日光灯的组成及工作原理

第三讲

上课时间：2014年9月11日星期三

课时：两课时

总课时数：两课时

教学目标：1.掌握日光灯的结构连接图

2.理解日光灯的工作原理

教学重点：日光灯的结构连接图

教学难点：日光灯的工作原理

教具：电子白板

教学过程：

一、组织教学

检查学生人数，填写教室日志，组织学生上课秩序。

二、复习导入

1.用电保护的方式

2.几种常见情况的保护方式

变压器的中性点接地是（工作接地）。

用电设备金属外壳接地是（保护接地）。

避雷针和避雷线是（保护接地）。

三、讲授新课：

（一）日光灯的组成

日光灯主要由灯管、镇流器、启辉器组成

1.日光灯管的两端各有一个灯丝，灯管内充有微量的氩气和稀薄的汞蒸气，灯管内壁上涂有荧光粉。两个灯丝之间的气体导电时发出紫外线，使涂在管壁上的荧光粉发出可见光。

2.镇流器

镇流器是一个带铁芯的线圈，自感系数很大。

3. 启辉器（即启动器）

启辉器主要是一个充有氖气的玻璃泡，里面装有两个电极，一个是静触片，一个是由两个膨胀系数不同的金属制成的U型动触片（双金属片——当温度升高时，因两个金属片的膨胀系数不同，导致其向膨胀系数低的一侧弯曲）。

启辉器的内部结构和工作原理是什么?

日光灯启辉器结构很简单，就是把一个双金属片电极和一个固定电极封装在一个氖气泡里，刚接通日光灯电源开关时，因为日光灯管还没有点燃，所以通过镇流器的电流很小，镇流器的压降也很小，近220V的交流电压使启辉器氖气泡产生辉光放电，双金属片电极受热变形与固定电极接通，使镇流器、日光灯管灯丝、启辉器串联通电，完成对日光灯管灯丝的预热；同时，由于氖气泡内两电极接通，使启辉器氖气泡辉光放电结束，双金属片电极冷却变形与固定电极分离，使通过镇流器的电流突然中断。镇流器是电感元件，必然会产生一个自感电压阻止电流突变，这个电压与电源电压串联加在日光灯管两端，使灯管内形成气体放电通路，日光灯管进入正常工作状态。灯管正常工作后，通过镇流器的电流增大，镇流器的压降也增大，加在启辉器氖气泡两电极之间的电压降低到小于氖气泡产生辉光放电所需要的电压，启辉器的一次工作完成。若灯管没有被启动成功，则以上过程会重复进行，直到灯管被成功启动。

启辉器氖气泡两电极之间并联有一个几千pF的纸介电容器，是为减少对其它设备的高频干扰用的，该电容器比较容易被击穿，损坏后现象是灯管两头亮、中间不亮，时间长了容易造成灯管老化或使镇流器过热烧毁，将该电容器去掉即可恢复正常。

启辉器结构图日光灯的结构连接图

（二）日光灯的工作原理

1.日光灯的点燃过程

（1）当开关闭合后，电源把电压加在启辉器的两极之间，使氖气放电而发出辉光，辉光产生的热量使U型动触片膨胀伸长，跟静触片接通，于是镇流器线圈和灯管中的灯丝就有电流通过。

（2）电路接通后，启辉器中的氖气停止放电（启辉器分压少、辉光放电无法进行，不工作），U型片冷却收缩，两个触片分离，电路自动断开。

（3）在电路突然断开的瞬间，由于镇流器电流急剧减小，会产生很高的自感电动势，方向与原来的电压方向相同，两个自感电动势与电源电压加在一起，形成一个瞬时高压，加在灯管两端，使灯管中的气体开始放电，于是日光灯成为电流的通路开始发光。

2.日光灯的正常发光

日光灯开始发光后，由于交变电流通过镇流器的线圈，线圈中就会产生自感电动势，它总是阻碍电流变化的，这时镇流器起着降压限流的作用，保证日光灯正常工作。

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。通电后有电流,电流会产生热,而使启动器里的两块触片由于热胀冷缩而突然通路,根据电流自感现象电流的瞬时改变镇流器会产生瞬时高压,在高压下使灯管内的气体也导通了,由于那些气体通电会发光,所以就可以亮了.

