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.
Трубки различного цвета свечения
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.
Естественно, не забыли про неон и рекламщики.
Неоновые рекламные стенды
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:
Что касается недостатков, то они следующие:
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.
Электронный трансформатор для неоновой лампы
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.
Монтируя неоновую конструкцию, придерживаемся следующих основных правил:
Осталось рассмотреть схемы подключения неоновых ламп к трансформатору. Всего их две – стандартная и с нулевой точкой:
Стандартная схема подключения 
Схема подключения 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.
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).
12-вольтовый инвертор для холодного неона
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.
Разные цвета холодного неона
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:
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.
Создать такое из светодиодной ленты практически невозможно
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.
Описание свечения неоновой лампы
Что такое неоновая лампа
Газоразрядная трубка низкого давления, заполненная инертным газом неоном, представляет собой классическую неонку — лампу, производящую равномерный оранжево красный неоновый свет по всей длине. К инертным газам, применяемым в осветительных приборах относят гелий, ксенон, аргон, криптон, но они имеют другие спектры свечения, что позволяет комбинировать их и создавать различные цветовые решения.
Конструкционно неонка ничем не отличается от других газоразрядных ламп, в том числе люминесцентных. Для запуска устройства необходим ток в пределах 0,1-1 миллиампер. Такая чувствительность сделала возможным применение неоновых ламп в индикаторах сетевого напряжения при условии использования понижающего резистора для предохранения от удара электричеством.
В то же время напряжение зажигания, в зависимости от длины, диаметра и газонаполнения колбы может достигать 12 000 вольт. Поэтому запуск и поддержание работы устройства требует наличия в схеме инвертора. Основное применение неоновое освещение нашло в сфере рекламы и развлечений на территории Европы и США. В России эта мода распространилась с опозданием на десять-пятнадцать лет, хотя в промышленных приборах тлеющего разряда и индикации технология использовалась с 50-х годов.
Где берут неон
Первая неонка была изготовлена в 1910 году Жоржем Клодом, но для своего изобретения он использовал наработки Мориса Траверса и Уильяма Рамзая — английских химиков, получивших неон путем исключения его из воздуха в качестве побочного продукта. В атмосферном воздухе максимальная концентрация Ne достигает 0,00182%. Это очень мало в масштабах планеты, но достаточно для его добычи в промышленных объемах.
Способ получения неона заключается в сжижении всех тяжелых компонентов воздуха, вследствие чего образуется остаточный несжиженый компонент — гелий-неоновая смесь. Для разделения гелия и неона применяются три способа:
Именно последняя технология позволяет получать газ 99,9% чистоты в промышленных масштабах.
Виды неона
Любую светящуюся цветную трубку, иногда изогнутую необходимым образом ошибочно называют неонкой. Однако в классическом виде такая лампа изготавливается из стеклянной колбы, заполненной инертным неоном, с двумя-тремя электродами на концах. Индикаторные лампочки по размеру бывают меньше LED-элемента, а газоразрядные трубки достигают десяти метров в длину и 20 мм в диаметре.
При изготовлении колбы ей придают необходимую форму, нагревая стекло на газовой горелке, заполняют неоном, добавляют несколько капель ртути для яркости свечения. Устройство неустойчиво к механическим воздействиям, а его утилизация требует специальных мер безопасности, связанных с токсичностью паров ртути. Однако простота устройства ограничивает его долговечность только целостностью колбы, составом электродов, а также исправностью пусковых элементов. В классической неонке буквально нечему перегорать, поэтому их корректная работа может продолжаться в беспрерывном режиме до 80 000 часов.
Гибкий
Сложность эксплуатации стеклянных ламп привела к изобретению альтернативных технологий, имитирующих неоновую подсветку. В качестве замены стали популярны светодиодные ленты, вмонтированные в поливинилхлоридные или силиконовые полоски, рассеивающие лучи лампочек таким образом, чтобы свет распределялся равномерно по поверхности полосы. Так называемый гибкий неон:
Холодный
Разновидность гибкого неона, но технологически выполнен по другому принципу. В качестве источника света используется люминофор, которым покрывается гибкий медный провод. Поверх слоя люминофора и прозрачного диэлектрика наматывается тонкая медная проволока по спирали. Вся конструкция имеет прозрачную пластиковую оболочку. Спираль со стержнем работают по принципу магнитной катушки, и именно магнитное поле возбуждает свечение люминофора.
Работа холодного неона возможна при подключении к сети через специальные инверторы, выдающие ток частотой до 6000 Гц. Сама лампа представляет собой гибкий, прочный и герметичный шнур с различным цветом свечения в зависимости от типа люминофора.
Диаметр нити зачастую регулируется производителями лишь толщиной внешней оболочки, внутренняя часть остается неизменной. Поэтому брать толстый шнур есть смысл только в том случае, если это оправдано размером конструкционного паза.
