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1、建筑照明第三章高强度气体放电灯(HID灯)3-101Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望一、一、HID灯的结构灯的结构(一一)荧光高压汞灯荧光高压汞灯1、灯头、灯头2、起动电阻、起动电阻3、起动电极、起动电极4、主电极、主电极5、放电管、放电管6、金属支架、金属支架8、辅助电极、辅助电极9、外玻壳、外玻壳5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)图图3-22荧光高压汞灯的结构荧光高压汞灯的结构 放电管放电管耐高温、高压的透明石英管，耐高温、高压的透明石英管，管内充
2、有一定管内充有一定量的汞外，还有少量氩气以降低起动电压和保量的汞外，还有少量氩气以降低起动电压和保护电极。护电极。 主电极主电极由钨杆及外面重叠绕成螺旋的钨丝组成，并由钨杆及外面重叠绕成螺旋的钨丝组成，并在其中填充碱土氧化物作为电子发射物质。在其中填充碱土氧化物作为电子发射物质。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 辅助电极辅助电极( (启动电极启动电极) )通过起动电阻和另一主电极连接，有助于灯通过起动电阻和另一主电极连接，有助于灯的顺利起动。的顺利起动。 外泡壳外泡壳抽成真空，还充入数十千帕的氖气或氖氩混抽成真空，还充入数十千帕的氖气或氖氩混合气体作绝热用。合气体作绝热用。采
3、用椭球形，起保温作用，防止环境对灯的影采用椭球形，起保温作用，防止环境对灯的影响。响。内壁上涂敷荧光粉，将灯的紫外辐射或短波长内壁上涂敷荧光粉，将灯的紫外辐射或短波长的蓝紫光转变为长波的可见光，提高光效，改的蓝紫光转变为长波的可见光，提高光效，改善光色。善光色。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 原理：原理：当开关当开关S S合上，合上，首先在辅助电极和主电极首先在辅助电极和主电极之间发生辉光放电，产生之间发生辉光放电，产生大量的电子和离子，从而大量的电子和离子，从而引发两个主电极间的弧光引发两个主电极间的弧光放电，灯管启燃。放电，灯管启燃。 辉光放电电流受到起辉光放电电流受到
4、起动电阻动电阻R(40R(4060k60k)的限的限制，使主、辅电极之间的制，使主、辅电极之间的电压远低于辉光放电所需电压远低于辉光放电所需的电压，所以弧光放电后的电压，所以弧光放电后辉光放电立即停止。辉光放电立即停止。 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 在启燃的初始阶段，放在启燃的初始阶段，放电管内的气压较低，放电电管内的气压较低，放电只在氩气中进行，产生的只在氩气中进行，产生的是是白色白色的光。的光。 随着放电时间的增随着放电时间的增加，放电管的温度不断升加，放电管的温度不断升高，汞蒸气的压力也逐渐高，汞蒸气的压力也逐渐上升，放电也逐渐转移到上升，放电也逐渐转移到在汞蒸气
5、中进行，发出的在汞蒸气中进行，发出的光由白色变为更明亮的光由白色变为更明亮的蓝蓝绿色。绿色。 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 原理：原理： 荧光高压汞灯的主要辐射来源于汞原子荧光高压汞灯的主要辐射来源于汞原子激发，以及通过泡壳内壁上的荧光粉将激激发，以及通过泡壳内壁上的荧光粉将激发后产生的紫外线转换为可见光。发后产生的紫外线转换为可见光。 光电参数：见表光电参数：见表 光谱能量分布：连续光谱成分较大光谱能量分布：连续光谱成分较大色温：约色温：约5500K显色指数：显色指数：3040光效：光效：50lm/W寿命：国内寿命：国内50006000h，国际水平，国际水平24000h
6、5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)(二二)金属卤化物灯金属卤化物灯 2020世纪世纪6060年代在高压汞灯基年代在高压汞灯基础上发展起来的新型光源。础上发展起来的新型光源。2、起动电阻、起动电阻3、起动电极、起动电极4、主电极、主电极5、放电管、放电管6、金属支架、金属支架7、消气剂、消气剂9、外玻壳、外玻壳10、保温膜、保温膜图图3-23金属卤化物灯的结构金属卤化物灯的结构95 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 放电管放电管透明石英管、半透明陶瓷管。管内充气体透明石英管、半透明陶瓷管。管内充气体u汞不仅提高光效、改善电特性还利用启动。汞不仅提高光效、改善电特性还
7、利用启动。u易电离的氖氩混合气体易电离的氖氩混合气体( (改善灯的启动改善灯的启动) )。u依靠金属依靠金属( (如铊、铟、镝、钪、钠等如铊、铟、镝、钪、钠等) )原子的辐原子的辐射发光，以金属卤化物的形式存在原因：射发光，以金属卤化物的形式存在原因：u金属卤化物的蒸气气压一般比纯金属本身金属卤化物的蒸气气压一般比纯金属本身的蒸气气压高得多，可满足金属发光所要的蒸气气压高得多，可满足金属发光所要求的压力；求的压力；u金属卤化物金属卤化物( (氟化物除外氟化物除外) )都不和石英玻璃都不和石英玻璃发生明显的化学作用，可抑制高温下纯金发生明显的化学作用，可抑制高温下纯金属与石英玻璃的反应。属与石英
8、玻璃的反应。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 主电极主电极用用“钍钨钍钨”或或“氧化钍钨氧化钍钨”作为电极，作为电极，并采用稀土金属的氧化物作为电子发射物质。并采用稀土金属的氧化物作为电子发射物质。 外泡壳外泡壳 采用椭球形，采用椭球形，涂有荧光粉，增加漫射，减少涂有荧光粉，增加漫射，减少眩光。眩光。 辅助电极辅助电极( (放电管内）放电管内） 双金属启动片双金属启动片( (泡壳内泡壳内) )5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 消气剂消气剂 灯长期工作，支架等材料的放气，使泡壳灯长期工作，支架等材料的放气，使泡壳内真空度降低，在引线或支架之间会产生放内真空度降
9、低，在引线或支架之间会产生放电。采用氧化锆的消气剂以保护灯的性能。电。采用氧化锆的消气剂以保护灯的性能。 保护膜保护膜 为提高管壁温度，防止冷端为提高管壁温度，防止冷端(影响蒸气压影响蒸气压力力)的产生，需在灯管两端加保温涂层，常的产生，需在灯管两端加保温涂层，常用二氧化锆、氧化铝。用二氧化锆、氧化铝。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)原理：原理： 金属卤化物灯主要辐射来自于各种金属金属卤化物灯主要辐射来自于各种金属( (如铊、如铊、铟、镝、钪、钠等铟、镝、钪、钠等) )的卤化物在高温下分解后产生的的卤化物在高温下分解后产生的金属蒸气金属蒸气( (和汞蒸气和汞蒸气) )混合物的
10、激发。混合物的激发。 灯起动点燃后，灯管放电开始在惰性气体中进灯起动点燃后，灯管放电开始在惰性气体中进行，灯只发出暗淡的光，随着放电继续进行，放电管行，灯只发出暗淡的光，随着放电继续进行，放电管产生的热量逐渐加热玻壳，使玻壳温度升高，汞和金产生的热量逐渐加热玻壳，使玻壳温度升高，汞和金属卤化物迅速蒸发，扩散到电弧中参与放电，当金属属卤化物迅速蒸发，扩散到电弧中参与放电，当金属卤化物分子扩散到高温中心后分解成金属原子和卤素卤化物分子扩散到高温中心后分解成金属原子和卤素原子，金属原子在放电中受激发而发出该金属的特征原子，金属原子在放电中受激发而发出该金属的特征光谱。光谱。5 高强度气体放电灯高强度
11、气体放电灯(HID灯灯)光电参数：见表光电参数：见表 光效：高于高压汞灯光效：高于高压汞灯色温：较高，属冷色灯色温：较高，属冷色灯光谱能量分布：具有较多的连续光谱成分光谱能量分布：具有较多的连续光谱成分显色指数：较高显色指数：较高5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)4、主电极、主电极5、放电管、放电管6、金属支架、金属支架7、消气剂、消气剂8、辅助电极、辅助电极9、外玻壳、外玻壳(三三)高压钠灯高压钠灯是利用高压钠蒸气放电发光的光源是利用高压钠蒸气放电发光的光源图图3-24高压钠灯的结构高压钠灯的结构95 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 放电管放电管 特殊制造的透
12、明特殊制造的透明多晶氧化铝陶瓷管多晶氧化铝陶瓷管，多晶，多晶氧化铝陶瓷管能耐高温、高压，对于高压下的氧化铝陶瓷管能耐高温、高压，对于高压下的钠蒸气具有稳定的化学性能钠蒸气具有稳定的化学性能( (抗钠腐蚀能力强抗钠腐蚀能力强) )。u钠和汞是以钠和汞是以“钠汞齐钠汞齐”形式放入形式放入( (一种钠与汞一种钠与汞的固态物质的固态物质) )；u氩气可使氩气可使“钠汞齐钠汞齐”处于干燥的惰性气体中；处于干燥的惰性气体中；u氙气作为驱动气体改善起动性能。氙气作为驱动气体改善起动性能。u小内径放电管可获得最高的光效。小内径放电管可获得最高的光效。 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 主电极
13、主电极由钨棒和以此为轴重叠绕成螺旋的钨丝组由钨棒和以此为轴重叠绕成螺旋的钨丝组成，在钨螺旋内灌注氧化钡和氧化钙的化合成，在钨螺旋内灌注氧化钡和氧化钙的化合物作为电子发射物质。物作为电子发射物质。 外泡壳外泡壳 采用椭球形、直管形和反射型。采用椭球形、直管形和反射型。 为防止雨滴飞溅到工作中的钠灯管上而引为防止雨滴飞溅到工作中的钠灯管上而引起炸裂，用耐热冲击的硼酸盐玻璃制作。起炸裂，用耐热冲击的硼酸盐玻璃制作。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 消气剂消气剂 泡壳内需要维持高真空，以保护灯的性泡壳内需要维持高真空，以保护灯的性能及保护灯的金属组件不受放出的杂质气体能及保护灯的金属
14、组件不受放出的杂质气体的腐蚀，采用钡或锆铝合金的消气剂达到的腐蚀，采用钡或锆铝合金的消气剂达到高真空的目的。高真空的目的。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)原理：原理： 高压钠灯为冷启动，没有辅助电极，启燃时工作电高压钠灯为冷启动，没有辅助电极，启燃时工作电极之间要有极之间要有10002500V的高压脉冲。必须附设启燃触的高压脉冲。必须附设启燃触发装置。内触发（双金属片、电阻、触头）发装置。内触发（双金属片、电阻、触头） 高压钠灯主要辐射来源于分子压力为高压钠灯主要辐射来源于分子压力为104Pa的金属的金属钠蒸气的激发。钠蒸气的激发。 光源接通后，起动电流通过触发装置产生很高的
15、脉光源接通后，起动电流通过触发装置产生很高的脉冲电压，使放电管击穿放电，开始放电通过氙气和汞冲电压，使放电管击穿放电，开始放电通过氙气和汞进行的，灯光为很暗的进行的，灯光为很暗的红白辉光红白辉光。随着放电管温度上。随着放电管温度上升，向高压钠蒸气放电过渡，经过升，向高压钠蒸气放电过渡，经过5min左右趋于稳定，左右趋于稳定，光色为光色为白金色白金色。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)光电参数：见表光电参数：见表 光效：最高光效：最高70150lm/W色温：黄色，色温：黄色，20002100K光谱能量分布：光谱能量分布：589nm及附近的谱线强烈及附近的谱线强烈显色指数：显色指数
16、：2025寿命：国内寿命：国内10000h，国际水平，国际水平20000h5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)二、二、HID灯的工作特性灯的工作特性( (一一) )灯的起动与再起动灯的起动与再起动 起动时间起动时间( (稳定时间稳定时间) )：在主辅电极间在主辅电极间( (高压钠灯不用辅助电极高压钠灯不用辅助电极) )的辉光放电的辉光放电 两个主电极间的弧光放电两个主电极间的弧光放电 放电产生热量使管内金属或金属卤化物全部蒸发放电产生热量使管内金属或金属卤化物全部蒸发 ( (起动过程结束起动过程结束) )起动时间为起动时间为410min左右。左右。起动后参数变化起动后参数变化 5
17、 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)图图3-25HID灯起动后各参数的变化灯起动后各参数的变化a)荧光高压汞灯荧光高压汞灯b)金属卤化物灯金属卤化物灯c)高压钠灯高压钠灯5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 再起动时间：再起动时间： 灯熄灭后，温度和压力很高，在原来的电灯熄灭后，温度和压力很高，在原来的电压下，电子不能积累足够的能量使原子电离，压下，电子不能积累足够的能量使原子电离，所以不能形成放电，如果此时再起动灯，就需所以不能形成放电，如果此时再起动灯，就需几千伏的电压。几千伏的电压。 当放电管冷却后，所需的起动电压会降低当放电管冷却后，所需的起动电压会降低很多，
