Евг. Свищев, 2003

Газоразрядные импульсные лампы являются источниками мгновенного разряда, предназначенными для получения многократных световых импульсов большой силы и малой длительности (тысячных и миллионных долей секунды).

Области применения

Фотография, скоростная киносъемка, медицинская техника, локаторы-дальномеры, активные телевизионные системы, оптический телеграф, измерительная техника, накачка лазеров и т. д.

Излучение

Спектр излучения импульсных ламп занимает диапазон от инфракрасного (ИК) до ультрафиолетового (УФ) участка. Излучение ламп максимально в ИК диапазоне, что позволяет применять лампы в соответствующих целях. В видимой (световой) области спектр излучения непрерывен и почти точно воспроизводит спектр солнечного света с небольшим избытком синих лучей. Наименьшая интенсивность излучения в УФ диапазоне.

Типаж

Импульсные лампы подразделяются на стробоскопические (строботроны) и фотоосветительные. Разделение обусловлено предельными режимами эксплуатации и лампы в большинстве случаев взаимозаменяемы.

Стробоскопические лампы отличаются от фотоосветительных мощностью, рассеиваемой без перегрева при непрерывной работе и малыми потребляемыми токами.
Стробоскопический режим импульсных ламп характеризуется большим количеством вспышек за секунду. Применяется для визуального наблюдения и изучения быстрых периодических движений. Газоразрядные импульсные лампы практически не имеют инерции до 4…6 кГц. На более высоких частотах её надо учитывать.

Фотоосветительный режим характеризуется большой энергией одиночной вспышки, которая ограничивается возможностью пропускания электродами лампы больших разрядных токов и теплостойкостью баллона. Энергетическая способность фотоосветительных ламп определяется коэффициентом нагрузки

Н = СU⁴,

где С - емкость разрядного конденсатора, мкФ; U - рабочее напряжение, кВ.

При эксплуатации лампы превышать значение этого коэффициента не рекомендуется, так как лампа выйдет из строя до истечения гарантированного числа вспышек. При известных величинах коэффициента нагрузки Н и напряжения, при котором должна работать лампа, рассчитывается наибольшая допустимая энергия одиночной вспышки

E = Н/2U²

Особенности конструкции

Газоразрядные импульсные лампы выпускаются в баллонах из стекла, кварца, увиолевого стекла, прозрачного для УФ, в трубчатом или шаровом (широком) исполнении. Для ламп малой и средней мощности баллоны изготавливаются из плавленого кварца, обладающего высокой тугоплавкостью и низким коэффициентом теплового расширения. Допустимая температура поверхности стеклянных баллонов до 200 °С, кварцевых не более 600 °С. Баллоны наполняются ксеноном, криптоном или их смесью под давлением.

Электроды ламп активированы и выполнены из металлокерамического сплава на основе вольфрама. Трубчатые лампы выполнены в виде прямых трубок, свернутых в цилиндрические или шаровые спирали, или в виде изогнутых, трубок различной конфигурации (чаще всего в виде букв омега, U или S). Давление газа в трубчатых лампах ниже атмосферного. Область разряда занимает значительный объем газа. Вспомогательный (поджигающий) электрод служит для поджигающего высоковольтного импульса; выполняется в виде хомутика из отрезка голого провода небольшого диаметра, металлической полоски или токопроводящего покрытия, плотно прилегающего к внешней поверхности трубки.

Капиллярные лампы являются разновидностью трубчатых ламп. Конструктивно отличаются малым сечением канала трубки. Вспышку дают короткую с высокой яркостью.

Шаровые (широкие) лампы выполнены в широкой колбе, по форме близкой к шару или цилиндру. Давление газа у малых ламп близко к атмосферному, а у больших превышает его в 3 …5 раз. Область разряда составляет малую часть общего объема газа. Основные электроды расположены в центре баллона на небольшом расстоянии друг от друга. Вспомогательный (поджигающий) электрод находится внутри баллона около основных электродов. Для исключения разряда между основными и поджигающим электродом его подключают через конденсатор малой емкости.