Характерная особенность холодного неона — полное отсутствие нагревания нити во время продолжительной работы. Единственный недостаток технологии в том, что при частых остроугольных перегибах по малому диаметру покрытие из люминофора нарушается с образованием затемненных зон на проводе.
Где используют неоновые лампы, примеры с фото
Изначально свойства неоновых лампочек определили их применение в сфере электротехники в качестве:
Неоновые лампы в современности используются, по большей части, в сфере торговли, дизайна и развлечений.
Как работает неоновая лампа
В классической газоразрядной неонке используется способность неона выделять фотоны света при обмене молекул газа энергией в разряженной среде под действием электричества. При подключении переменного тока свечение распределяется равномерно по всей колбе. Если ток постоянный, то свечение концентрируется вокруг катода.
Схема подключения
Индикаторные лампочки подключаются через понижающий резистор по следующей схеме.
Для примера, осветительные приборы на LED-элементах требуют более сложной схемы подключения через пускорегулирующий аппарат, как на рисунке ниже.
Подключение газоразрядной неонки подразумевает наличие в схеме инвертора соответствующей мощности.
Первая схема считается стандартной. Вторая позволяет уменьшить длину проводников, а в случае выхода из строя одной из сторон цепи вторая продолжает работать.
В зависимости от длины и диаметра газоразрядной трубки, для ее запуска необходим повышающий трансформатор мощностью, представленной в таблице.
Подключение электрических светильников к высоковольтным устройствам требует знания электрики и электротехники. При неверном расчете разряд может превратиться в дуговой, с последующим разрывом колбы.
Холодный неон подключается через инвертор к блоку питания на 12 или 24 вольта в зависимости от длины светящегося шнура.
LED-неон подключается аналогично светодиодным лентам, но все соединения производятся посредством коннекторов с последующей герметизацией места стыка, как на видео.
Как получить разный спектр свечения
RGB-ленты при наличии контроллера способны менять цвет, режимы и интенсивность свечения гибкого неона с имитацией гирлянд или стробоскопа. В газоразрядных лампах для получения разных цветов применяют разные инертные газы или их комбинации с цветом стекла колбы. К примеру, для получения зеленого свечения ксенон, светящийся синим цветом закачивают в желтую колбу.
Преимущества и недостатки
Газоразрядная неонка излучает мягкий, и, если так можно выразиться, более аналоговый свет по сравнению с устройствами другого типа. Среди плюсов этих ламп выделяют:
В то же время устройство газоразрядных ламп не лишено недостатков и считается устаревшим по следующим причинам:
Основные отличия от светодиодной ленты
Шнур, работающий по принципу свечения люминофора под воздействием электромагнитного поля так же, как и газоразрядная трубка излучает свет на 360°, но при этом изгибается в любую сторону и потребляет меньше энергии. Гибкая полоса на LED-элементах излучает свет на 180° в одну сторону и изгибается только в одной плоскости. Преимущество гибкой светодиодной ленты, имитирующей неонку, в ее механической устойчивости, простоте эксплуатации и возможности управлять режимом через контроллер.
Конечно, система RGB-лент ограничена направлением и радиусом изгиба, а также узким вектором свечения, но эти недостатки компенсируются возможностью создания уникальных световых шоу при использовании программируемых контроллеров с разными режимами работы. В то же время светящаяся неоновая нить тоньше (до 2 мм), и это позволяет монтировать ее в узкие стыки и щели, что актуально при автотюнинге и декоративном апгрейде различных устройств.
Следует добавить, что сейчас возвращается мода на ретро, в том числе и аналоговое, поэтому старые газоразрядные светильники не утрачивают актуальности в сфере дизайна и маркетинга. Цена и сложность в эксплуатации сделали классические неонки предметом выбора для состоятельных покупателей, желающих выделиться своим статусом и хорошим вкусом.
Применения неоновой подсветки в интерьере и экстерьере
Гибкие ленты и неоновые лампы получили широкое распространение благодаря очевидным достоинствам — яркому свечению, разнообразию цветовой гаммы, надежности и продолжительному сроку эксплуатации. Их применяют для внутреннего и наружного освещения.
Что такое неоновые лампы
Неоновые лампы — это осветительные приборы, используемые повсеместно, – в промышленных, административных и жилых объектах, оформлении интерьера помещений различного предназначения, на праздничных вывесках и т.д.
Конструктивно данное изделие — это стеклянная трубка, под небольшим давлением заполненная газом неоном. Отсюда и происходит название.
Существуют другие типы неоновых ламп, в которых используются различные инертные газы. Но все они имеют одинаковое наименование.
Принцип работы
По принципу работы осветительные приборы схожи с газоразрядными, но все же имеются некоторые отличия. Атомы неона, находящегося в стеклянной трубке, покрыты электронной оболочкой, за счет чего не контактируют с остальными. Чтобы оторвался хотя бы один электрон, требуется мощная энергия напряжением от 15000 В.
Каждый конец стеклянной трубки оснащен электродами. Неоновые светильники имеют важную особенность — они могут работать от источников и переменного, и постоянного тока. Но в последнем случае свечение появится только в месте расположения электродов.