18、在电源电压下便可再起动。很多，在电源电压下便可再起动。 再起动时间为再起动时间为510min左右。左右。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)荧光高压汞灯：起动荧光高压汞灯：起动4 48min8min，再起动，再起动5 510min10min金属卤化物灯：由于金属卤化物比汞难蒸发，起金属卤化物灯：由于金属卤化物比汞难蒸发，起动时间和再起动时间略长。起动动时间和再起动时间略长。起动4min4min，完全稳，完全稳定定15min15min，再起动，再起动10min10min高压钠灯：起动高压钠灯：起动4 48min8min，再起动，再起动101020min 20min 5 高强度气体放
19、电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)( (二二) )电源电压变化的影响电源电压变化的影响电压升高会因功率过高而熄灭电压升高会因功率过高而熄灭 电压下降造成自然熄灭或不能起动，光色光效受影响。电压下降造成自然熄灭或不能起动，光色光效受影响。图图3-26HID灯参数随电源电压变化的曲线灯参数随电源电压变化的曲线a)荧光高压汞灯荧光高压汞灯b)金属卤化物灯金属卤化物灯c)高压钠灯高压钠灯5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)( (三三) )寿命与光通量维持寿命与光通量维持 荧光高压汞灯：荧光高压汞灯：5000h,国际国际24000h电极上电子发射物质损耗，致使启动电压升电极上电子发射物质损
20、耗，致使启动电压升高而不能启动。高而不能启动。钨丝的寿命（自镇流荧光高压汞灯）钨丝的寿命（自镇流荧光高压汞灯）管壁黑化管壁黑化起动频繁起动频繁金属卤化物灯金属卤化物灯 石英玻璃中含有的水分等不纯气体很容易石英玻璃中含有的水分等不纯气体很容易释放出来，金属卤化物分解出来的金属和石英释放出来，金属卤化物分解出来的金属和石英玻璃缓慢的化学反应，以及游离的卤素分子等玻璃缓慢的化学反应，以及游离的卤素分子等都能使起动电压升高。都能使起动电压升高。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 高压钠灯高压钠灯 由于氧化铝陶瓷管在灯的工作过程中具由于氧化铝陶瓷管在灯的工作过程中具有很好的化学稳定性，寿
21、命很长，国际上已有很好的化学稳定性，寿命很长，国际上已作到作到20000h20000h左右。左右。放电管漏气放电管漏气 电极上电子发射物质的耗竭电极上电子发射物质的耗竭钠的耗竭钠的耗竭 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)( (四四) )灯的点燃位置灯的点燃位置 金属卤化物灯和荧光高压汞灯、高压钠灯金属卤化物灯和荧光高压汞灯、高压钠灯不同，当灯的点燃位置变化时，光电特性（电不同，当灯的点燃位置变化时，光电特性（电压、光效、光色等）发生变化。压、光效、光色等）发生变化。 点燃位置变化，使放电管最冷点的温度跟点燃位置变化，使放电管最冷点的温度跟着变化（残存的液态金属卤化物在此部位）金
22、着变化（残存的液态金属卤化物在此部位）金属卤化物的蒸气压力相应变化，引起光电特性属卤化物的蒸气压力相应变化，引起光电特性变化。变化。 即使金属卤化物完全蒸发，但由于点灯位即使金属卤化物完全蒸发，但由于点灯位置的不同，它们在管内的密度分布也不同，会置的不同，它们在管内的密度分布也不同，会引起特性的变化。引起特性的变化。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)三、三、HID灯的工作线路灯的工作线路( (一一) )通用线路通用线路要与镇流器串联使用要与镇流器串联使用内触发：辅助启动电极或双金属起动片内触发：辅助启动电极或双金属起动片外触发：利用触发电路产生高压脉冲将气体外触发：利用触发电路
23、产生高压脉冲将气体击穿。击穿。灯管进入工作状态后触发器不再工作，依靠灯管进入工作状态后触发器不再工作，依靠镇流器稳定工作。镇流器稳定工作。 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)( (二二) )荧光高压汞灯内触发电路荧光高压汞灯内触发电路a)HID通用电路通用电路图图3-27HID灯的工作线路灯的工作线路5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 内部装有起动电极，内部装有起动电极，采用扼流镇流器，能在采用扼流镇流器，能在220V或或240V交流电源交流电源下启动和工作下启动和工作。( (三三) )金属卤化物灯外触发电路金属卤化物灯外触发电路b)金属卤化物灯的外触发电路金属
24、卤化物灯的外触发电路图图3-27HID灯的工作线路灯的工作线路5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 起动电压起动电压比荧光高压汞比荧光高压汞灯高很多。灯高很多。 应用电力电子应用电力电子元件的触发，使电元件的触发，使电路在每一周期内产路在每一周期内产生一个持续时间较生一个持续时间较长的起动高压。长的起动高压。( (四四) )高压钠灯外触发电路高压钠灯外触发电路( (没有辅助电极没有辅助电极) )c)高压钠灯的外触发电路高压钠灯的外触发电路图图3-27HID灯的工作线路灯的工作线路5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)c)高压钠灯的外触发电路高压钠灯的外触发电路图图3-
25、27HID灯的工作线路灯的工作线路5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 高压钠灯放电管又高压钠灯放电管又细又长，没有辅助电极，细又长，没有辅助电极，起动时必须有约起动时必须有约3kV、10100s的高压脉冲产生的高压脉冲产生触发。触发。 通过触发电力电子通过触发电力电子器件的导通，使贮存在电器件的导通，使贮存在电容容C1中的能量，经过扼流中的能量，经过扼流线圈进行放电，再由升压线圈进行放电，再由升压变压器的线圈比在灯管两变压器的线圈比在灯管两端产生峰值为端产生峰值为34kV的短的短时脉冲高压。时脉冲高压。四、产品及应用四、产品及应用(一一)荧光高压汞灯荧光高压汞灯较高的光效，发出
26、很强的紫外线，可做照较高的光效，发出很强的紫外线，可做照明，还可用于晒图、保健日光浴治疗、化学合明，还可用于晒图、保健日光浴治疗、化学合成、塑料及橡胶的老化试验、荧光分析和紫外成、塑料及橡胶的老化试验、荧光分析和紫外线探伤等。线探伤等。一般的高压汞灯显色性较差，很少用于室内。一般的高压汞灯显色性较差，很少用于室内。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)(二二)金属卤化物灯金属卤化物灯20世纪世纪60年代推出，如今光效年代推出，如今光效130lm/W，显，显色指数色指数Ra达达90以上，色温由低色温以上，色温由低色温(3000K)到到高色温高色温(6000K)，寿命达，寿命达1000
27、0h20000h，功，功率由几十瓦到上万瓦。率由几十瓦到上万瓦。 (1) 钠铊铟金属卤化物灯钠铊铟金属卤化物灯 利用三根利用三根“强线强线”光谱辐射组合产生高效白光谱辐射组合产生高效白光光铊的铊的535nm绿线绿线(503nm)，535nm谱线强，光效高谱线强，光效高铟的铟的451.1nm蓝线蓝线(478nm),高效小，但改进显色性高效小，但改进显色性钠的钠的589589.6nm黄线黄线(572nm),位于光谱光效率较大位于光谱光效率较大的区域，对提高高效、改善显色性起关键作用。的区域，对提高高效、改善显色性起关键作用。三种碘化物最佳填充范围三种碘化物最佳填充范围Ra为为60，用于街道、广场照
28、，用于街道、广场照明明 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)(2) 稀土金属卤化物灯稀土金属卤化物灯 稀土类金属稀土类金属(如镝、钬、铥、铈、钕等如镝、钬、铥、铈、钕等)及钪、钍等的光谱在整个可见光区域有十分及钪、钍等的光谱在整个可见光区域有十分密集的谱线。这些金属的卤化物能产生显色密集的谱线。这些金属的卤化物能产生显色性很高的光。性很高的光。高显色性金属卤化物灯：高显色性金属卤化物灯：镝、钬钠、铊系镝、钬钠、铊系列有很好的显色性与高色温。列有很好的显色性与高色温。小功率用作商业照明小功率用作商业照明中功率中功率(2501000W)灯用于室内空间高的建筑物，灯用于室内空间高的建筑
29、物，室外道路、广场、港口、码头、机场等公共场所室外道路、广场、港口、码头、机场等公共场所高功率高功率(2kW,3.5kW)主要用于大面积泛光照明主要用于大面积泛光照明(如体如体育场馆育场馆)。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 高光效金属卤化物灯：高光效金属卤化物灯：钪钠灯高效很高，钠发钪钠灯高效很高，钠发出强谱线，钪发出许多连续的弱谱线。寿命很长，显出强谱线，钪发出许多连续的弱谱线。寿命很长，显色性不错，用来代替大功率白炽灯、荧光高压汞灯。色性不错，用来代替大功率白炽灯、荧光高压汞灯。用于工矿企业、交通事业。用于工矿企业、交通事业。(3) 短弧金属卤化物灯短弧金属卤化物灯 利
30、用高气压的金属蒸气放电产生连续辐射，获得利用高气压的金属蒸气放电产生连续辐射，获得日光色的光，超高压铟灯。日光色的光，超高压铟灯。 尺寸小，高效高、光色好，适合作为电影放映用尺寸小，高效高、光色好，适合作为电影放映用光源和显微投影仪光源。光源和显微投影仪光源。 灯的泡壳表面负载极高灯的泡壳表面负载极高(300400W/cm2)，寿命较，寿命较短。短。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) (4) 单色性金属卤化物灯单色性金属卤化物灯 利用具有共振辐射的金属产生纯度很利用具有共振辐射的金属产生纯度很高的光，碘化铟汞灯、碘化铊汞灯。高的光，碘化铟汞灯、碘化铊汞灯。 灯分别发出铟的灯分别
31、发出铟的451.1nm蓝线、铊的蓝线、铊的535nm绿线，蓝灯和绿灯的颜色饱和度很绿线，蓝灯和绿灯的颜色饱和度很高。适于城市夜景照明。高。适于城市夜景照明。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)双端金属卤化物灯双端金属卤化物灯陶瓷金属卤化物灯陶瓷金属卤化物灯5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)(三三)高压钠灯高压钠灯 发出的光中发出的光中589nm589nm及其附近的谱线比较强及其附近的谱线比较强烈，高光效、长寿命、使高压钠灯在街道照烈，高光效、长寿命、使高压钠灯在街道照明、郊区公路照明、泛光照明中有广泛的用明、郊区公路照明、泛光照明中有广泛的用途，较少用在室内照明。
32、途，较少用在室内照明。 功率消耗低，寿命长功率消耗低，寿命长( (达达24000h)24000h)，可代，可代替荧光高压汞灯、卤钨灯和白炽灯。替荧光高压汞灯、卤钨灯和白炽灯。 (1)普通型高压钠灯普通型高压钠灯 光效高、寿命长、但光色较差光效高、寿命长、但光色较差，Ra=1530，相关色温相关色温2000K2000K，只能由于道路、厂区等的照，只能由于道路、厂区等的照明。明。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) (2)直接替代荧光高压汞灯的高压钠灯直接替代荧光高压汞灯的高压钠灯 光效高、寿命长、但光色较差，光效高、寿命长、但光色较差，RaRa为为15301530，相关色温，相关色
33、温2000K2000K，只能由于道路、厂，只能由于道路、厂区等的照明。区等的照明。 直接使用在相近规格的荧光高压汞直接使用在相近规格的荧光高压汞灯镇流器及灯具装置上。灯镇流器及灯具装置上。 (3) 舒适型高压汞灯舒适型高压汞灯 对色温与显色性进行了改进，适用于居对色温与显色性进行了改进，适用于居民区、工业区、商业区及公众场合。民区、工业区、商业区及公众场合。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) (4)高光效型的高压钠灯高光效型的高压钠灯 在灯管内充入较高气压的氙气，极高的光在灯管内充入较高气压的氙气，极高的光效效(140lm/W)，而且提高了显色指数，而且提高了显色指数(Ra为为
34、5060)，作为室内照明的节能光源。适合于，作为室内照明的节能光源。适合于工厂照明和运动场所的照明。工厂照明和运动场所的照明。 (5) 高显色性高压汞灯高显色性高压汞灯(白光高压汞灯白光高压汞灯) 显色指数显色指数Ra达到达到80以上，色温提高到以上，色温提高到2500K以上，接近白炽灯。具有暖白色色调，以上，接近白炽灯。具有暖白色色调，显色性高。用于商业照明及高档商品照明，显色性高。用于商业照明及高档商品照明，且节电效果显著。且节电效果显著。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)电感镇流器电感镇流器电子触发器电子触发器5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)5 高强度气
