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第三章 荧光灯 荧光灯是日常照明的主力军，我国也已成为生产荧光灯大国。 荧光灯生产似乎简单，但要成为世界名牌还需努力。本章介绍荧光灯基本原理、荧光灯结构和设计、荧光灯用原材料、荧光灯制造、荧光灯驱动电路，供有关技术人员参考。 第一节 荧光灯基本原理 一、荧光灯中的低压气体放电 荧光灯是一种低汞蒸气压放电灯。它把电能转变为可见光的过程可以分为二个阶段。 首先是通过低压汞蒸气放电，在气体放电中消耗的电能转变为人眼看不见的紫外辐射和少量可见光，其中约占65%的电能转化为波长185nm、254nm和365nm等紫外线，3%的电能直接转化为波长405nm、436nm、546nm和577nm等可见光，其余部分大多数以热量的形式消耗。 其次是管内产生的紫外线辐射到玻璃管壁上涂的荧光粉材料，荧光材料再把紫外线转换为可见光。因此，我们可以说荧光灯的发光是包含着汞蒸气低压放电和激发荧光材料发光二个物理过程。 （一）低压气体放电建立 当一个足够高的电场加在充有气体的玻璃管二端电极上，气体就能被击穿而导电，这一原始电离现场是由宇宙射线或自然放射所产生的电子和离子对形成的，但这种电离形成的电流是十分微弱的。当外电场使电子加速而离子可以看作是相对静止的，这时一部分电子可能获得足够的能量从而电离气体原子。 汞蒸气是荧光灯放电中的工作气体，汞原子中的电子分别处在原子核外的一系列电子壳层中，当汞原子和动能(又称电子温度)很大的电子相碰撞，汞原子从电子吸收能量并被激发。电子会跃迁到所吸收的能量相当的激发能级上去，如果吸收的能量超过原子核对其的引力时，电子就将和原子脱离关系成为自由电子，剩下这种带正电的粒子就称为正离子。我们把原子离介成自由电子和正离子的过程称为电离。 当电子在电场中加速，电子的功能达到足以产生电离的能量时，就会产生再一次电离，原来一个电子变成二个电子，二个电子继续在电场作用下向前移动，当它们再次积起足以产生电离的能量时，就会发生一次新的电离过程，现在二个电子就会变成四个、八个，同时就产生相同数量的正离子。这种现象就是电子雪崩。电子移向阳极，正离子向阴极移动。正离子在运动途中也有可能发生少量电离，但由于这种电离概率仅是千分之几，因此在通常情况下离子的电离作用可以忽略不计。 通过上述分析，我们知道在荧光灯管两端电极上加上一定电压，由于管子内原始电离的存在，气体中就会有微弱电流通过，电子和带正电的离子就会向二极移动，原始电离维持的放电是一种非持续放电，即原始电离消失，放电立即停止。电子在移动中又会与汞蒸气碰撞，不断产生新的电离现象，形成电子雪崩。 在雪崩放电过程中，正离子打在阴极上，使阴极产生二次电子，这样阴极发射电子就能获得再生。 这时即使除去原始电离，放电照样能够维持下去，这种放电就称为自持放电。一旦达到自持放电状态。 气体的电离是很强烈的，与此同时在放电空间又会产生大量激发，从而辐射出一定的放电光谱。 （二）低汞气压放电光谱 汞原子在高速电子的撞击下，除产生电离，还有有许多汞的电子没脱离原子，而是跃迁到和所获得的能量相对应的较高能级上去，这种能级发生变化的过程称为激发。激发要吸收的能量，正好是跃迁前后两个能级的能量差。通常采用电子伏特（eV）作为能量单位，也称为激发电位。 汞原子能级很多，为了便于简单叙说，现将汞原子能级简化成如图12-3-1。 当汞原子61S0基态能级上的电子吸收4.86eV能量，被激发到63P1激发态能级，随后自发跃迁回到基态61S0，同时将激发能量以254nm的紫外光辐射出来；又如61P1激发态能级跃迁回到基态61S0就会产生185nm紫外光。当61S0基态能级上的电子吸收例如4.66eV，被激发到63P0亚稳态能级，它不会跃迁回基态,而是待再吸收能量达更高能级，然后跃迁回亚稳态或激发态，发出相应辐射光；63P3 也是亚稳态能级。63D、73S亦有下标区分的能级，图中简化了；另外还有诸如73P等能级，作用较小，不一一列出。 63P1是最低激发态，需要能量最少，所以从基态激发到此级的电子最多。与63P1能级差不多的63P0、63P2亚稳态级，从基态激发到此两能级的电子亦不少，当它们再被激发到高能级，回到63P1能级的几率很大；据理论计算，63P1能级上电子约有三分之二由亚稳态转移而来。 在最佳激发条件下，约有60%的电能可转化为254 nm辐射。转换率可用ηUV254表示，简记为ηUV。激发条件恶化，ηUV下降。 （三）辉光放电和弧光放电 从图12-3-2中可以看到，在二电极间加上电压，放电管内就会有电流通过。图中OA段，电压由低逐渐升高，电流也随之升高。外加电压继续升高，电流会出现一个急剧增加的过渡区AB段，这时气体被击穿，这个电压称为击穿电压。 气体被击穿以后，从非持续放电进入自