镇流器在启动时产生瞬时高压，在正常工作时起降压限流作用；启辉器起自动开关的作用；启辉器中电容器的作用是避免产生电火花

（三）日光灯发光原理

灯管内部情况：灯管内含有水银蒸汽和少量的惰性气体（氩气），管壁上涂有荧光粉

灯管通电后为什么会发光：

当电子受到激发的时候原子就会释放出可见光子。如果你已经知道原子是如何工作的话，那你也就知道电子是围着原子核走来走去的负极电荷粒子。原子的电子有着不同等级的能量，主要取决几个因素，包括它们的速度和离原子核的距离。电子不同的能量等级占有不同的轨函数和轨道。通常来说，有着大能量的电子就会离原子

核更远。当原子得到或失去能量的时候，电子就会从低轨道和高轨道之间移动。当有某些东西将能量传到原子的时候---以热量为例子--电子可以暂时被推进到一个更高的轨道（远离原子核）。电子只是在这一轨道位置停留极短时间：几乎马上就被退回到原子核，到达它的原始轨道上。这时电子就以光子的形式放出额外的能量。发光的波长取决于有多少能量被释放出来，这也就取决于电子所在的轨道位置。因此，不同类的原子就会释放出不同类的可见光子。换句话说就是光的颜色是由受激发的原子种类决定。这几乎是在所有光源的最基本工作机制。这些光源的主要不同是在于激发原子的过程。在白炽灯光源里，原子是由通过加热来激发；而在灯管里，原子是通过化学反应来激发。荧光灯的中心元件就是它的一个密封的玻璃管。这个管含有少量水银和惰性气体，通常是氩惰性气体元素，这种惰性气体要保持非常低压。管也含有荧光粉，在玻璃管内单独涂上一层荧光粉。玻璃管两端各有一个电极，是连接到电流用的。

当灯管内的惰性气体在高压下电离后，形成气体导电电流，运动的气体离子在与汞原子碰撞作用之间不断地给了汞原子能量，使得汞原子的核外电子总能从低轨道跃迁到高轨道，之后汞原子的核外电子由于具有较高的能量会自发地再从高轨道向低轨道（或基态）跃迁，以光子的形式向外释放能量，同时由于汞原子的原子特征普线大部分集中在紫外区域，可知，汞原子释放出来的光子大部分在紫外区域，这些高能量的光子（紫外线）在和荧光粉的撞击之间产生了白光。

日光灯小常识

日光灯管的紫外线会不会对人体有害？

因为日光灯管中紫外线的能量还不足以穿透玻璃到达灯管的外面，所以日光灯的紫外线是不会对人体造成伤害的。

四、课堂小结

1. 日光灯的启动器在日光灯正常工作时，取下后会影响灯管发光吗？

2.如果启动器坏了或丢失了，作为应急措施可以如何解决困难使日光灯发光呢？

3.日光灯的启动器中有一个电容，你知道它的作用是什么吗？这个东西经常会出现故障，被击穿，你能解释原因吗？

4.启动器如果被击穿了，能否正常工作呢？

解答：1.灯管正常发光。

2.没有启动器的情况下，可以拿一根电线,接触启动器座的两个铜片,等灯亮以后,把电线移走就行了。

3.启辉器中电容器的作用是为减少对其它设备的高频干扰用的，避免产生电火花。（它能使两个触片

在分离时不产生火花，以免烧坏触点，同时还能减轻对附近无线电设备的干扰。）

在触点断开的瞬间，镇流器L中的电流急剧减小，产生很高的感应电动势。感应电动势和电源电压叠加起来加在灯管两端的灯丝上，这个很高的感应电动势也加在电容的两端,所以电容器常被击穿.

4.如果启动器中被击穿了,启动器就不起作用了.把电容剪掉,就可以了.,

复习：在电工测量中，可以利用并联电阻的办法来扩大电流表的量程。

在电工测量中，可以利用串联电阻的办法来扩大电压表的量程。

五、布置作业：

1.

2.

六、课后反思：