35、体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)一、低压钠灯一、低压钠灯( 一一) 结构结构 低气压钠蒸气放电灯，特性与低压汞蒸低气压钠蒸气放电灯，特性与低压汞蒸气放电相似。气放电相似。6 其他照明用光源其他照明用光源图图3-28低压钠灯结构简图低压钠灯结构简图(1) 放电管放电管 用抗钠腐蚀的玻璃制成，管径为用抗钠腐蚀的玻璃制成，管径为16mm16mm左右，为避免灯管太长，制成左右，为避免灯管太长，制成U U型，封装在型，封装在外玻璃壳中；外玻璃壳中； 充入钠和帮助启燃的氖氩混合充入钠和帮助启燃的氖氩混合气体；气体； 在在U U形管的外侧每隔一段长度形管的外侧每隔一段长度吹制有一个存放钠球的凸出的小窝
36、；吹制有一个存放钠球的凸出的小窝； 放电管两端装有钨丝电极。放电管两端装有钨丝电极。 6 其他照明用光源其他照明用光源(2) 外管外管 普通玻璃制成，管内抽成真空，内壁普通玻璃制成，管内抽成真空，内壁涂有氧化铟等透明物质，能将红外线反射涂有氧化铟等透明物质，能将红外线反射回放电管，使放电管温度保持在回放电管，使放电管温度保持在270270左右。左右。 6 其他照明用光源其他照明用光源(二二) 性能参数性能参数 (1) 色温、显色性色温、显色性 低压钠灯的低压钠灯的辐射原理是低压钠辐射原理是低压钠蒸气中的钠原子辐蒸气中的钠原子辐射，产生射，产生589nm的的单色光，光色呈黄单色光，光色呈黄色，显
37、色性差。色，显色性差。 6 其他照明用光源其他照明用光源图图3-29低压钠灯光谱能量分布低压钠灯光谱能量分布 (2) 发光效率发光效率 低压钠灯发出的光集中在光谱光效率低压钠灯发出的光集中在光谱光效率高的范围，即其波长与人眼感受最敏感的高的范围，即其波长与人眼感受最敏感的555nm光的波长最接近，在实验室光效达光的波长最接近，在实验室光效达400lm/W，成品一般在，成品一般在100150lm/W。 是照明光源中发光效率最高的一种光是照明光源中发光效率最高的一种光源。源。6 其他照明用光源其他照明用光源 (3) 起动与再起动时间起动与再起动时间 用开路电压较高的漏磁变压器直接起用开路电压较高的
38、漏磁变压器直接起动，冷态起动时间约为动，冷态起动时间约为810min。 热态下的再起动时间不足热态下的再起动时间不足1min。 正常工作中的低压钠灯电源中断正常工作中的低压钠灯电源中断615ms不致熄灭。不致熄灭。 (4) 寿命寿命 20005000h。燃点次数对寿命影响很。燃点次数对寿命影响很大，并要求水平燃点。大，并要求水平燃点。6 其他照明用光源其他照明用光源 ( (三三) ) 低压钠灯的应用低压钠灯的应用 低压钠灯显色性差，不宜作室内照明低压钠灯显色性差，不宜作室内照明光源，可用于显色性要求不高的厂区、道光源，可用于显色性要求不高的厂区、道路等室外照明。路等室外照明。 黄色光穿雾能力强
39、，用于隧道、黄色光穿雾能力强，用于隧道、铁路、高架桥等要求能见度高而对显色性铁路、高架桥等要求能见度高而对显色性要求不高的场所的照明。要求不高的场所的照明。6 其他照明用光源其他照明用光源二、氙灯二、氙灯( 一一) 氙灯的性能与特点氙灯的性能与特点 (1) 结构特点结构特点 放电管由耐高温的石英玻璃制成，两端放电管由耐高温的石英玻璃制成，两端有钍钨棒状电极，充有高纯度的氙气。为惰有钍钨棒状电极，充有高纯度的氙气。为惰性气体弧光放电灯，氙灯分长弧和短弧。性气体弧光放电灯，氙灯分长弧和短弧。 长弧氙灯：工作气压长弧氙灯：工作气压1 1个大气压，光效高，个大气压，光效高，称为称为“人造小太阳人造小太
40、阳”。 短弧氙灯：工作气压短弧氙灯：工作气压810810大气压，与太阳光大气压，与太阳光谱更接近，称为标准白色高亮度光源，显色谱更接近，称为标准白色高亮度光源，显色性好。性好。6 其他照明用光源其他照明用光源 (2) 光电参数光电参数l光谱能量分布特性接近日光，它包括放电过光谱能量分布特性接近日光，它包括放电过程中氙被激发而产生的线光谱辐射和被电离程中氙被激发而产生的线光谱辐射和被电离了的离子与电子复合了的离子与电子复合 产生的连续光谱辐射产生的连续光谱辐射l色温色温50006000Kl平均寿命平均寿命1000hl光效光效2250lm/W， 较低，是由于除较低，是由于除 了了 可见光外可见光外
41、 ，还有一，还有一 定的紫外辐射和较定的紫外辐射和较 强的红外辐射。强的红外辐射。 6 其他照明用光源其他照明用光源 图图3-30氙灯光谱能量分布氙灯光谱能量分布 (3) 性能特点性能特点 功率大、体积小，世界上功率最大的光源，功率大、体积小，世界上功率最大的光源，可制成几千、几万甚至几十万瓦。可制成几千、几万甚至几十万瓦。 1支支220V、20kW的氙灯的氙灯1支支40W日光灯日光灯 光通量是光通量是200倍。倍。 不需镇流器，灯管直接接在市电上，功率不需镇流器，灯管直接接在市电上，功率因数近似为因数近似为1，使用方便。，使用方便。 6 其他照明用光源其他照明用光源 紫外线辐射大，使用时不要
42、用眼睛直接注紫外线辐射大，使用时不要用眼睛直接注视灯管。用作照明要装设滤光玻璃，防止伤视灯管。用作照明要装设滤光玻璃，防止伤害视力。害视力。 氙灯悬挂高度：氙灯悬挂高度：当当3kW灯管时不低于灯管时不低于12m当当10kW灯管时不低于灯管时不低于20m当当20kW灯管时不低于灯管时不低于25m 需要触发器帮助启动。需要触发器帮助启动。 触发器产生高压脉冲，使灯击穿放电，触发器产生高压脉冲，使灯击穿放电，电极形成热电子发射，主回路形成弧光放电，电极形成热电子发射，主回路形成弧光放电，灯起动后触发器停止工作灯起动后触发器停止工作。6 其他照明用光源其他照明用光源 ( 二二) 氙灯的规格及其技术参数
43、氙灯的规格及其技术参数 (1) 直管形氙灯直管形氙灯 特点特点 功率大、体积小、光色好、光效高、功率功率大、体积小、光色好、光效高、功率因数高、起动方便、随开随亮，不需镇流及因数高、起动方便、随开随亮，不需镇流及冷却装置。冷却装置。 适用于广场、街道、车站、码头、体育场适用于广场、街道、车站、码头、体育场馆及其他需要大面积高亮度的照明场所。馆及其他需要大面积高亮度的照明场所。 起动时配用触发器。由于灯在高频高压下起动时配用触发器。由于灯在高频高压下起动，高压端配线对地应有良好绝缘性能。起动，高压端配线对地应有良好绝缘性能。 灯在工作时，人不要长时间近距离接触。灯在工作时，人不要长时间近距离接触
44、。 6 其他照明用光源其他照明用光源 技术参数技术参数 6 其他照明用光源其他照明用光源 直管形长弧氙灯技术参数直管形长弧氙灯技术参数 (2) 水冷式氙灯水冷式氙灯 特点特点 显色性好，光色近似日光，表面温度低，显色性好，光色近似日光，表面温度低，不需用镇流器等。不需用镇流器等。 适用于印刷业照相制版、化工部门人工老适用于印刷业照相制版、化工部门人工老化和科研等特殊用途。化和科研等特殊用途。 触发时所需电压不低于触发时所需电压不低于210V，点灯电压，点灯电压不超过不超过235V。 使用中，需注意冷却水的流量，出口水温使用中，需注意冷却水的流量，出口水温度不超过度不超过5050。6 其他照明用
45、光源其他照明用光源 技术参数技术参数 6 其他照明用光源其他照明用光源 水冷式氙灯技术参数水冷式氙灯技术参数 (3) 管形汞氙灯管形汞氙灯 特点特点 汞弧光灯，光效高。紫外线辐射强，光色汞弧光灯，光效高。紫外线辐射强，光色较汞灯更佳。较汞灯更佳。 适用于船舶、机场、码头、车站等大面积适用于船舶、机场、码头、车站等大面积照明。还可用于照相制版、老化试验、印刷照明。还可用于照相制版、老化试验、印刷工业。工业。 安装时灯管必须与镇流器配套使用。安装时灯管必须与镇流器配套使用。 为防止紫外线照射，灯管安装时必须配有为防止紫外线照射，灯管安装时必须配有灯罩。灯罩。6 其他照明用光源其他照明用光源 技术参
46、数技术参数 6 其他照明用光源其他照明用光源 管形汞氙灯技术参数管形汞氙灯技术参数 (4) 管形氙灯管形氙灯 特点特点 可见光部分接近太阳光谱，点燃方便，不可见光部分接近太阳光谱，点燃方便，不需镇流器，自然冷却能瞬时启动。需镇流器，自然冷却能瞬时启动。 适用于广场、港口、机场的照明，还可用适用于广场、港口、机场的照明，还可用于老化试验的场所。于老化试验的场所。 产生紫外线辐射。产生紫外线辐射。6 其他照明用光源其他照明用光源 技术参数技术参数 6 其他照明用光源其他照明用光源 管形氙灯技术参数管形氙灯技术参数 霓虹灯又称氖气灯，是一种辉光放电灯。霓虹灯又称氖气灯，是一种辉光放电灯。 它不是照明
47、用光源，灯管又细又长，它不是照明用光源，灯管又细又长，可以弯成各种图案或文字，用作娱乐场所、可以弯成各种图案或文字，用作娱乐场所、商业装饰、广告或指示。商业装饰、广告或指示。 在霓虹灯电路中接入必要的控制装置，在霓虹灯电路中接入必要的控制装置，可得到循环变化的彩色图案和自动明灭的可得到循环变化的彩色图案和自动明灭的灯光闪烁，造成生动活泼的气氛。灯光闪烁，造成生动活泼的气氛。7 霓虹灯霓虹灯一、结构与材料一、结构与材料 霓虹灯由电极、引入线、灯管组成。霓虹灯由电极、引入线、灯管组成。 1) 灯管灯管 灯管直径为灯管直径为620mm 灯管抽成真空后再充入少量氩、氦、灯管抽成真空后再充入少量氩、氦、
48、氙等惰性气体或少量汞。氙等惰性气体或少量汞。 在灯管内壁涂各种颜色的荧光粉或各在灯管内壁涂各种颜色的荧光粉或各种透明颜色，使霓虹灯能发出各种鲜艳的种透明颜色，使霓虹灯能发出各种鲜艳的色彩。色彩。 霓虹灯的色彩与管内所充气体、玻璃管霓虹灯的色彩与管内所充气体、玻璃管(或荧光粉或荧光粉)颜色的关系。颜色的关系。7 霓虹灯霓虹灯6 其他照明用光源其他照明用光源 霓虹灯色彩与管内气体、玻璃管颜色之间关系霓虹灯色彩与管内气体、玻璃管颜色之间关系 2) 电极电极 装在玻璃管两端，多采用铜制成，表装在玻璃管两端，多采用铜制成，表面经过一定的化学处理，可防止被腐蚀。面经过一定的化学处理，可防止被腐蚀。 3)
49、引入线引入线 由电极引出与电源相接的导线称为引由电极引出与电源相接的导线称为引入线，要求与玻璃具有基本相同的热膨胀入线，要求与玻璃具有基本相同的热膨胀性能，为防止玻璃破裂，一般采用镍铁合性能，为防止玻璃破裂，一般采用镍铁合金制作。金制作。7 霓虹灯霓虹灯二、工作原理及其性能特点二、工作原理及其性能特点 霓虹灯的特点是高电压、小电流。电霓虹灯的特点是高电压、小电流。电源接通后，变压器二次侧产生的高电压使灯源接通后，变压器二次侧产生的高电压使灯管内气体电离，管内气体电离，发出彩色的辉光。发出彩色的辉光。灯的起动电压不仅灯的起动电压不仅与灯管长度成正比，与灯管长度成正比，与管径大小成反比，与管径大小
50、成反比，而且与所充气体的而且与所充气体的种类、气压有关。种类、气压有关。 7 霓虹灯霓虹灯图图3-31霓虹灯工作线路霓虹灯工作线路二、工作原理及其性能特点二、工作原理及其性能特点 正常工作时由霓虹灯变压器来限制灯正常工作时由霓虹灯变压器来限制灯管回路中通过的最大电流。管回路中通过的最大电流。 电源接通后，由于漏磁的存在，电压电源接通后，由于漏磁的存在，电压会下降，限制了灯管电流，其作用类似荧会下降，限制了灯管电流，其作用类似荧光灯的镇流器。光灯的镇流器。 7 霓虹灯霓虹灯 变压器二次侧空载电压不大于变压器二次侧空载电压不大于15kV，二，二次侧短路电流比正常运行电流高次侧短路电流比正常运行电流
51、高15%25%。 当变压器次级开路电压高于当变压器次级开路电压高于7500V，次级，次级绕组有中心抽绕组有中心抽头，并接地，头，并接地，可减小变压器可减小变压器次级在工作状次级在工作状态下的对地电态下的对地电压，减小危险压，减小危险性。性。 7 霓虹灯霓虹灯图图3-32霓虹灯变压器原理图霓虹灯变压器原理图三、安装注意事项三、安装注意事项 霓虹灯变压器的二次电压高，约为霓虹灯变压器的二次电压高，约为615kV，故二次回路与所有金属构架、建，故二次回路与所有金属构架、建筑物等必须完全绝缘。高压线采用单股铜筑物等必须完全绝缘。高压线采用单股铜线穿玻璃管绝缘，防止漏电。线穿玻璃管绝缘，防止漏电。 霓虹
52、灯变压器应尽量靠近霓虹灯安装，安霓虹灯变压器应尽量靠近霓虹灯安装，安放在支撑霓虹灯的构架上，用密封箱作防放在支撑霓虹灯的构架上，用密封箱作防水保护；变压器中性点及外壳必须可靠接水保护；变压器中性点及外壳必须可靠接地；霓虹灯管和高压线路不能直径敷设在地；霓虹灯管和高压线路不能直径敷设在建筑物或构架上，与它们保持建筑物或构架上，与它们保持50mm的距离，的距离，用专用的玻璃支持头支撑。用专用的玻璃支持头支撑。 7 霓虹灯霓虹灯 高压线路离地应有一定高度，以防止高压线路离地应有一定高度，以防止人体触及人体触及 霓虹灯变压器电抗大，线路功率因数霓虹灯变压器电抗大，线路功率因数低，约为低，约为0.20.
