化，这时镇流器起降压限流的作用，使电流稳定在灯管的额定电流范围内，灯管两端电压也稳定在额定工作电压范围内。由于这个电压低于启辉器的电离电压，所以并联在两端的启辉器也就不再起作用了。

　　灯管两端发黑原因：钨丝的升华直接变成钨气，这些钨气体遇到温度较低的灯管壁又凝华在灯管壁上而发黑的，当钨丝升华到比较细瘦时，通电后就很容易烧断，从而结束了灯的寿命。
 

　　LED灯介绍

　　LED灯是一块电致发光的半导体材料芯片，用银胶或白胶固化到支架上，然后用银线或金线连接芯片和电路板，四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，最后安装外壳，所以 LED 灯的抗震性能好。

　　LED灯优点

　　1、体积小LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。

　　2、电压低LED耗电相当低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V。只需要极微弱电流即可正常发光。

　　3、使用寿命长在恰当的电流和电压下，LED的使用寿命可达10万小时。

　　4、高亮度、低热量LED使用冷发光技术，发热量比同等功率普通照明灯具低很多。

　　5、环保LED是由无毒的材料构成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。

　　LED灯缺点

　　1、质量目前国内LED灯具没有统一的标准，而LED灯具的生产厂家又很多，生产质量参差不齐，如果生产LED灯具的厂家不给力，活不了太久，很可能出现宣传10年的LED灯具1年就坏了，而半年前这家LED灯具公司就已经关门大吉了这种尴尬的局面。

　　2、价格相对传统灯具，LED可能要贵好几倍

　　3、散热灯体如果导热性不好的话，坏灯和光衰加速更快了。

　　LED的发光原理

　　发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-V特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图2所示。

　　假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率就高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。

　　理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）；式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。