电光源的特性分析

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1、实验7电光源的特性分析[实验的目的]1、了解电光源的发展过程。2、了解与测试常用电光源的特性。[实验背景]凡是可以将其他形式的能量转换成光能（即一定波长范围内的电磁波，包括可见光、紫外、红外与X射线等不可见光）的设备称为光源，而其中将电能转换为光能的设备称为电光源。电光源最主要的性能指标有：（1）光通量光通量是指人眼所能感觉到的辐射能量，它表征着光源的发光能力，它与辐射能对应的波长及光源工作时间有关，额定光通量指光源在额定电压，额定功率条件下工作，正常发出的光通量。（2）发光效率光源的光通量输出与它取用的电功率之比，简称光效，光效越高，光源越好。（3）寿命（4）

2、额定功率灯箱设计的功率值常用的电光源为：（1）热致发光电光源（白炽灯，卤钨灯等）（2）气体放电发光电光源（荧光灯、汞灯、钠灯、氙灯等）（3）固体发光电光源（如LED一发光二极管）下面，将对各类电光源的构造，性能作一个简单的介绍。（一）热致发光电光源以热辐射作为光辐射的电光源，包括白炽灯和卤钨灯，它们都是以灯丝为辐射体，通电后把灯丝加热到白炽状态使之发光。电灯外壳用玻璃制成，并将壳内抽成真空，防止灯丝在高温下迅速氧化。真正使电灯大放光明的是美国发明家爱迪生。他总结前人造电灯的经验后，做了两方面的工作。一是改进抽空设备，使灯泡有高真空度；二是分类试验了1600多种耐

3、热材料。其中白金丝性能最好，但价格太贵。1879年，爱迪生最后决定用炭丝来作灯丝，电灯竟然连续工作了45个小时，这年新年，爱迪生电灯公司所在地洛帕克街灯火通明。接着他又试验了6000多种植物纤维，最后又选用了竹丝，加工后制成了炭化竹丝，电灯连续工作时间达到了1200小时。电灯的发明，曾使得煤气股票3天内急跌了12%。1906年，通用电器发明了用钨丝作灯丝的方法，使得成本急剧下跌，钨丝灯泡一直使用至今。电灯泡的最大问题是灯丝的蒸发。因为钨丝上细微的电阻差会造成温度差，在电阻较大的地方，温度升高较快，钨丝也就蒸发较快。如此恶性循环，最终会令钨丝烧断。后来发现可以在壳

4、内注入惰性气体以减缓钨丝的蒸发。卤素灯泡是在灯泡内注入碘或溴等卤素气体。在高温下，蒸发的钨丝与卤素进行化学作用，蒸发的钨会重新凝固在钨丝上，形成平衡的循环，所以钨丝不会很快变细，灯管也不会发黑。故卤钨灯具有寿命长，光效高的特点。卤素灯泡也比一般白炽灯更耐高温，不过在这温度下，普通玻璃可能会软化，所以卤素灯泡需要采用溶点更高的石英玻璃，而石英玻璃不能阻隔紫外线，故卤素灯泡通常都要另外使用紫外线滤镜。白炽灯与卤素灯都是依靠电流通过灯内的钨丝产生热效应而发光的，钨丝是金属导体，在电路中显纯电阻性，不影响供电源的交流参数，对电源设备不构成影响。一般白炽灯只能将消耗能量的

5、60%以下转化为光能，而卤素灯泡的光效为其一倍。一个60W的卤素灯泡，其亮度可等同一个100W的普通灯泡。但卤素灯泡体积小，运作温度高，家居应用时应小心防止火灾。现代普通白炽灯寿命约1000小时，而卤素灯泡的寿命约2000小时，且光通量稳定。目前普通白炽灯国内已有由220V15W到220V1000W不同规格的系列产品，卤钨灯常做成管状，功率为300W到1000W。普通白炽灯具有开灯即亮，可连续调光，结构简单价格低廉的特点，但寿命短，光效低。一般用于居室、客厅、商店、庭院。卤素灯光效寿命较普通白炽灯高一倍，且体积小，一般用于会议室，展示厅，商业照明，影视舞台，仪器

6、仪表，汽车及飞机等。目前这类光源需求量仍然很大，仍是一种重要的照明光源。（二）气体放电发光电光源白炽灯泡中是有钨丝的，其电阻大又耐高温，故灯泡工作时，既发热也发光，所以光效较低。气体放电光源是没有灯丝的，故光效非常高。一般气体到220V电压下是不导电的，我们不会因为靠近墙上的电源插座而触电。但借助于尖端放电产生强电场的方式或直接使用强电场，气体会产生电离而放电（发光），气体放电通常在被抽成真空的气体放电管内进行，如日光灯管。气体放电光源需要在气体放电管两端加上高电压，气体分子才能被激活，所以它们不能简单接在220V电源上，还需要一些其它装置（如镇流器），这个装置

7、作用如下：（1）加热灯管两端的金属丝，激发出电子。（2）在灯管两端加瞬时高电压以加速电子，电离气体，灯管的电阻急剧变小，电流增大。（3）降低两端的电压，维持稳定的电流。氙灯（HID）是在抗紫外线水晶石英玻璃管内，以多种化学气体充填，其中大部分为氙气与碘化物等惰性气体，再通过增压器将低压（12V，直流）瞬间增压至高压，使管内氙气电子游离，在两电极间产生光源。由氙气所产生的白色超强电弧光，亮度为传统卤素灯泡的三倍，而工作电流仅为3.5A，使用寿命比传统卤素灯泡长10倍，它是目前世界上最亮的光源。氙灯还有一个特点，当出现故障时，它是逐渐变暗，而不是突然不亮，这可以使驾

8、驶者有调整时间，故汽车前