53、5。为改善功率因数，需。为改善功率因数，需配备相应的电容器进行补偿。配备相应的电容器进行补偿。7 霓虹灯霓虹灯一、场致发光器件一、场致发光器件 场致发光场致发光(又称又称“电致发光电致发光”)是指由于是指由于某种适当物质与电场相互作用而发光的现象。某种适当物质与电场相互作用而发光的现象。l场致发光屏场致发光屏(FL) 微晶粉末状荧光质，是硫化锌这类微晶粉末状荧光质，是硫化锌这类“族族”化合物。化合物。 场致发光屏通常由玻璃板、透明导电膜、场致发光屏通常由玻璃板、透明导电膜、荧光粉层、高介电常数反射层、铝箔和最底荧光粉层、高介电常数反射层、铝箔和最底层的玻璃板迭合而成。层的玻璃板迭合而成。 8场
54、致发光器件场致发光器件发光二极管发光二极管 发光屏与电极之间距离仅为几十微米，发光屏与电极之间距离仅为几十微米，在市电下，能达到足够高的电场强度（大于在市电下，能达到足够高的电场强度（大于104V/cm），）， 工作在高电压下，电流密度低。工作在高电压下，电流密度低。 场致发光屏光效不到场致发光屏光效不到15lm/W，寿命超，寿命超过过5000h，可通过电极的分割使光源分开，可通过电极的分割使光源分开，做成图案与文字。用在建筑物中作指示照明做成图案与文字。用在建筑物中作指示照明或分机、轮船仪表的夜间显示。或分机、轮船仪表的夜间显示。 8场致发光器件场致发光器件发光二极管发光二极管l发光二极管发
55、光二极管(LED) 利用利用GaAs、GaP或它们的组合晶体或它们的组合晶体(GaAsP)等等“族族”化合物。工作电流是化合物。工作电流是高电流密度的，仅需高电流密度的，仅需2V直流电源。直流电源。 发光二极管是一种将电能直接转换成光发光二极管是一种将电能直接转换成光能的固体元件，可作为有效的辐射光源。能的固体元件，可作为有效的辐射光源。 发光原理：发光原理：对对P-N结加上正向电压时，结加上正向电压时，N区的电子越过区的电子越过P-N结向结向P区注入，与区注入，与P区的区的空穴复合，从而将能量以光子的形式放出。空穴复合，从而将能量以光子的形式放出。8场致发光器件场致发光器件发光二极管发光二极
56、管 发光二极管体积小、寿命长，可靠性高，发光二极管体积小、寿命长，可靠性高，便于集成、控制。能在低电压下工作，与集便于集成、控制。能在低电压下工作，与集成电路等外部电路配合使用，便于控制。成电路等外部电路配合使用，便于控制。 随着新型半导体材料的涌现，及加工随着新型半导体材料的涌现，及加工封装技术提高，克服了商用封装技术提高，克服了商用LEDLED亮度低、视亮度低、视角窄，颜色少、产品质量不稳定的缺点，可角窄，颜色少、产品质量不稳定的缺点，可以得到高亮度的以得到高亮度的红、黄、绿红、黄、绿发光二极管，还发光二极管，还能制造能制造蓝色蓝色、白色白色发光二极管，用发光二极管，用LEDLED代替代替
57、普通光源。普通光源。8发光二极管发光二极管二、二、LED的结构和原理的结构和原理1、阳极引线阳极引线2、阳极、阳极3、环氧封装、圆顶透镜、环氧封装、圆顶透镜4、阳极导线、阳极导线5、带反射杯的阴极、带反射杯的阴极6、半导体触点、半导体触点7、阴极引线、阴极引线图图3-33LED的组成结构的组成结构8发光二极管发光二极管(一一)单色单色LED LED由发光片产生光，材料分子的结构由发光片产生光，材料分子的结构决定发光波长决定发光波长(光的颜色光的颜色)。 光效与半导体材料及其加工工艺有光效与半导体材料及其加工工艺有关。关。 在在P P型和型和N N型材料中掺入不同的杂质，型材料中掺入不同的杂质，
58、得到不同发光颜色的得到不同发光颜色的LEDLED。不同外延材料决定。不同外延材料决定LEDLED的功耗、响应速度和工作寿命等光学、电的功耗、响应速度和工作寿命等光学、电气特性。气特性。 在制造工艺中，常用有在制造工艺中，常用有“气相晶气相晶体生长法体生长法”和和“液相晶体生长法液相晶体生长法”。最近，。最近，金属无机物气体的沉淀技术又有突破。高光金属无机物气体的沉淀技术又有突破。高光效的效的蓝色蓝色LED(InGaLED(InGa：N N材料材料) )由这种工艺实现。由这种工艺实现。8发光二极管发光二极管(二二)白色白色LED 单只单只LEDLED不可能产生两种及两种引上单色不可能产生两种及两
59、种引上单色光，也不能产生具有连续光谱的白光，只能先产光，也不能产生具有连续光谱的白光，只能先产生蓝光，再借助生蓝光，再借助荧光物质间接产荧光物质间接产生宽带光谱合成生宽带光谱合成白光。白光。 白色白色LEDLED的光谱能量几乎的光谱能量几乎不含红外与紫外不含红外与紫外成分，成分，RaRa达达8585。400450 500 550 600650700 75004080120灯光强度灯光强度(%)波长波长/nm/nm图图3-34白色白色LED光谱能量分布光谱能量分布8发光二极管发光二极管 产生蓝光的半导体材料采用氮铟稼产生蓝光的半导体材料采用氮铟稼(InGa(InGa：N)N)材料。材料。 蓝光在
60、周围高效荧光物质内散射时，被强蓝光在周围高效荧光物质内散射时，被强烈吸收，转换为光能较低的宽带黄色荧光。烈吸收，转换为光能较低的宽带黄色荧光。其中少部分蓝光透过荧光物质层，并和宽带其中少部分蓝光透过荧光物质层，并和宽带黄光形成色温达黄光形成色温达6500K6500K的白光。的白光。蓝色蓝色LEDLED通过荧光粉变成单色白色微型荧光通过荧光粉变成单色白色微型荧光灯灯制成超薄白色面光源，用于普通光源。制成超薄白色面光源，用于普通光源。8发光二极管发光二极管白色白色LED自自1996年诞生，光效提高，年诞生，光效提高，1999年年15lm/W，2001年年4050lm/W。白色白色LED与白炽灯的性
61、能比较与白炽灯的性能比较8发光二极管发光二极管二、二、LED的性能的性能 LED电性能与检波二极管相似，在电性能与检波二极管相似，在10mA工作电流时，正向偏压为工作电流时，正向偏压为2V。 是一种高密度辐射的电光源，其亮度取是一种高密度辐射的电光源，其亮度取决于电流密度。市售红色决于电流密度。市售红色LED的亮度达的亮度达3500cd/m2，而荧光灯的标准亮度仅为，而荧光灯的标准亮度仅为5000cd/m2。LED的寿命长，额定寿命超过的寿命长，额定寿命超过100000h。8发光二极管发光二极管发光二极管的特性发光二极管的特性8发光二极管发光二极管三、常用产品三、常用产品(一一)单个单个LED
62、发光发光器器 配置附件配置附件( (如如平行光发射器、平行光发射器、偏振片、透光罩、偏振片、透光罩、导线等导线等) )，组成单，组成单个个LEDLED发光器。发光器。图图3-35单个单个LED发光器的光路示意图发光器的光路示意图8发光二极管发光二极管(二二) LED组合模块组合模块 将单个二极管发光器进行组合，形成将单个二极管发光器进行组合，形成LED组组合模块，如线性模块、背景照明模块、带有合模块，如线性模块、背景照明模块、带有光学透镜模块、带有光导板模块。光学透镜模块、带有光导板模块。(三三) LED灯具灯具 平面发光灯、交通信号灯、舞台型聚光灯、平面发光灯、交通信号灯、舞台型聚光灯、台灯
63、、镜前灯等。台灯、镜前灯等。 8发光二极管发光二极管图图3-36超小型聚光灯的光路示意图超小型聚光灯的光路示意图图图3-37平行光产生的光路示意图平行光产生的光路示意图8发光二极管发光二极管四、四、 LED应用应用1、仪器指示灯、仪器指示灯 寿命长、功耗低、结构牢固寿命长、功耗低、结构牢固 家用电器指示器家用电器指示器 电路状态指示器电路状态指示器 故障指示器故障指示器8发光二极管发光二极管2、用于仅需很小光强、用于仅需很小光强、光通量的照明场合。光通量的照明场合。安置在地坪上、踏步安置在地坪上、踏步下下车道线标志车道线标志安装在人行道，用于安装在人行道，用于照亮步行道与街道间照亮步行道与街道
64、间的落差的落差8发光二极管发光二极管3、交通信号灯、交通信号灯 美国统计数据：用美国统计数据：用LED替代全美所有的替代全美所有的白炽灯作为交通信号，一年可节约白炽灯作为交通信号，一年可节约2.5亿亿kWh。机场指示机场指示铁路指示铁路指示8发光二极管发光二极管4、疏散指示、疏散指示 当今美国诱导当今美国诱导灯市场中，灯市场中，LED作作为主光源的市场占为主光源的市场占有率由有率由1998年的年的80%上升为上升为100%。8发光二极管发光二极管五、五、 LED的展望的展望新近发展起来的高光效、高光强、色彩丰新近发展起来的高光效、高光强、色彩丰富的富的LED，具有巨大的节能潜力，在照明领域，具
65、有巨大的节能潜力，在照明领域有更广泛的应用。有更广泛的应用。未来的工作重心再不是光效上，而是放在未来的工作重心再不是光效上，而是放在LED的实用化产品上。的实用化产品上。8发光二极管发光二极管一、性能比较一、性能比较9 各种常用电光源的性能比较与选用各种常用电光源的性能比较与选用各种常用照明电光源的主要性能各种常用照明电光源的主要性能维持气体放电灯正常工作不至于自熄尤为重要维持气体放电灯正常工作不至于自熄尤为重要使用节能型电感镇流器，损耗减半使用节能型电感镇流器，损耗减半9 各种常用电光源的性能比较与选用各种常用电光源的性能比较与选用气体放电灯的功率因数及功率损耗占灯管功率的百分数气体放电灯的
66、功率因数及功率损耗占灯管功率的百分数二、选用二、选用(一一) 根据照明设施的目的与用途来选择光源根据照明设施的目的与用途来选择光源( (二二) )按照环境的要求选择光源按照环境的要求选择光源( (三三) )按投资与年运行费用选择光源按投资与年运行费用选择光源9 各种常用电光源的性能比较与选用各种常用电光源的性能比较与选用9 各种常用电光源的性能比较与选用各种常用电光源的性能比较与选用各种场所对灯性能的要求及推荐的灯各种场所对灯性能的要求及推荐的灯说明：说明：光输出高低：高光输出高低：高10000lm，中，中300010000lm，小，小3000lm显色指数：显色指数：ARa90，B90Ra80
67、, 80Ra60, 60Ra40, Ra40色温分类：色温分类：3300K，33005300K部分部分HID灯的光电参数灯的光电参数光效：高压钠灯金属卤化物灯荧光高压汞灯光效：高压钠灯金属卤化物灯荧光高压汞灯5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)“高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HIDHigh Intensity Dischange)是高压汞灯、金属卤化是高压汞灯、金属卤化物灯和高压钠灯的统称，其放电管的管壁物灯和高压钠灯的统称，其放电管的管壁负荷大于负荷大于3W/cm2(即即3104W/m2)，工作期，工作期间蒸气压在间蒸气压在10132.5101325Pa(0.11atm)之
68、之间。间。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)一、一、HID灯的结构灯的结构(一一)荧光高压汞灯荧光高压汞灯1、灯头、灯头2、起动电阻、起动电阻3、起动电极、起动电极4、主电极、主电极5、放电管、放电管6、金属支架、金属支架8、辅助电极、辅助电极9、外玻壳、外玻壳5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)图图3-22荧光高压汞灯的结构荧光高压汞灯的结构 放电管放电管耐高温、高压的透明石英管，耐高温、高压的透明石英管，管内充有一定管内充有一定量的汞外，还有少量氩气以降低起动电压和保量的汞外，还有少量氩气以降低起动电压和保护电极。护电极。 主电极主电极由钨杆及外面重叠绕成螺旋
69、的钨丝组成，并由钨杆及外面重叠绕成螺旋的钨丝组成，并在其中填充碱土氧化物作为电子发射物质。在其中填充碱土氧化物作为电子发射物质。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 辅助电极辅助电极( (启动电极启动电极) )通过起动电阻和另一主电极连接，有助于灯通过起动电阻和另一主电极连接，有助于灯的顺利起动。的顺利起动。 外泡壳外泡壳抽成真空，还充入数十千帕的氖气或氖氩混抽成真空，还充入数十千帕的氖气或氖氩混合气体作绝热用。合气体作绝热用。采用椭球形，起保温作用，防止环境对灯的影采用椭球形，起保温作用，防止环境对灯的影响。响。内壁上涂敷荧光粉，将灯的紫外辐射或短波长内壁上涂敷荧光粉，将灯的紫