Кратко опишем принцип работы такого светильника:
Достоинства и недостатки
Эксплуатация неоновых ламп дает несколько преимуществ и недостатков. Из преимуществ выделим следующие:
Наряду с преимуществами, существует и несколько недостатков:
Дуговой разряд образуется в газе и характеризуется высокой плотностью тока и падением напряжения.
Помимо стандартных неоновых ламп, на рынке можно встретить неоновые ленты, называемые гибким неоном, — ПВХ-трубки, внутри которых встроены светодиодные ленты. Для их классификации используются различные критерии. Они могут быть цветными или однотонными, прозрачными или матовыми.
Для начала рассмотрим электролюминесцентные лампы — одну из разновидностей гибкого неона. Основными конструктивными элементами являются поливинилхлоридная изоляция и провод. Электрический ток, движущийся по кабелю, создает магнитное поле. Это возбуждает люминофорный слой на наружной поверхности провода, принуждая его светиться.
Светодиодный неон имеет свои подтипы:
Все они различаются между собой качеством используемых светодиодов, яркостью освещения, диаметром провода, особенностями монтажа. Это расширяет возможности выбора светодиодных неоновых ламп в соответствии с их предназначением.
Гибкий неон создает постоянное свечение. Переменные волны и мерцание возникают из-за добавления контроллеров в электрическую цепь. Такое строение цепи нередко используется для организации рекламных вывесок, праздничного декора и т.п. Для соединения нескольких шнуров требуются специальные коннекторы.
Неоновая лента, по сравнению с лампой, имеет несколько преимуществ:
Существуют газосветные лампы тлеющего разряда, которые эксплуатируются в электро- и радиотехнических приборах. Их разновидности показаны в таблице ниже.
| Вид | Средний срок эксплуатации | Величина тока |
|---|---|---|
| ТН-0,2 | от 220 часов | не выше 0,2 мА |
| ТН-0,3 | от 220 часов | не выше 0,3 мА |
| ТН-0,5 | от 300 часов | не выше 0,5 мА |
| ТН-0,9 | от 300 часов | не выше 0,9 мА |
| ТН-1 | от 100 часов | не выше 1 мА |
| ТН-20 | от 1000 часов | не выше 20 мА |
| ТН-30 | от 1000 часов | не выше 30 мА |
Применение
Область применения таких ламп и гибких лент разнообразна. О них мы писали в начале статьи. Рассмотрим подробнее.
Нередко неоновые осветительные приборы используются для украшения жилых комнат, что позволяет создать органичный интерьер. Это отличный вариант для тех, кто решил преобразить помещение, добавить что-то уникальное. Установив светодиодные ленты на беседку, вы сможете создать необыкновенную атмосферу во время вечернего отдыха с семьей или близкими друзьями.
Но это далеко не все возможности применения ленты в быту. С ее помощью можно сделать акцент на потолке, красивом гардеробном шкафе, настенном зеркале. К примеру, чтобы при открытии ниши или дверцы шкафа включалась неоновая подсветка. Даже аквариум для рыбок будет смотреться более изящно, если прикрепить к нему такую ленту (а это возможно, учитывая ее гидроизоляцию).
На кухне неоновая лента может эксплуатироваться для подсветки в зонах мытья посуды и приготовления пищи.
Проверка
Перед покупкой неоновых ламп или гибких лент нужно разобраться в том, как проверить их на работоспособность и исключить дефекты. Сначала нужно осмотреть визуально, затем — испытать под напряжением.
Достаточно подключить лампу к радиотрансляционной сети через низкочастотный трансформатор или воспользоваться сетью переменного тока. В крайнем случае – батарейки и силовой низкочастотный трансформатор помогут решить эту задачу.
Для проверки люминесцентной лампы нужно пускорегулирующее устройство электронного или электромагнитного типа. Первое используется чаще.
Не будет лишним сравнить работоспособность и свечение проверяемой лампы с аналогичной (с идентичными параметрами). Важно соблюдать последовательность подключения к цепи. Если светильник работает нормально, то ищите неисправность в блоке.
Установка и подключение
Процесс монтажа неоновых ламп максимально прост. Сначала к выбранной поверхности крепится держатель осветительного прибора, а уже после устанавливают лампочки.
Для подключения к сети используют резисторы, ограничивающие величину электрического тока. В большинстве случаев они встраиваются в цоколь светильника. Важно исключить вероятность преобразования тлеющего разряда в дуговой, опасный для человека.
В процессе установки надо соблюдать несколько основных требований:
Неоновые светильники нельзя использовать в качестве основных приборов освещения. С другой стороны, с их помощью вы сможете создать неповторимую обстановку в доме, украсить фасад, летнюю веранду, беседку, привлечь внимание людей, проходящих мимо магазина, расставить акценты на наиболее ярких и важных элементах интерьера. При правильной и безопасной установке вы сможете наслаждаться полученным результатом в течение нескольких лет.