От трубчатых шаровые лампы отличаются меньшим внутренним сопротивлением . Их вспышка короче. Шаровые лампы в основном предназначаются для стробоскопического режима с малой энергией отдельных вспышек и в режимах с малой длительностью и большой яркостью вспышки.

Условия эксплуатации

Для работы пространственное положение ламп безразлично.
Для подключения ламп к схеме используются различные цоколи и выводы. Большие импульсные токи требуют, при наличии накидных контактов, их плотного надевания на ножки выводов. В противном случае, возможно обгорание.
При включении следует соблюдать правильную полярность, так как катод выполняется из специ-ального активированного материала. В обратном включении лампа работает, но сокращается ресурс. У ламп, не имеющих стандартных цоколей, анод отмечен цветной меткой или знаком плюс (+).
Для предотвращения излучения помех при вспышках элементы схемы, включая лампу, экранируются, а питающая сеть защищается фильтрами.

Срок службы

При эксплуатации импульсные лампы обычно не доводят до полного износа. Считается, что трубчатые лампы подлежат замене после почернения внутренней поверхности трубки примерно на четверть или треть длины баллона. Шаровые лампы заменяют после заметного на глаз потемнения колбы, либо при сильных эрозионных разрушениях электродов. Также показателем выхода ламп из строя служат перебои в работе или самопроизвольные вспышки.

Типовая схема включения фотоосветительных ламп

При включении источника питания к электродам импульсной лампы прикладывается напряжение зажигания. Одновременно заряжаются конденсатор C1 большой емкости (порядка сотен и тысяч мкФ) через резистор R1, и конденсатор С2 малой емкости через резистор R2. Если наполняющий лампу газ каким-либо способом ионизировать, то в ней произойдет мощный искровой разряд. Для ионизации газа к поджигающему электроду подается электрический потенциал порядка 10 кВ. При замыкании ключа S1 конденсатор С2 разряжается через обмотку I высоковольтного трансформатора и резистор R3. Во время разряда в обмотке II индуктируется высоковольтный импульс поджигающего напряжения. В момент ионизации газа внутреннее сопротивление лампы HL1 резко падает и под воздействием приложенного к электродам напряжения зажигания от конденсатора С1 начинается разряд. Искровой разряд прекращается, когда напряжение на конденсаторе С1 упадет до нескольких десятков вольт.

Внутреннее сопротивление газоразрядной лампы во время вспышки очень мало и равноценно короткому замыканию источника энергии. Это не позволяет питать импульсные лампы непосредственно от обычных источников, и поэтому чаще всего для питания используется энергия, запасенная в конденсаторе (C1). Эта энергия будет тем больше, чем больше емкость конденсатора и чем до большего напряжения он заряжен.
Обычно в качестве источника энергии для фотоосветительных ламп применяются электролитические конденсаторы емкостью 500…3000 мкФ с рабочим напряжением 300...1500 В.
Сопротивление цепи участка лампа - конденсатор должно быть незначительно по сравнению с сопротивлением лампы, указанном в паспорте. Она должна рассеивать среднюю тепловую мощность, равную средней мощности лампы, умноженной на отношение сопротивления цепи к сопротивлению лампы.

Обозначение

Включает четыре элемента.

1. буква И — импульсная (общая для всех ламп);
2. буква, указывающая назначение лампы:
   • Ф — фотоосветительная (одиночные вспышки),
   • С — стробоскопическая;
3. буква, обозначающая конструкцию:
   • П — прямая,
   • К — компактная (со свернутой трубкой),
   • Т — точечная,
   • Ш — шаровая;
4. число, характеризующее предельно допустимый режим с оптимальным рабочим напряжением, при котором гарантируется определенный срок службы. Для фотоосветительных ламп это число соответствует энергии одиночной вспышки, для стробоскопических - мощности, рассеиваемой в лампе. Дополнительные цифры, входящие в обозначение некоторых ламп, показывают номер конструктивного варианта.