70、外辐射或短波长的蓝紫光转变为长波的可见光，提高光效，改的蓝紫光转变为长波的可见光，提高光效，改善光色。善光色。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 原理：原理：当开关当开关S S合上，合上，首先在辅助电极和主电极首先在辅助电极和主电极之间发生辉光放电，产生之间发生辉光放电，产生大量的电子和离子，从而大量的电子和离子，从而引发两个主电极间的弧光引发两个主电极间的弧光放电，灯管启燃。放电，灯管启燃。 辉光放电电流受到起辉光放电电流受到起动电阻动电阻R(40R(4060k60k)的限的限制，使主、辅电极之间的制，使主、辅电极之间的电压远低于辉光放电所需电压远低于辉光放电所需的电压，所以
71、弧光放电后的电压，所以弧光放电后辉光放电立即停止。辉光放电立即停止。 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 在启燃的初始阶段，放在启燃的初始阶段，放电管内的气压较低，放电电管内的气压较低，放电只在氩气中进行，产生的只在氩气中进行，产生的是是白色白色的光。的光。 随着放电时间的增随着放电时间的增加，放电管的温度不断升加，放电管的温度不断升高，汞蒸气的压力也逐渐高，汞蒸气的压力也逐渐上升，放电也逐渐转移到上升，放电也逐渐转移到在汞蒸气中进行，发出的在汞蒸气中进行，发出的光由白色变为更明亮的光由白色变为更明亮的蓝蓝绿色。绿色。 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 原理：
72、原理： 荧光高压汞灯的主要辐射来源于汞原子荧光高压汞灯的主要辐射来源于汞原子激发，以及通过泡壳内壁上的荧光粉将激激发，以及通过泡壳内壁上的荧光粉将激发后产生的紫外线转换为可见光。发后产生的紫外线转换为可见光。 光电参数：见表光电参数：见表 光谱能量分布：连续光谱成分较大光谱能量分布：连续光谱成分较大色温：约色温：约5500K显色指数：显色指数：3040光效：光效：50lm/W寿命：国内寿命：国内50006000h，国际水平，国际水平24000h5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)(二二)金属卤化物灯金属卤化物灯 2020世纪世纪6060年代在高压汞灯基年代在高压汞灯基础上发展起来
73、的新型光源。础上发展起来的新型光源。2、起动电阻、起动电阻3、起动电极、起动电极4、主电极、主电极5、放电管、放电管6、金属支架、金属支架7、消气剂、消气剂9、外玻壳、外玻壳10、保温膜、保温膜图图3-23金属卤化物灯的结构金属卤化物灯的结构95 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 放电管放电管透明石英管、半透明陶瓷管。管内充气体透明石英管、半透明陶瓷管。管内充气体u汞不仅提高光效、改善电特性还利用启动。汞不仅提高光效、改善电特性还利用启动。u易电离的氖氩混合气体易电离的氖氩混合气体( (改善灯的启动改善灯的启动) )。u依靠金属依靠金属( (如铊、铟、镝、钪、钠等如铊、铟、镝、钪
74、、钠等) )原子的辐原子的辐射发光，以金属卤化物的形式存在原因：射发光，以金属卤化物的形式存在原因：u金属卤化物的蒸气气压一般比纯金属本身金属卤化物的蒸气气压一般比纯金属本身的蒸气气压高得多，可满足金属发光所要的蒸气气压高得多，可满足金属发光所要求的压力；求的压力；u金属卤化物金属卤化物( (氟化物除外氟化物除外) )都不和石英玻璃都不和石英玻璃发生明显的化学作用，可抑制高温下纯金发生明显的化学作用，可抑制高温下纯金属与石英玻璃的反应。属与石英玻璃的反应。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 主电极主电极用用“钍钨钍钨”或或“氧化钍钨氧化钍钨”作为电极，作为电极，并采用稀土金属的
75、氧化物作为电子发射物质。并采用稀土金属的氧化物作为电子发射物质。 外泡壳外泡壳 采用椭球形，采用椭球形，涂有荧光粉，增加漫射，减少涂有荧光粉，增加漫射，减少眩光。眩光。 辅助电极辅助电极( (放电管内）放电管内） 双金属启动片双金属启动片( (泡壳内泡壳内) )5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 消气剂消气剂 灯长期工作，支架等材料的放气，使泡壳灯长期工作，支架等材料的放气，使泡壳内真空度降低，在引线或支架之间会产生放内真空度降低，在引线或支架之间会产生放电。采用氧化锆的消气剂以保护灯的性能。电。采用氧化锆的消气剂以保护灯的性能。 保护膜保护膜 为提高管壁温度，防止冷端为提高管
76、壁温度，防止冷端(影响蒸气压影响蒸气压力力)的产生，需在灯管两端加保温涂层，常的产生，需在灯管两端加保温涂层，常用二氧化锆、氧化铝。用二氧化锆、氧化铝。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)原理：原理： 金属卤化物灯主要辐射来自于各种金属金属卤化物灯主要辐射来自于各种金属( (如铊、如铊、铟、镝、钪、钠等铟、镝、钪、钠等) )的卤化物在高温下分解后产生的的卤化物在高温下分解后产生的金属蒸气金属蒸气( (和汞蒸气和汞蒸气) )混合物的激发。混合物的激发。 灯起动点燃后，灯管放电开始在惰性气体中进灯起动点燃后，灯管放电开始在惰性气体中进行，灯只发出暗淡的光，随着放电继续进行，放电管行，
77、灯只发出暗淡的光，随着放电继续进行，放电管产生的热量逐渐加热玻壳，使玻壳温度升高，汞和金产生的热量逐渐加热玻壳，使玻壳温度升高，汞和金属卤化物迅速蒸发，扩散到电弧中参与放电，当金属属卤化物迅速蒸发，扩散到电弧中参与放电，当金属卤化物分子扩散到高温中心后分解成金属原子和卤素卤化物分子扩散到高温中心后分解成金属原子和卤素原子，金属原子在放电中受激发而发出该金属的特征原子，金属原子在放电中受激发而发出该金属的特征光谱。光谱。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)光电参数：见表光电参数：见表 光效：高于高压汞灯光效：高于高压汞灯色温：较高，属冷色灯色温：较高，属冷色灯光谱能量分布：具有较多
78、的连续光谱成分光谱能量分布：具有较多的连续光谱成分显色指数：较高显色指数：较高5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)4、主电极、主电极5、放电管、放电管6、金属支架、金属支架7、消气剂、消气剂8、辅助电极、辅助电极9、外玻壳、外玻壳(三三)高压钠灯高压钠灯是利用高压钠蒸气放电发光的光源是利用高压钠蒸气放电发光的光源图图3-24高压钠灯的结构高压钠灯的结构95 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 放电管放电管 特殊制造的透明特殊制造的透明多晶氧化铝陶瓷管多晶氧化铝陶瓷管，多晶，多晶氧化铝陶瓷管能耐高温、高压，对于高压下的氧化铝陶瓷管能耐高温、高压，对于高压下的钠蒸气具有稳
79、定的化学性能钠蒸气具有稳定的化学性能( (抗钠腐蚀能力强抗钠腐蚀能力强) )。u钠和汞是以钠和汞是以“钠汞齐钠汞齐”形式放入形式放入( (一种钠与汞一种钠与汞的固态物质的固态物质) )；u氩气可使氩气可使“钠汞齐钠汞齐”处于干燥的惰性气体中；处于干燥的惰性气体中；u氙气作为驱动气体改善起动性能。氙气作为驱动气体改善起动性能。u小内径放电管可获得最高的光效。小内径放电管可获得最高的光效。 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 主电极主电极由钨棒和以此为轴重叠绕成螺旋的钨丝组由钨棒和以此为轴重叠绕成螺旋的钨丝组成，在钨螺旋内灌注氧化钡和氧化钙的化合成，在钨螺旋内灌注氧化钡和氧化钙的化
80、合物作为电子发射物质。物作为电子发射物质。 外泡壳外泡壳 采用椭球形、直管形和反射型。采用椭球形、直管形和反射型。 为防止雨滴飞溅到工作中的钠灯管上而引为防止雨滴飞溅到工作中的钠灯管上而引起炸裂，用耐热冲击的硼酸盐玻璃制作。起炸裂，用耐热冲击的硼酸盐玻璃制作。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 消气剂消气剂 泡壳内需要维持高真空，以保护灯的性泡壳内需要维持高真空，以保护灯的性能及保护灯的金属组件不受放出的杂质气体能及保护灯的金属组件不受放出的杂质气体的腐蚀，采用钡或锆铝合金的消气剂达到的腐蚀，采用钡或锆铝合金的消气剂达到高真空的目的。高真空的目的。5 高强度气体放电灯高强度气体
81、放电灯(HID灯灯)原理：原理： 高压钠灯为冷启动，没有辅助电极，启燃时工作电高压钠灯为冷启动，没有辅助电极，启燃时工作电极之间要有极之间要有10002500V的高压脉冲。必须附设启燃触的高压脉冲。必须附设启燃触发装置。内触发（双金属片、电阻、触头）发装置。内触发（双金属片、电阻、触头） 高压钠灯主要辐射来源于分子压力为高压钠灯主要辐射来源于分子压力为104Pa的金属的金属钠蒸气的激发。钠蒸气的激发。 光源接通后，起动电流通过触发装置产生很高的脉光源接通后，起动电流通过触发装置产生很高的脉冲电压，使放电管击穿放电，开始放电通过氙气和汞冲电压，使放电管击穿放电，开始放电通过氙气和汞进行的，灯光为
82、很暗的进行的，灯光为很暗的红白辉光红白辉光。随着放电管温度上。随着放电管温度上升，向高压钠蒸气放电过渡，经过升，向高压钠蒸气放电过渡，经过5min左右趋于稳定，左右趋于稳定，光色为光色为白金色白金色。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)光电参数：见表光电参数：见表 光效：最高光效：最高70150lm/W色温：黄色，色温：黄色，20002100K光谱能量分布：光谱能量分布：589nm及附近的谱线强烈及附近的谱线强烈显色指数：显色指数：2025寿命：国内寿命：国内10000h，国际水平，国际水平20000h5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)二、二、HID灯的工作特性灯
83、的工作特性( (一一) )灯的起动与再起动灯的起动与再起动 起动时间起动时间( (稳定时间稳定时间) )：在主辅电极间在主辅电极间( (高压钠灯不用辅助电极高压钠灯不用辅助电极) )的辉光放电的辉光放电 两个主电极间的弧光放电两个主电极间的弧光放电 放电产生热量使管内金属或金属卤化物全部蒸发放电产生热量使管内金属或金属卤化物全部蒸发 ( (起动过程结束起动过程结束) )起动时间为起动时间为410min左右。左右。起动后参数变化起动后参数变化 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)图图3-25HID灯起动后各参数的变化灯起动后各参数的变化a)荧光高压汞灯荧光高压汞灯b)金属卤化物灯金
84、属卤化物灯c)高压钠灯高压钠灯5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 再起动时间：再起动时间： 灯熄灭后，温度和压力很高，在原来的电灯熄灭后，温度和压力很高，在原来的电压下，电子不能积累足够的能量使原子电离，压下，电子不能积累足够的能量使原子电离，所以不能形成放电，如果此时再起动灯，就需所以不能形成放电，如果此时再起动灯，就需几千伏的电压。几千伏的电压。 当放电管冷却后，所需的起动电压会降低当放电管冷却后，所需的起动电压会降低很多，在电源电压下便可再起动。很多，在电源电压下便可再起动。 再起动时间为再起动时间为510min左右。左右。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯
85、)荧光高压汞灯：起动荧光高压汞灯：起动4 48min8min，再起动，再起动5 510min10min金属卤化物灯：由于金属卤化物比汞难蒸发，起金属卤化物灯：由于金属卤化物比汞难蒸发，起动时间和再起动时间略长。起动动时间和再起动时间略长。起动4min4min，完全稳，完全稳定定15min15min，再起动，再起动10min10min高压钠灯：起动高压钠灯：起动4 48min8min，再起动，再起动101020min 20min 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)( (二二) )电源电压变化的影响电源电压变化的影响电压升高会因功率过高而熄灭电压升高会因功率过高而熄灭 电压下降造成
86、自然熄灭或不能起动，光色光效受影响。电压下降造成自然熄灭或不能起动，光色光效受影响。图图3-26HID灯参数随电源电压变化的曲线灯参数随电源电压变化的曲线a)荧光高压汞灯荧光高压汞灯b)金属卤化物灯金属卤化物灯c)高压钠灯高压钠灯5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)( (三三) )寿命与光通量维持寿命与光通量维持 荧光高压汞灯：荧光高压汞灯：5000h,国际国际24000h电极上电子发射物质损耗，致使启动电压升电极上电子发射物质损耗，致使启动电压升高而不能启动。高而不能启动。钨丝的寿命（自镇流荧光高压汞灯）钨丝的寿命（自镇流荧光高压汞灯）管壁黑化管壁黑化起动频繁起动频繁金属卤化物
87、灯金属卤化物灯 石英玻璃中含有的水分等不纯气体很容易石英玻璃中含有的水分等不纯气体很容易释放出来，金属卤化物分解出来的金属和石英释放出来，金属卤化物分解出来的金属和石英玻璃缓慢的化学反应，以及游离的卤素分子等玻璃缓慢的化学反应，以及游离的卤素分子等都能使起动电压升高。都能使起动电压升高。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 高压钠灯高压钠灯 由于氧化铝陶瓷管在灯的工作过程中具由于氧化铝陶瓷管在灯的工作过程中具有很好的化学稳定性，寿命很长，国际上已有很好的化学稳定性，寿命很长，国际上已作到作到20000h20000h左右。左右。放电管漏气放电管漏气 电极上电子发射物质的耗竭电极上电
88、子发射物质的耗竭钠的耗竭钠的耗竭 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)( (四四) )灯的点燃位置灯的点燃位置 金属卤化物灯和荧光高压汞灯、高压钠灯金属卤化物灯和荧光高压汞灯、高压钠灯不同，当灯的点燃位置变化时，光电特性（电不同，当灯的点燃位置变化时，光电特性（电压、光效、光色等）发生变化。压、光效、光色等）发生变化。 点燃位置变化，使放电管最冷点的温度跟点燃位置变化，使放电管最冷点的温度跟着变化（残存的液态金属卤化物在此部位）金着变化（残存的液态金属卤化物在此部位）金属卤化物的蒸气压力相应变化，引起光电特性属卤化物的蒸气压力相应变化，引起光电特性变化。变化。 即使金属卤化物完全
89、蒸发，但由于点灯位即使金属卤化物完全蒸发，但由于点灯位置的不同，它们在管内的密度分布也不同，会置的不同，它们在管内的密度分布也不同，会引起特性的变化。引起特性的变化。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)三、三、HID灯的工作线路灯的工作线路( (一一) )通用线路通用线路要与镇流器串联使用要与镇流器串联使用内触发：辅助启动电极或双金属起动片内触发：辅助启动电极或双金属起动片外触发：利用触发电路产生高压脉冲将气体外触发：利用触发电路产生高压脉冲将气体击穿。击穿。灯管进入工作状态后触发器不再工作，依靠灯管进入工作状态后触发器不再工作，依靠镇流器稳定工作。镇流器稳定工作。 5 高强度气
90、体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)( (二二) )荧光高压汞灯内触发电路荧光高压汞灯内触发电路a)HID通用电路通用电路图图3-27HID灯的工作线路灯的工作线路5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 内部装有起动电极，内部装有起动电极，采用扼流镇流器，能在采用扼流镇流器，能在220V或或240V交流电源交流电源下启动和工作下启动和工作。( (三三) )金属卤化物灯外触发电路金属卤化物灯外触发电路b)金属卤化物灯的外触发电路金属卤化物灯的外触发电路图图3-27HID灯的工作线路灯的工作线路5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 起动电压起动电压比荧光高压汞比荧光高压
91、汞灯高很多。灯高很多。 应用电力电子应用电力电子元件的触发，使电元件的触发，使电路在每一周期内产路在每一周期内产生一个持续时间较生一个持续时间较长的起动高压。长的起动高压。( (四四) )高压钠灯外触发电路高压钠灯外触发电路( (没有辅助电极没有辅助电极) )c)高压钠灯的外触发电路高压钠灯的外触发电路图图3-27HID灯的工作线路灯的工作线路5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)c)高压钠灯的外触发电路高压钠灯的外触发电路图图3-27HID灯的工作线路灯的工作线路5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 高压钠灯放电管又高压钠灯放电管又细又长，没有辅助电极，细又长，没有
92、辅助电极，起动时必须有约起动时必须有约3kV、10100s的高压脉冲产生的高压脉冲产生触发。触发。 通过触发电力电子通过触发电力电子器件的导通，使贮存在电器件的导通，使贮存在电容容C1中的能量，经过扼流中的能量，经过扼流线圈进行放电，再由升压线圈进行放电，再由升压变压器的线圈比在灯管两变压器的线圈比在灯管两端产生峰值为端产生峰值为34kV的短的短时脉冲高压。时脉冲高压。四、产品及应用四、产品及应用(一一)荧光高压汞灯荧光高压汞灯较高的光效，发出很强的紫外线，可做照较高的光效，发出很强的紫外线，可做照明，还可用于晒图、保健日光浴治疗、化学合明，还可用于晒图、保健日光浴治疗、化学合成、塑料及橡胶的
93、老化试验、荧光分析和紫外成、塑料及橡胶的老化试验、荧光分析和紫外线探伤等。线探伤等。一般的高压汞灯显色性较差，很少用于室内。一般的高压汞灯显色性较差，很少用于室内。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)(二二)金属卤化物灯金属卤化物灯20世纪世纪60年代推出，如今光效年代推出，如今光效130lm/W，显，显色指数色指数Ra达达90以上，色温由低色温以上，色温由低色温(3000K)到到高色温高色温(6000K)，寿命达，寿命达10000h20000h，功，功率由几十瓦到上万瓦。率由几十瓦到上万瓦。 (1) 钠铊铟金属卤化物灯钠铊铟金属卤化物灯 利用三根利用三根“强线强线”光谱辐射组合
94、产生高效白光谱辐射组合产生高效白光光铊的铊的535nm绿线绿线(503nm)，535nm谱线强，光效高谱线强，光效高铟的铟的451.1nm蓝线蓝线(478nm),高效小，但改进显色性高效小，但改进显色性钠的钠的589589.6nm黄线黄线(572nm),位于光谱光效率较大位于光谱光效率较大的区域，对提高高效、改善显色性起关键作用。的区域，对提高高效、改善显色性起关键作用。三种碘化物最佳填充范围三种碘化物最佳填充范围Ra为为60，用于街道、广场照，用于街道、广场照明明 5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)(2) 稀土金属卤化物灯稀土金属卤化物灯 稀土类金属稀土类金属(如镝、钬、铥、
95、铈、钕等如镝、钬、铥、铈、钕等)及钪、钍等的光谱在整个可见光区域有十分及钪、钍等的光谱在整个可见光区域有十分密集的谱线。这些金属的卤化物能产生显色密集的谱线。这些金属的卤化物能产生显色性很高的光。性很高的光。高显色性金属卤化物灯：高显色性金属卤化物灯：镝、钬钠、铊系镝、钬钠、铊系列有很好的显色性与高色温。列有很好的显色性与高色温。小功率用作商业照明小功率用作商业照明中功率中功率(2501000W)灯用于室内空间高的建筑物，灯用于室内空间高的建筑物，室外道路、广场、港口、码头、机场等公共场所室外道路、广场、港口、码头、机场等公共场所高功率高功率(2kW,3.5kW)主要用于大面积泛光照明主要用于
96、大面积泛光照明(如体如体育场馆育场馆)。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) 高光效金属卤化物灯：高光效金属卤化物灯：钪钠灯高效很高，钠发钪钠灯高效很高，钠发出强谱线，钪发出许多连续的弱谱线。寿命很长，显出强谱线，钪发出许多连续的弱谱线。寿命很长，显色性不错，用来代替大功率白炽灯、荧光高压汞灯。色性不错，用来代替大功率白炽灯、荧光高压汞灯。用于工矿企业、交通事业。用于工矿企业、交通事业。(3) 短弧金属卤化物灯短弧金属卤化物灯 利用高气压的金属蒸气放电产生连续辐射，获得利用高气压的金属蒸气放电产生连续辐射，获得日光色的光，超高压铟灯。日光色的光，超高压铟灯。 尺寸小，高效高、光色
97、好，适合作为电影放映用尺寸小，高效高、光色好，适合作为电影放映用光源和显微投影仪光源。光源和显微投影仪光源。 灯的泡壳表面负载极高灯的泡壳表面负载极高(300400W/cm2)，寿命较，寿命较短。短。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) (4) 单色性金属卤化物灯单色性金属卤化物灯 利用具有共振辐射的金属产生纯度很利用具有共振辐射的金属产生纯度很高的光，碘化铟汞灯、碘化铊汞灯。高的光，碘化铟汞灯、碘化铊汞灯。 灯分别发出铟的灯分别发出铟的451.1nm蓝线、铊的蓝线、铊的535nm绿线，蓝灯和绿灯的颜色饱和度很绿线，蓝灯和绿灯的颜色饱和度很高。适于城市夜景照明。高。适于城市夜景照
98、明。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)双端金属卤化物灯双端金属卤化物灯陶瓷金属卤化物灯陶瓷金属卤化物灯5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)(三三)高压钠灯高压钠灯 发出的光中发出的光中589nm589nm及其附近的谱线比较强及其附近的谱线比较强烈，高光效、长寿命、使高压钠灯在街道照烈，高光效、长寿命、使高压钠灯在街道照明、郊区公路照明、泛光照明中有广泛的用明、郊区公路照明、泛光照明中有广泛的用途，较少用在室内照明。途，较少用在室内照明。 功率消耗低，寿命长功率消耗低，寿命长( (达达24000h)24000h)，可代，可代替荧光高压汞灯、卤钨灯和白炽灯。替荧光高压
99、汞灯、卤钨灯和白炽灯。 (1)普通型高压钠灯普通型高压钠灯 光效高、寿命长、但光色较差光效高、寿命长、但光色较差，Ra=1530，相关色温相关色温2000K2000K，只能由于道路、厂区等的照，只能由于道路、厂区等的照明。明。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) (2)直接替代荧光高压汞灯的高压钠灯直接替代荧光高压汞灯的高压钠灯 光效高、寿命长、但光色较差，光效高、寿命长、但光色较差，RaRa为为15301530，相关色温，相关色温2000K2000K，只能由于道路、厂，只能由于道路、厂区等的照明。区等的照明。 直接使用在相近规格的荧光高压汞直接使用在相近规格的荧光高压汞灯镇流器
100、及灯具装置上。灯镇流器及灯具装置上。 (3) 舒适型高压汞灯舒适型高压汞灯 对色温与显色性进行了改进，适用于居对色温与显色性进行了改进，适用于居民区、工业区、商业区及公众场合。民区、工业区、商业区及公众场合。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯) (4)高光效型的高压钠灯高光效型的高压钠灯 在灯管内充入较高气压的氙气，极高的光在灯管内充入较高气压的氙气，极高的光效效(140lm/W)，而且提高了显色指数，而且提高了显色指数(Ra为为5060)，作为室内照明的节能光源。适合于，作为室内照明的节能光源。适合于工厂照明和运动场所的照明。工厂照明和运动场所的照明。 (5) 高显色性高压汞灯
101、高显色性高压汞灯(白光高压汞灯白光高压汞灯) 显色指数显色指数Ra达到达到80以上，色温提高到以上，色温提高到2500K以上，接近白炽灯。具有暖白色色调，以上，接近白炽灯。具有暖白色色调，显色性高。用于商业照明及高档商品照明，显色性高。用于商业照明及高档商品照明，且节电效果显著。且节电效果显著。5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)电感镇流器电感镇流器电子触发器电子触发器5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)一、低压钠灯一、低压钠灯( 一一) 结构结构 低气压钠蒸气放电灯，特性与低压汞蒸低气压钠蒸气放电灯，特性与低压汞蒸
102、气放电相似。气放电相似。6 其他照明用光源其他照明用光源图图3-28低压钠灯结构简图低压钠灯结构简图(1) 放电管放电管 用抗钠腐蚀的玻璃制成，管径为用抗钠腐蚀的玻璃制成，管径为16mm16mm左右，为避免灯管太长，制成左右，为避免灯管太长，制成U U型，封装在型，封装在外玻璃壳中；外玻璃壳中； 充入钠和帮助启燃的氖氩混合充入钠和帮助启燃的氖氩混合气体；气体； 在在U U形管的外侧每隔一段长度形管的外侧每隔一段长度吹制有一个存放钠球的凸出的小窝；吹制有一个存放钠球的凸出的小窝； 放电管两端装有钨丝电极。放电管两端装有钨丝电极。 6 其他照明用光源其他照明用光源(2) 外管外管 普通玻璃制成，管
103、内抽成真空，内壁普通玻璃制成，管内抽成真空，内壁涂有氧化铟等透明物质，能将红外线反射涂有氧化铟等透明物质，能将红外线反射回放电管，使放电管温度保持在回放电管，使放电管温度保持在270270左右。左右。 6 其他照明用光源其他照明用光源(二二) 性能参数性能参数 (1) 色温、显色性色温、显色性 低压钠灯的低压钠灯的辐射原理是低压钠辐射原理是低压钠蒸气中的钠原子辐蒸气中的钠原子辐射，产生射，产生589nm的的单色光，光色呈黄单色光，光色呈黄色，显色性差。色，显色性差。 6 其他照明用光源其他照明用光源图图3-29低压钠灯光谱能量分布低压钠灯光谱能量分布 (2) 发光效率发光效率 低压钠灯发出的光
104、集中在光谱光效率低压钠灯发出的光集中在光谱光效率高的范围，即其波长与人眼感受最敏感的高的范围，即其波长与人眼感受最敏感的555nm光的波长最接近，在实验室光效达光的波长最接近，在实验室光效达400lm/W，成品一般在，成品一般在100150lm/W。 是照明光源中发光效率最高的一种光是照明光源中发光效率最高的一种光源。源。6 其他照明用光源其他照明用光源 (3) 起动与再起动时间起动与再起动时间 用开路电压较高的漏磁变压器直接起用开路电压较高的漏磁变压器直接起动，冷态起动时间约为动，冷态起动时间约为810min。 热态下的再起动时间不足热态下的再起动时间不足1min。 正常工作中的低压钠灯电源
105、中断正常工作中的低压钠灯电源中断615ms不致熄灭。不致熄灭。 (4) 寿命寿命 20005000h。燃点次数对寿命影响很。燃点次数对寿命影响很大，并要求水平燃点。大，并要求水平燃点。6 其他照明用光源其他照明用光源 ( (三三) ) 低压钠灯的应用低压钠灯的应用 低压钠灯显色性差，不宜作室内照明低压钠灯显色性差，不宜作室内照明光源，可用于显色性要求不高的厂区、道光源，可用于显色性要求不高的厂区、道路等室外照明。路等室外照明。 黄色光穿雾能力强，用于隧道、黄色光穿雾能力强，用于隧道、铁路、高架桥等要求能见度高而对显色性铁路、高架桥等要求能见度高而对显色性要求不高的场所的照明。要求不高的场所的照
106、明。6 其他照明用光源其他照明用光源二、氙灯二、氙灯( 一一) 氙灯的性能与特点氙灯的性能与特点 (1) 结构特点结构特点 放电管由耐高温的石英玻璃制成，两端放电管由耐高温的石英玻璃制成，两端有钍钨棒状电极，充有高纯度的氙气。为惰有钍钨棒状电极，充有高纯度的氙气。为惰性气体弧光放电灯，氙灯分长弧和短弧。性气体弧光放电灯，氙灯分长弧和短弧。 长弧氙灯：工作气压长弧氙灯：工作气压1 1个大气压，光效高，个大气压，光效高，称为称为“人造小太阳人造小太阳”。 短弧氙灯：工作气压短弧氙灯：工作气压810810大气压，与太阳光大气压，与太阳光谱更接近，称为标准白色高亮度光源，显色谱更接近，称为标准白色高亮
107、度光源，显色性好。性好。6 其他照明用光源其他照明用光源 (2) 光电参数光电参数l光谱能量分布特性接近日光，它包括放电过光谱能量分布特性接近日光，它包括放电过程中氙被激发而产生的线光谱辐射和被电离程中氙被激发而产生的线光谱辐射和被电离了的离子与电子复合了的离子与电子复合 产生的连续光谱辐射产生的连续光谱辐射l色温色温50006000Kl平均寿命平均寿命1000hl光效光效2250lm/W， 较低，是由于除较低，是由于除 了了 可见光外可见光外 ，还有一，还有一 定的紫外辐射和较定的紫外辐射和较 强的红外辐射。强的红外辐射。 6 其他照明用光源其他照明用光源 图图3-30氙灯光谱能量分布氙灯光
108、谱能量分布 (3) 性能特点性能特点 功率大、体积小，世界上功率最大的光源，功率大、体积小，世界上功率最大的光源，可制成几千、几万甚至几十万瓦。可制成几千、几万甚至几十万瓦。 1支支220V、20kW的氙灯的氙灯1支支40W日光灯日光灯 光通量是光通量是200倍。倍。 不需镇流器，灯管直接接在市电上，功率不需镇流器，灯管直接接在市电上，功率因数近似为因数近似为1，使用方便。，使用方便。 6 其他照明用光源其他照明用光源 紫外线辐射大，使用时不要用眼睛直接注紫外线辐射大，使用时不要用眼睛直接注视灯管。用作照明要装设滤光玻璃，防止伤视灯管。用作照明要装设滤光玻璃，防止伤害视力。害视力。 氙灯悬挂高
109、度：氙灯悬挂高度：当当3kW灯管时不低于灯管时不低于12m当当10kW灯管时不低于灯管时不低于20m当当20kW灯管时不低于灯管时不低于25m 需要触发器帮助启动。需要触发器帮助启动。 触发器产生高压脉冲，使灯击穿放电，触发器产生高压脉冲，使灯击穿放电，电极形成热电子发射，主回路形成弧光放电，电极形成热电子发射，主回路形成弧光放电，灯起动后触发器停止工作灯起动后触发器停止工作。6 其他照明用光源其他照明用光源 ( 二二) 氙灯的规格及其技术参数氙灯的规格及其技术参数 (1) 直管形氙灯直管形氙灯 特点特点 功率大、体积小、光色好、光效高、功率功率大、体积小、光色好、光效高、功率因数高、起动方便
110、、随开随亮，不需镇流及因数高、起动方便、随开随亮，不需镇流及冷却装置。冷却装置。 适用于广场、街道、车站、码头、体育场适用于广场、街道、车站、码头、体育场馆及其他需要大面积高亮度的照明场所。馆及其他需要大面积高亮度的照明场所。 起动时配用触发器。由于灯在高频高压下起动时配用触发器。由于灯在高频高压下起动，高压端配线对地应有良好绝缘性能。起动，高压端配线对地应有良好绝缘性能。 灯在工作时，人不要长时间近距离接触。灯在工作时，人不要长时间近距离接触。 6 其他照明用光源其他照明用光源 技术参数技术参数 6 其他照明用光源其他照明用光源 直管形长弧氙灯技术参数直管形长弧氙灯技术参数 (2) 水冷式氙
111、灯水冷式氙灯 特点特点 显色性好，光色近似日光，表面温度低，显色性好，光色近似日光，表面温度低，不需用镇流器等。不需用镇流器等。 适用于印刷业照相制版、化工部门人工老适用于印刷业照相制版、化工部门人工老化和科研等特殊用途。化和科研等特殊用途。 触发时所需电压不低于触发时所需电压不低于210V，点灯电压，点灯电压不超过不超过235V。 使用中，需注意冷却水的流量，出口水温使用中，需注意冷却水的流量，出口水温度不超过度不超过5050。6 其他照明用光源其他照明用光源 技术参数技术参数 6 其他照明用光源其他照明用光源 水冷式氙灯技术参数水冷式氙灯技术参数 (3) 管形汞氙灯管形汞氙灯 特点特点 汞
112、弧光灯，光效高。紫外线辐射强，光色汞弧光灯，光效高。紫外线辐射强，光色较汞灯更佳。较汞灯更佳。 适用于船舶、机场、码头、车站等大面积适用于船舶、机场、码头、车站等大面积照明。还可用于照相制版、老化试验、印刷照明。还可用于照相制版、老化试验、印刷工业。工业。 安装时灯管必须与镇流器配套使用。安装时灯管必须与镇流器配套使用。 为防止紫外线照射，灯管安装时必须配有为防止紫外线照射，灯管安装时必须配有灯罩。灯罩。6 其他照明用光源其他照明用光源 技术参数技术参数 6 其他照明用光源其他照明用光源 管形汞氙灯技术参数管形汞氙灯技术参数 (4) 管形氙灯管形氙灯 特点特点 可见光部分接近太阳光谱，点燃方便
113、，不可见光部分接近太阳光谱，点燃方便，不需镇流器，自然冷却能瞬时启动。需镇流器，自然冷却能瞬时启动。 适用于广场、港口、机场的照明，还可用适用于广场、港口、机场的照明，还可用于老化试验的场所。于老化试验的场所。 产生紫外线辐射。产生紫外线辐射。6 其他照明用光源其他照明用光源 技术参数技术参数 6 其他照明用光源其他照明用光源 管形氙灯技术参数管形氙灯技术参数 霓虹灯又称氖气灯，是一种辉光放电灯。霓虹灯又称氖气灯，是一种辉光放电灯。 它不是照明用光源，灯管又细又长，它不是照明用光源，灯管又细又长，可以弯成各种图案或文字，用作娱乐场所、可以弯成各种图案或文字，用作娱乐场所、商业装饰、广告或指示。
114、商业装饰、广告或指示。 在霓虹灯电路中接入必要的控制装置，在霓虹灯电路中接入必要的控制装置，可得到循环变化的彩色图案和自动明灭的可得到循环变化的彩色图案和自动明灭的灯光闪烁，造成生动活泼的气氛。灯光闪烁，造成生动活泼的气氛。7 霓虹灯霓虹灯一、结构与材料一、结构与材料 霓虹灯由电极、引入线、灯管组成。霓虹灯由电极、引入线、灯管组成。 1) 灯管灯管 灯管直径为灯管直径为620mm 灯管抽成真空后再充入少量氩、氦、灯管抽成真空后再充入少量氩、氦、氙等惰性气体或少量汞。氙等惰性气体或少量汞。 在灯管内壁涂各种颜色的荧光粉或各在灯管内壁涂各种颜色的荧光粉或各种透明颜色，使霓虹灯能发出各种鲜艳的种透明
115、颜色，使霓虹灯能发出各种鲜艳的色彩。色彩。 霓虹灯的色彩与管内所充气体、玻璃管霓虹灯的色彩与管内所充气体、玻璃管(或荧光粉或荧光粉)颜色的关系。颜色的关系。7 霓虹灯霓虹灯6 其他照明用光源其他照明用光源 霓虹灯色彩与管内气体、玻璃管颜色之间关系霓虹灯色彩与管内气体、玻璃管颜色之间关系 2) 电极电极 装在玻璃管两端，多采用铜制成，表装在玻璃管两端，多采用铜制成，表面经过一定的化学处理，可防止被腐蚀。面经过一定的化学处理，可防止被腐蚀。 3) 引入线引入线 由电极引出与电源相接的导线称为引由电极引出与电源相接的导线称为引入线，要求与玻璃具有基本相同的热膨胀入线，要求与玻璃具有基本相同的热膨胀性
116、能，为防止玻璃破裂，一般采用镍铁合性能，为防止玻璃破裂，一般采用镍铁合金制作。金制作。7 霓虹灯霓虹灯二、工作原理及其性能特点二、工作原理及其性能特点 霓虹灯的特点是高电压、小电流。电霓虹灯的特点是高电压、小电流。电源接通后，变压器二次侧产生的高电压使灯源接通后，变压器二次侧产生的高电压使灯管内气体电离，管内气体电离，发出彩色的辉光。发出彩色的辉光。灯的起动电压不仅灯的起动电压不仅与灯管长度成正比，与灯管长度成正比，与管径大小成反比，与管径大小成反比，而且与所充气体的而且与所充气体的种类、气压有关。种类、气压有关。 7 霓虹灯霓虹灯图图3-31霓虹灯工作线路霓虹灯工作线路二、工作原理及其性能特
117、点二、工作原理及其性能特点 正常工作时由霓虹灯变压器来限制灯正常工作时由霓虹灯变压器来限制灯管回路中通过的最大电流。管回路中通过的最大电流。 电源接通后，由于漏磁的存在，电压电源接通后，由于漏磁的存在，电压会下降，限制了灯管电流，其作用类似荧会下降，限制了灯管电流，其作用类似荧光灯的镇流器。光灯的镇流器。 7 霓虹灯霓虹灯 变压器二次侧空载电压不大于变压器二次侧空载电压不大于15kV，二，二次侧短路电流比正常运行电流高次侧短路电流比正常运行电流高15%25%。 当变压器次级开路电压高于当变压器次级开路电压高于7500V，次级，次级绕组有中心抽绕组有中心抽头，并接地，头，并接地，可减小变压器可减
118、小变压器次级在工作状次级在工作状态下的对地电态下的对地电压，减小危险压，减小危险性。性。 7 霓虹灯霓虹灯图图3-32霓虹灯变压器原理图霓虹灯变压器原理图三、安装注意事项三、安装注意事项 霓虹灯变压器的二次电压高，约为霓虹灯变压器的二次电压高，约为615kV，故二次回路与所有金属构架、建，故二次回路与所有金属构架、建筑物等必须完全绝缘。高压线采用单股铜筑物等必须完全绝缘。高压线采用单股铜线穿玻璃管绝缘，防止漏电。线穿玻璃管绝缘，防止漏电。 霓虹灯变压器应尽量靠近霓虹灯安装，安霓虹灯变压器应尽量靠近霓虹灯安装，安放在支撑霓虹灯的构架上，用密封箱作防放在支撑霓虹灯的构架上，用密封箱作防水保护；变压
119、器中性点及外壳必须可靠接水保护；变压器中性点及外壳必须可靠接地；霓虹灯管和高压线路不能直径敷设在地；霓虹灯管和高压线路不能直径敷设在建筑物或构架上，与它们保持建筑物或构架上，与它们保持50mm的距离，的距离，用专用的玻璃支持头支撑。用专用的玻璃支持头支撑。 7 霓虹灯霓虹灯 高压线路离地应有一定高度，以防止高压线路离地应有一定高度，以防止人体触及人体触及 霓虹灯变压器电抗大，线路功率因数霓虹灯变压器电抗大，线路功率因数低，约为低，约为0.20.5。为改善功率因数，需。为改善功率因数，需配备相应的电容器进行补偿。配备相应的电容器进行补偿。7 霓虹灯霓虹灯一、场致发光器件一、场致发光器件 场致发光
120、场致发光(又称又称“电致发光电致发光”)是指由于是指由于某种适当物质与电场相互作用而发光的现象。某种适当物质与电场相互作用而发光的现象。l场致发光屏场致发光屏(FL) 微晶粉末状荧光质，是硫化锌这类微晶粉末状荧光质，是硫化锌这类“族族”化合物。化合物。 场致发光屏通常由玻璃板、透明导电膜、场致发光屏通常由玻璃板、透明导电膜、荧光粉层、高介电常数反射层、铝箔和最底荧光粉层、高介电常数反射层、铝箔和最底层的玻璃板迭合而成。层的玻璃板迭合而成。 8场致发光器件场致发光器件发光二极管发光二极管 发光屏与电极之间距离仅为几十微米，发光屏与电极之间距离仅为几十微米，在市电下，能达到足够高的电场强度（大于在
121、市电下，能达到足够高的电场强度（大于104V/cm），）， 工作在高电压下，电流密度低。工作在高电压下，电流密度低。 场致发光屏光效不到场致发光屏光效不到15lm/W，寿命超，寿命超过过5000h，可通过电极的分割使光源分开，可通过电极的分割使光源分开，做成图案与文字。用在建筑物中作指示照明做成图案与文字。用在建筑物中作指示照明或分机、轮船仪表的夜间显示。或分机、轮船仪表的夜间显示。 8场致发光器件场致发光器件发光二极管发光二极管l发光二极管发光二极管(LED) 利用利用GaAs、GaP或它们的组合晶体或它们的组合晶体(GaAsP)等等“族族”化合物。工作电流是化合物。工作电流是高电流密度的，
122、仅需高电流密度的，仅需2V直流电源。直流电源。 发光二极管是一种将电能直接转换成光发光二极管是一种将电能直接转换成光能的固体元件，可作为有效的辐射光源。能的固体元件，可作为有效的辐射光源。 发光原理：发光原理：对对P-N结加上正向电压时，结加上正向电压时，N区的电子越过区的电子越过P-N结向结向P区注入，与区注入，与P区的区的空穴复合，从而将能量以光子的形式放出。空穴复合，从而将能量以光子的形式放出。8场致发光器件场致发光器件发光二极管发光二极管 发光二极管体积小、寿命长，可靠性高，发光二极管体积小、寿命长，可靠性高，便于集成、控制。能在低电压下工作，与集便于集成、控制。能在低电压下工作，与集
123、成电路等外部电路配合使用，便于控制。成电路等外部电路配合使用，便于控制。 随着新型半导体材料的涌现，及加工随着新型半导体材料的涌现，及加工封装技术提高，克服了商用封装技术提高，克服了商用LEDLED亮度低、视亮度低、视角窄，颜色少、产品质量不稳定的缺点，可角窄，颜色少、产品质量不稳定的缺点，可以得到高亮度的以得到高亮度的红、黄、绿红、黄、绿发光二极管，还发光二极管，还能制造能制造蓝色蓝色、白色白色发光二极管，用发光二极管，用LEDLED代替代替普通光源。普通光源。8发光二极管发光二极管二、二、LED的结构和原理的结构和原理1、阳极引线阳极引线2、阳极、阳极3、环氧封装、圆顶透镜、环氧封装、圆顶
124、透镜4、阳极导线、阳极导线5、带反射杯的阴极、带反射杯的阴极6、半导体触点、半导体触点7、阴极引线、阴极引线图图3-33LED的组成结构的组成结构8发光二极管发光二极管(一一)单色单色LED LED由发光片产生光，材料分子的结构由发光片产生光，材料分子的结构决定发光波长决定发光波长(光的颜色光的颜色)。 光效与半导体材料及其加工工艺有光效与半导体材料及其加工工艺有关。关。 在在P P型和型和N N型材料中掺入不同的杂质，型材料中掺入不同的杂质，得到不同发光颜色的得到不同发光颜色的LEDLED。不同外延材料决定。不同外延材料决定LEDLED的功耗、响应速度和工作寿命等光学、电的功耗、响应速度和工
125、作寿命等光学、电气特性。气特性。 在制造工艺中，常用有在制造工艺中，常用有“气相晶气相晶体生长法体生长法”和和“液相晶体生长法液相晶体生长法”。最近，。最近，金属无机物气体的沉淀技术又有突破。高光金属无机物气体的沉淀技术又有突破。高光效的效的蓝色蓝色LED(InGaLED(InGa：N N材料材料) )由这种工艺实现。由这种工艺实现。8发光二极管发光二极管(二二)白色白色LED 单只单只LEDLED不可能产生两种及两种引上单色不可能产生两种及两种引上单色光，也不能产生具有连续光谱的白光，只能先产光，也不能产生具有连续光谱的白光，只能先产生蓝光，再借助生蓝光，再借助荧光物质间接产荧光物质间接产生
126、宽带光谱合成生宽带光谱合成白光。白光。 白色白色LEDLED的光谱能量几乎的光谱能量几乎不含红外与紫外不含红外与紫外成分，成分，RaRa达达8585。400450 500 550 600650700 75004080120灯光强度灯光强度(%)波长波长/nm/nm图图3-34白色白色LED光谱能量分布光谱能量分布8发光二极管发光二极管 产生蓝光的半导体材料采用氮铟稼产生蓝光的半导体材料采用氮铟稼(InGa(InGa：N)N)材料。材料。 蓝光在周围高效荧光物质内散射时，被强蓝光在周围高效荧光物质内散射时，被强烈吸收，转换为光能较低的宽带黄色荧光。烈吸收，转换为光能较低的宽带黄色荧光。其中少部分
127、蓝光透过荧光物质层，并和宽带其中少部分蓝光透过荧光物质层，并和宽带黄光形成色温达黄光形成色温达6500K6500K的白光。的白光。蓝色蓝色LEDLED通过荧光粉变成单色白色微型荧光通过荧光粉变成单色白色微型荧光灯灯制成超薄白色面光源，用于普通光源。制成超薄白色面光源，用于普通光源。8发光二极管发光二极管白色白色LED自自1996年诞生，光效提高，年诞生，光效提高，1999年年15lm/W，2001年年4050lm/W。白色白色LED与白炽灯的性能比较与白炽灯的性能比较8发光二极管发光二极管二、二、LED的性能的性能 LED电性能与检波二极管相似，在电性能与检波二极管相似，在10mA工作电流时，
128、正向偏压为工作电流时，正向偏压为2V。 是一种高密度辐射的电光源，其亮度取是一种高密度辐射的电光源，其亮度取决于电流密度。市售红色决于电流密度。市售红色LED的亮度达的亮度达3500cd/m2，而荧光灯的标准亮度仅为，而荧光灯的标准亮度仅为5000cd/m2。LED的寿命长，额定寿命超过的寿命长，额定寿命超过100000h。8发光二极管发光二极管发光二极管的特性发光二极管的特性8发光二极管发光二极管三、常用产品三、常用产品(一一)单个单个LED发光发光器器 配置附件配置附件( (如如平行光发射器、平行光发射器、偏振片、透光罩、偏振片、透光罩、导线等导线等) )，组成单，组成单个个LEDLED发
129、光器。发光器。图图3-35单个单个LED发光器的光路示意图发光器的光路示意图8发光二极管发光二极管(二二) LED组合模块组合模块 将单个二极管发光器进行组合，形成将单个二极管发光器进行组合，形成LED组组合模块，如线性模块、背景照明模块、带有合模块，如线性模块、背景照明模块、带有光学透镜模块、带有光导板模块。光学透镜模块、带有光导板模块。(三三) LED灯具灯具 平面发光灯、交通信号灯、舞台型聚光灯、平面发光灯、交通信号灯、舞台型聚光灯、台灯、镜前灯等。台灯、镜前灯等。 8发光二极管发光二极管图图3-36超小型聚光灯的光路示意图超小型聚光灯的光路示意图图图3-37平行光产生的光路示意图平行光
130、产生的光路示意图8发光二极管发光二极管四、四、 LED应用应用1、仪器指示灯、仪器指示灯 寿命长、功耗低、结构牢固寿命长、功耗低、结构牢固 家用电器指示器家用电器指示器 电路状态指示器电路状态指示器 故障指示器故障指示器8发光二极管发光二极管2、用于仅需很小光强、用于仅需很小光强、光通量的照明场合。光通量的照明场合。安置在地坪上、踏步安置在地坪上、踏步下下车道线标志车道线标志安装在人行道，用于安装在人行道，用于照亮步行道与街道间照亮步行道与街道间的落差的落差8发光二极管发光二极管3、交通信号灯、交通信号灯 美国统计数据：用美国统计数据：用LED替代全美所有的替代全美所有的白炽灯作为交通信号，一
131、年可节约白炽灯作为交通信号，一年可节约2.5亿亿kWh。机场指示机场指示铁路指示铁路指示8发光二极管发光二极管4、疏散指示、疏散指示 当今美国诱导当今美国诱导灯市场中，灯市场中，LED作作为主光源的市场占为主光源的市场占有率由有率由1998年的年的80%上升为上升为100%。8发光二极管发光二极管五、五、 LED的展望的展望新近发展起来的高光效、高光强、色彩丰新近发展起来的高光效、高光强、色彩丰富的富的LED，具有巨大的节能潜力，在照明领域，具有巨大的节能潜力，在照明领域有更广泛的应用。有更广泛的应用。未来的工作重心再不是光效上，而是放在未来的工作重心再不是光效上，而是放在LED的实用化产品上
132、。的实用化产品上。8发光二极管发光二极管一、性能比较一、性能比较9 各种常用电光源的性能比较与选用各种常用电光源的性能比较与选用各种常用照明电光源的主要性能各种常用照明电光源的主要性能维持气体放电灯正常工作不至于自熄尤为重要维持气体放电灯正常工作不至于自熄尤为重要使用节能型电感镇流器，损耗减半使用节能型电感镇流器，损耗减半9 各种常用电光源的性能比较与选用各种常用电光源的性能比较与选用气体放电灯的功率因数及功率损耗占灯管功率的百分数气体放电灯的功率因数及功率损耗占灯管功率的百分数二、选用二、选用(一一) 根据照明设施的目的与用途来选择光源根据照明设施的目的与用途来选择光源( (二二) )按照环
133、境的要求选择光源按照环境的要求选择光源( (三三) )按投资与年运行费用选择光源按投资与年运行费用选择光源9 各种常用电光源的性能比较与选用各种常用电光源的性能比较与选用9 各种常用电光源的性能比较与选用各种常用电光源的性能比较与选用各种场所对灯性能的要求及推荐的灯各种场所对灯性能的要求及推荐的灯说明：说明：光输出高低：高光输出高低：高10000lm，中，中300010000lm，小，小3000lm显色指数：显色指数：ARa90，B90Ra80, 80Ra60, 60Ra40, Ra40色温分类：色温分类：3300K，33005300K部分部分HID灯的光电参数灯的光电参数光效：高压钠灯金属卤化物灯荧光高压汞灯光效：高压钠灯金属卤化物灯荧光高压汞灯5 高强度气体放电灯高强度气体放电灯(HID灯灯)
